細胞死亡的方式

楊欣

如同每個生物一樣，細胞也會有出生和死亡的生命周期。細胞的死亡有多種形式?，F在，研究人員發現，細胞的死亡主要有3種形式：一是細胞的自然死亡，二是細胞凋亡，三是細胞焦亡。

人體細胞的種類、數量和壽命

人體細胞約有200余種，包括神經細胞、上皮細胞、紅細胞、白細胞、血小板、巨噬細胞、B細胞、T細胞、肌細胞、成骨細胞、肝細胞、腎細胞、內分泌細胞等。其中一些細胞又可以細分為很多種類，如內分泌細胞有甲狀腺細胞、胸腺細胞、胰島細胞等；巨噬細胞分為噬中性粒細胞、噬堿性粒細胞、噬酸性粒細胞等。

T細胞的分類更復雜，分為輔助性T細胞（TH），具有協助體液免疫和細胞免疫的功能；抑制性T細胞（TS），具有抑制細胞免疫及體液免疫的功能；效應T細胞（TE），具有釋放淋巴因子的功能；細胞毒T細胞（TC），具有殺傷靶細胞的功能；遲發性變態反應T細胞（TD），有參與變態反應的作用；放大T細胞（TA），有擴大免疫效果的作用；記憶T細胞（TM），有記憶特異性抗原刺激的作用。

人體細胞的總量約在40萬億～60萬億個之間，細胞的平均直徑為10微米～20微米。除成熟的紅細胞外，所有細胞都有一個細胞核，是調節細胞作用的中心。人的細胞中體積最大的是成熟的卵細胞，直徑約為0.1毫米；最小的是血小板，直徑只有約2微米。

人體細胞依種類不同而有不同的壽命，這也是它們的自然壽命，就像人到了一定年齡就會壽終正寢一樣。人體壽命最長的是神經細胞（神經元），與人的壽命等同，人活多少歲，神經細胞就活多少歲。人體壽命最短的細胞是一些白細胞，只能活幾小時。其他還有壽命各異的細胞，如腸黏膜細胞壽命為3天；肝細胞壽命為500天；紅細胞平均壽命120天；血小板壽命為7～14天，精子（精細胞）壽命為3～5天等。

人體內每分鐘有約1億個細胞自然死亡，當然也有相同數量的細胞產生。在培養條件下，人體細胞平均可培養50代，每一代相當于2.4年，稱為弗列克系數。根據這一系數，人的平均壽命應為120歲。但是，現階段，一般人都活不到這一壽限。這也為生命現象的研究提供了一個方向，可以從細胞死亡的方式去探討和延長人的壽命。

上述細胞的死亡方式是一種新老交替或新陳代謝的自然過程，因此，這樣的細胞死亡也是一種自然死亡。

細胞凋亡

細胞凋亡有類似細胞自然死亡的地方，但最大的特點是一種生理性、主動性的死亡，也是一種主動性的“自覺自殺行為”，而非病理性死亡，所以又叫“程序性細胞死亡”。英國的西德尼·布倫納、美國的H·羅伯特·霍維茨和英國的約翰·E·蘇爾斯頓由于發現了細胞凋亡的規律而共同獲得2002年的諾貝爾生理學或醫學獎。

研究人員對線蟲的研究發現，有一組特殊的基因控制著線蟲的細胞凋亡過程。布倫納首先用線蟲進行試驗，證明化合物EMS（乙基甲磺酸）可以誘導線蟲基因組中的一些特殊的基因突變，這種突變正是細胞凋亡的信號。在這些基因的調控下，線蟲這種總共有1090個細胞的簡單生物在發育期間有131個細胞產生了生理性凋亡，因此線蟲的成蟲就由959個細胞組成。

接著，蘇爾斯頓證明了死亡細胞的DNA的降解需要nuc-1基因編碼的蛋白質。后來，霍維茨證明了首要的兩個真正的“死亡基因”，ced-3和ced-4，因為ced-3和ced-4是實施細胞死亡的前提條件。再后來，霍維茨又證明了另一個基因ced-9是抗凋亡基因，其功能是與ced-3和ced-4相互作用以免除細胞的死亡。

細胞凋亡可以解釋很多生命現象。例如，癌癥和多囊腎是一些該凋亡的細胞不凋亡造成的。老年性癡呆則是大量神經細胞過早凋亡造成的。另一方面，細胞凋亡也是一種“自覺自殺行為”，如果沒有這種自殺，人的進化發育和生長就會陷于混亂。例如，人的進化是在發育過程中去掉了尾巴，這正是細胞凋亡的結果，正如蝌蚪在發育過程中通過程序性細胞死亡而丟掉尾巴一樣。

同樣，在人類胚胎發育中，手指與腳趾的形成也需要一部分細胞程序性死亡，如此才可能生成指、趾，如同樹木的枝椏。如果沒有程序性細胞死亡，指與指、趾與趾之間就會連接在一起，像鴨子的蹼一樣，趾與趾之間是連在一起的。

