细胞为什么要“自杀”?

2021-04-08 18:03人已围观

01细胞自杀被人们形象地称为凋亡。在发育过程中,许多不需要的细胞被凋亡消除。没有凋亡的“雕刻”,我们不可能以各种方式变成动物,而只能变成肉球。

秋天来了,树叶从绿色变成黄色,从树梢落下。这一幕是生活在温带的人所熟悉的。即使是为枯叶落泪的文人也知道,这些树没有病,更不用说死了,明年春天还会重新发芽。叶子枯萎是树木抵御寒冬的生理过程和策略。有时候气温会突然下降,比如提前下大雪的时候,树叶会一片一片的掉下来。这时,如果你足够仔细,你会发现这些落叶和正常情况下枯萎的叶子是不同的,因为它们在经历枯萎过程之前,在短时间内被冻伤或冻死。

细胞凋亡

叶萎凋是器官水平的可见变化,细胞水平也有类似现象,形象地称为凋亡。凋亡是一个主动的、循序渐进的过程,涉及一系列基因表达、酶促反应和亚细胞变化。换句话说,凋亡是一种程序性细胞死亡。程序化死亡的反面是意外死亡。例如,当我们把一只活虾扔进热油锅里时,虾体内的细胞在任何程序运行之前就死亡了。

乍一看,细胞为自己准备一套复杂的“自杀”程序似乎是不可思议的。所有生物不都是为了生存吗?为什么要全心全意下地狱?但是,这里的死亡只是细胞的死亡,而不是生物体的死亡。对于多细胞生物来说,控制身体细胞的死亡是非常重要的。

最原始的多细胞生物只是一堆聚集在一起的单细胞,它们之间没有分工。当细胞之间有分工合作时,身体需要能够控制这些细胞的行为,包括在必要时让它们死亡。如果这些细胞仍然像单细胞生物一样自行生长,它们最终将成为一堆细胞,而不是一个“有机”整体。在发育过程中,许多不必要的细胞被凋亡所淘汰。比如一些器官的腔空出来是因为里面原来的细胞死亡;比如蝌蚪有尾巴,青蛙没有,尾巴上的细胞在蝌蚪蜕变成青蛙的过程中也是经过凋亡处理的。还有,我们人类的胚胎在一定时期内有尾巴,我们的尾巴通过类似的机制消失。说白了,没有凋亡的“雕刻”,我们不可能成为各种方式的动物,只能成为肉丸。

生物体的细胞始终处于新旧更替的过程中,旧细胞大多通过凋亡结束生命。在凋亡过程中,细胞内的一些蛋白质会被降解,染色体会被切成小段,而细胞膜会一直保持完整,膜表面会出现特定的标记,告诉吞噬细胞这是一个凋亡细胞。吞噬作用消化凋亡细胞,细胞内容物不会渗漏,不会造成“环境污染”。相反,正在发生坏死的细胞的细胞膜会破裂,细胞内容物会漏出,导致炎症反应,出现局部肿胀、发热、疼痛,对身体造成一定的伤害。身体的细胞始终处于重生与死亡的动态平衡之中。我们体内每天都有数百亿个细胞死亡,但我们并不感到任何不适,因为它们是通过凋亡而死亡的,这是一种安全的方式。

我们已经看到,从胚胎发育到生物体的正常生命,凋亡是不可缺少的,也就是说,凋亡是一种为了生存而死亡。

即使凋亡在生命活动中如此重要,异常的凋亡也会引起一些疾病。比如阿尔茨海默病、帕金森病,都是由于一些本不应该死亡的神经细胞凋亡;相反,如果一些细胞中的凋亡途径被抑制,不受控制的生长可能导致肿瘤的形成。通过对凋亡机制的深入研究,人们可以开发出一些调节凋亡的药物。例如,一些抗癌药物可以特异性激活一些癌细胞的凋亡途径,可以高效杀死癌细胞,对正常组织的毒副作用较小。与传统化疗药物相比,具有明显优势。

孔说:“不知道怎么活,就不知道怎么死”。这句话简单合理,但不是真的。凋亡伴随着我们的一生。如果我们不理解它,我们就不能真正理解生活。所以我们说:“想知生,必知死”。

2002年,麻省理工学院的H罗伯特霍维茨因其在细胞凋亡方面的开创性研究获得了诺贝尔生理医学奖。近年来,细胞凋亡和其他程序性细胞死亡的研究一直是热点。两位中国科学家对细胞凋亡的研究做出了巨大贡献。他们是北京生命科学研究所的王晓东(曾在美国得克萨斯大学西南医学中心工作)和美国哈佛大学的袁,他们都是美国科学院的院士。

PS:

1.除了凋亡,还有其他类型的程序性细胞死亡,分布在凋亡和意外死亡之间。越接近凋亡,对身体的伤害越小,对意外死亡的伤害越大。一般来说,细胞凋亡是机体的首选,其次是其他程序化死亡,尽量避免意外死亡。

第二,凋亡相关基因和信号通路在进化中是相当保守的,一些单细胞生物如酵母和一些原生动物也存在凋亡。这是一个有趣的问题:多细胞生物的凋亡是为了生物的利益而牺牲自己,那么单细胞生物的凋亡是为了谁呢?这个问题目前还没有一个满意的答案。一般认为细胞周围的细胞通常是自己的兄弟姐妹。如果细胞通过凋亡结束生命,对周围细胞的负面影响会小一些。这有点类似于多细胞体的情况。

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