細胞為何要“自殺”

內含子

每逢秋天到來的時候，樹葉由綠轉黃，從樹梢上飄落下來。這一幕對于生活在溫帶的人們來說是再熟悉不過的了，即便是為樹葉凋零而落淚的文人也知道這些樹并沒有生病，更沒有死，它們明年春天還會發芽。

樹葉的凋零是一個生理過程，是樹木抵御寒冬的一種策略。有時氣溫驟降，比如提前下了一場大雪，樹葉也會紛紛掉落。這時，如果你足夠細心，就會發現這些落葉和正常凋零的樹葉是不同的，因為它們還沒來得及經歷凋零的程序，就在短時間內被凍傷或凍死了。

細胞的凋亡

樹葉的凋零是看得見的器官水平的變化，在細胞水平也有一個類似的凋零現象，人們把它形象地稱為細胞凋亡（apoptosis）。

細胞凋亡是一個主動的、按部就班的過程，它涉及到一系列基因的表達、酶促反應以及亞細胞水平的變化。也就是說，細胞凋亡是一種程序性死亡（programmed cell death）。與程序性死亡相對的是意外死亡，比如我們把一只活蝦扔到熱油鍋里，蝦身上的細胞，還來不及運行任何程序，就都死掉了。

乍一看，細胞給自己準備一套精密復雜的“自殺”程序似乎有些不可思議。生物不都是在千方百計地生存嗎？為什么又要處心積慮地去死呢？然而，這里的“死”只是細胞的死亡，而不是生物體的死亡。實際上，能夠控制身體細胞的死亡，對于多細胞生物來說是至關重要的。

最原始的多細胞生物其實只是一堆單細胞聚集在一起，彼此之間沒有分工。當細胞之間有了分工和協作，機體就需要能夠控制這些細胞的行為——包括必要的時候讓它們死掉。因為，如果這些細胞還像單細胞生物那樣自顧自地生長，那么它們到頭來會是聚在一起的一堆細胞，而不會是一個“有機”的整體。

在發育過程中，很多不需要的細胞都是以凋亡的方式被清除的，比如一些臟器的空腔，就是因為里面原來的細胞死掉了才空出來的；再比如蝌蚪有尾巴，而青蛙沒有尾巴，從蝌蚪到青蛙的變態過程中尾巴上的細胞發生了凋亡。我們人類胚胎發育的一定時期也有尾巴，而我們尾巴的消失也是通過類似的機制來實現的。

形象一點說，沒有細胞凋亡的“雕琢”，就不可能發展出千姿百態的各種動物，而只能是出現一個個肉球。

一種為了生存的死亡

生物體的細胞總是處于新舊更替中，老去的細胞大多也是通過凋亡結束生命的。在凋亡的過程中，細胞內的一些蛋白會被降解，染色體被切割成短片段，而細胞膜則一直保持完整，并且膜表面會出現特定的標志，告訴吞噬細胞這是一個凋亡了的細胞。然后，吞噬細胞會將凋亡的細胞吞噬消化，在這一過程中，細胞的內容物不會泄漏，因此不會造成“環境污染”。

相反，經歷壞死（necrosis）的細胞，細胞膜會破裂，細胞內容物會泄漏，進而會引起炎癥反應，表現為局部腫脹、發熱、疼痛，并對生物體造成一定的傷害。

機體的細胞時時刻刻都處于新生和死亡的動態平衡之中。我們體內每天有數以百億計的細胞死去，但我們并不會因此感到任何不舒服，這就是因為它們是通過細胞凋亡這種安全的途徑死掉的。

也就是說，從胚胎發育到生物體正常生活，都離不開細胞凋亡。細胞的凋亡，實際上是一種為了生存的死亡。

細胞凋亡異常與疾病

既然細胞凋亡在生命活動中如此重要，凋亡的異常也就會造成一些疾病。例如老年癡呆癥、帕金森氏癥等，就是因為一些本來不該凋亡的神經細胞凋亡了；相反，如果一些細胞中的凋亡途徑被抑制，開始無節制的瘋長，則可能形成腫瘤。

通過對凋亡機制的深入研究，人們可以開發出一些藥物來對細胞凋亡進行調節，比如一些抗癌藥物能特異地激活某些癌細胞的凋亡途徑，這樣既可以高效殺死癌細胞，對正常組織的毒副作用又比較小。與傳統的化療藥物相比，它們有明顯的優勢。

孔老夫子曾說：“未知生，焉知死。”這句話很樸素，也很合情理，但對細胞凋亡來說，它卻不合事實。細胞凋亡伴隨著我們的一生，如果不了解它，我們就無法真正了解生命。因此，從某種意義上，我們也可以說：“欲知生，必知死。”

2002年，基于細胞凋亡的開創性研究，麻省理工學院的H. Robert Horvitz獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。近些年來，細胞凋亡以及其他細胞程序性死亡的研究一直是一個熱點，為細胞凋亡研究做出過重量級貢獻的還有兩位華人科學家，他們是北京生命科學研究所的王曉東（曾任職于美國德克薩斯大學西南醫學中心）和美國哈佛大學的袁鈞瑛，兩人都是美國科學院院士。

實際上，除細胞凋亡之外，還有其他類型的程序性細胞死亡，它們處于細胞凋亡與意外死亡之間，其中，越接近凋亡的死亡，對身體的傷害越小，越接近意外死亡的，傷害越大。一般來說，凋亡是機體的首選，然后依次是其他程序性死亡，而應盡量避免意外死亡。

細胞凋亡相關的基因和信號途徑在進化中相當保守，在一些單細胞生物，比如酵母和一些原生生物中也有凋亡現象。這是一個有趣的問題：多細胞生物的細胞凋亡是為了機體的利益犧牲自己，那么單細胞生物凋亡又為了誰呢？

對于這個問題，目前還沒有太滿意的答案。通常認為一個細胞周圍的細胞通常是自己的兄弟姐妹，如果細胞以凋亡的方式結束自己的生命，對周圍細胞的負面影響會更小，這和多細胞體內的情形多少有些相似。（作者系生物化學與分子生物學博士 來源：科學公園 責任編輯/清揚）endprint