細胞焦亡

細胞焦亡是一個新的術語，用來描述另一種類型的細胞程序性死亡。盡管細胞焦亡類似于細胞凋亡，也是細胞的一種自殺行為，但是前者與后者有很大的區別。細胞焦亡是一種病理性的自殺，但細胞凋亡不是病理性自殺，而是一種細胞的生理性自殺。所以，發生細胞焦亡的一般是那些被病毒或細菌感染的細胞，如被艾滋病病毒感染的免疫細胞。但發生細胞凋亡的是那些并未被細菌和病毒感染的正常細胞。

美國加利福尼亞州舊金山的格拉斯頓分子病毒學家沃勒·格林等人發現，細胞焦亡其特征為快速的質膜破裂及炎性細胞內容物的釋放，最終誘發組織細胞呈現一種介于凋亡與壞死之間的特殊程序性死亡。這個過程在多種疾病模型中發揮著重要作用。例如，細胞焦亡廣泛參與感染性疾病、神經系統相關疾病和動脈粥樣硬化性疾病等的發生和發展，并發揮重要作用。

最能解釋細胞焦亡的是感染了艾滋病病毒的T細胞的死亡。格林等人發現，淋巴組織中絕大多數的CD4T細胞盡管能夠抵抗艾滋病病毒完全感染，但是，它們卻會通過細胞焦亡來犧牲自身的存在。而且，CD4T細胞的焦亡會將更多的CD4T細胞吸引到病變區域，由此形成一種惡性循環，從而對免疫系統造成嚴重破壞。所以，CD4T細胞不是被艾滋病病毒殺死的，而是自殺而亡。

格林等人在2010年的一項研究中發現，艾滋病病毒感染淋巴組織中的CD4T細胞后，后者分成兩種情況，一種是艾滋病病毒并不能在CD4T細胞中復制，因此艾滋病病毒感染這類細胞并不成功，而且，這類細胞要占CD4T細胞的95%，但是這類細胞會自己死亡。這種現象引發了格林等人進一步了解艾滋病病毒的興趣。

在最近的研究中，格林等人在實驗室中發現了兩種情況都會導致CD4T細胞的焦亡。其一是，當艾滋病病毒感染一些CD4T細胞并且能在其中復制艾滋病病毒自身時，使得CD4T細胞死亡，不過，這類CD4T細胞只占少數。另一種情況是，當艾滋病病毒感染大部分CD4T細胞時，后者是不會允許艾滋病病毒在T細胞內復制艾滋病病毒的，這類不允許艾滋病病毒復制的T細胞應當是抗御艾滋病病毒的主流力量，但是，這類T細胞也會產生細胞焦亡。

利用細胞焦亡

格林等人揭示的CD4T細胞被艾滋病病毒感染而死亡的機理被美國國立衛生研究院（NIH）下屬的國家過敏和傳染病研究所主任安東尼·福希譽為揭開了艾滋病病毒感染的近30年的謎底。不過，這項研究的意義不僅限于此，而是可以利用這一機理找到預防和治療艾滋病的新方法。

過去的研究表明，人被細菌或病毒感染后，被感染的細胞會釋放一些炎癥信號來吸引更多的免疫細胞幫忙，以清除病原體。T細胞被艾滋病病毒感染后同樣會這么做，這就是釋放炎癥因子。但是，被艾滋病病毒感染后的T細胞的這一傳統做法卻事與愿違，導致了相反的結果。T細胞被艾滋病病毒感染后會產生焦亡，與此同時會釋放炎癥信號吸引更多的T細胞來救援被感染的T細胞。但是，這些奔赴而來的細胞又會受到艾滋病病毒的感染，從而遵循之前受感染的T細胞死亡的方式而死亡。

如果能抑制T細胞的焦亡，尤其是抑制那些感染了艾滋病病毒卻不會允許艾滋病病毒在自身內部復制的T細胞的焦亡，就有可能增強人體的免疫力來治療艾滋病。這個設想也已得到研究的支持。格林等人發現，CD4T細胞中有一個叫作IFI16的蛋白是已知的引發炎癥免疫反應的一種蛋白復合物的組成部分。當他們通過遺傳操控敲除CD4T細胞的IFI16時，就能夠抑制細胞焦亡。

格林等人發現，一種現有的藥物可以抑制細胞培養物中的CD4T細胞的死亡，而且這種抑制劑還可以抑制炎癥反應。因此，格林等人計劃一項II期臨床試驗，在艾滋病病毒感染者中測試這種抑制劑阻斷細胞焦亡的能力有多大。

不過，也有研究人員對細胞焦亡機理有不同理解。法國賽諾菲首席科學家納貝爾認為，避免T細胞焦亡是一把雙刃劍，T細胞死亡或許正是這些免疫細胞控制艾滋病病毒繼續復制并擴散的有效手段，沒有CD4T細胞，艾滋病病毒就失去了宿主，也就不會存在。所以，阻止細胞焦亡未必對艾滋病病毒感染者有利。但是，格林對這一觀點不以為然，他們曾經檢查過不讓T細胞焦亡是否會促進艾滋病病毒感染的加快，結果并沒有這種現象發生。所以，格林等人認為，細胞焦亡并不是宿主細胞限制艾滋病病毒感染的策略，阻止細胞焦亡應當是治療艾滋病的另一種有效手段。

【責任編輯】張田勘