細胞凋亡:細胞為什麼選擇“自殺”?

細胞凋亡:細胞為什麼選擇“自殺”?

不服從細胞凋亡的機制安排,在很大程度上可能違背了規律!

有時候,死比生要重要!

不同於細胞壞死,細胞凋亡是機體自主行為的一種現象。換言之,細胞凋亡是“細胞在自殺”。

活著不好嗎?為什麼要選擇死亡呢!

細胞凋亡的研究歷史

早在1842年,德國科學家卡爾·沃格特已經描述了細胞死亡的基本原則。但是,那時的細胞死亡概念更多是一種病理性死亡過程——細胞壞死。

細胞凋亡:細胞為什麼選擇“自殺”?

直到1965年人們對細胞死亡的理解才出現了新的轉機。

當時來自澳大利亞的科學家在給老鼠門靜脈結紮時,在電子顯微鏡下觀察到老鼠肝臟組織中有些散在的死亡細胞不同於常見的細胞壞死過程,因為它們的溶酶體並沒有被破壞。

1972年,為了區別細胞壞死,昆士蘭大學的病理學家約翰·克爾提出了細胞凋亡的概念。

自此之後,人們對細胞的“自殺”行徑的研究才真正意義上被開啟。

2002年,諾貝爾生理或醫學獎頒給了約翰·蘇爾斯頓等科學家,以表彰他們在基因調控細胞凋亡上的傑出工作!

細胞凋亡:細胞為什麼選擇“自殺”?

細胞凋亡的機制

細胞凋亡的激活機制主要有兩條途徑來完成,一條叫做外途徑,一條叫做內途徑!

  • 外途徑

外途徑常見於免疫T細胞的死亡接觸。

免疫T細胞是人體內“警察”細胞,當它覺察到異常細胞,比如該細胞被病毒感染、或變成了腫瘤細胞等,它就可以用這種方法讓該問題細胞自主凋亡。

當出現了“問題細胞”,人體中的免疫T細胞會去特異性地找到它。

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然後,T細胞將自己的“觸角”接觸“問題細胞”,同時暴露“凋亡”受體。

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隨後被接觸的細胞膜外側表面上的特異結合性配體就會與此結合。

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如此一來,就好比“人與人”的通話機制一樣:

T細胞:“你出問題了,要自殺了!”

問題細胞:“收到命令,立即執行!”

這些位於問題細胞膜外側的受體是一些信號蛋白質,它們貫穿細胞膜的內外。

當細胞膜外側的受體結構被觸發改變,其位於細胞膜內側的蛋白部位也相應發生改變。

而這種改變將觸發一系列的“信號蛋白分子”與之結合。

而被結合的“信號蛋白分子”又可結合其他的後續信號蛋白分子。

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直到其表面集聚一類如半胱天冬酶原-8等的蛋白水解酶原。最終,半胱天冬酶原-8被激活,變成半胱天冬酶-8。

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被激活的蛋白水解酶會自行脫落,然後遊走在細胞質內。

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遊走在細胞質內的半胱天冬酶-8,可激活半胱天冬酶-3。

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隨後這種“傳遞過程”在又被激活的蛋白水解酶的作用下,變得數量龐大。

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隨後,位於細胞器線粒體內的細胞色素C被釋放出來。細胞色素C是細胞進行氧化、還原過程具有快速酶促反應的物質。

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細胞色素C可與Apaf-1的前體蛋白分子進行結合。

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被激活的Apaf-1前體蛋白相互間組合,形成完整的Apaf-1蛋白分子。

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而當Apaf-1蛋白的活化中心部位集聚了半胱天冬酶-9。於是,凋亡小體就形成了。

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凋亡小體“瘋狂”地激活半胱天冬酶-3。

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而半胱天冬酶-3則可與構成細胞骨架的肌動蛋白結合,最終引起其被分解。

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而細胞骨架如果被“打碎”,細胞就無法再維持其原來的形態,最終徹底被水解破裂!

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  • 內途徑

細胞凋亡的內途徑相對於外途徑來講,最大的不同就是其激活信號來自於細胞內。

在細胞核內存在著兩種調節蛋白,一種是抗細胞凋亡的蛋白分子,比如Bcl-2、Bcl-x等,而另一種是促細胞凋亡的蛋白分子,比如BAX、BAK等。

正常細胞的該兩種蛋白分子維持著相互平衡。

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但是,在某些“特殊細胞”中,Bcl-2、Bcl-x等抗細胞凋亡的蛋白分子被阻斷了。於是,細胞核內的促細胞凋亡的信號佔據了優勢。

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於是,細胞核內的源源不斷地“湧出”細胞色素C分子。

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而就像在外途徑中所描述的那樣,細胞色素C可激活Apaf-1蛋白,形成凋亡小體。最終激活細胞內蛋白水解酶,將細胞水解破裂!

細胞凋亡的意義

細胞凋亡的意義當然是為了更好的主動適應生存環境。

這就好比,所有組成人體的細胞相互間簽署了一份契約。

只要誰對整個機體有潛在危害,就自動選擇犧牲自我以保存整個大家庭!

當細胞的DNA等結構發生損傷,為了避免對其他細胞造成毒害,它們會選擇啟動凋亡機制。

而如果不幸被病毒感染,細胞“警察”T細胞等會來催促其履行自己的契約。

此外,在細胞發育的過程中,有些細胞也會選擇凋亡來完成機體的進一步完善。

比如,手指的分化,就是由相應的間隙細胞凋亡來介導完成的。

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還有比如蝌蚪變成青蛙時,它那長長尾部的退化也是一種細胞凋亡的機制。

細胞凋亡是一種正常的生理現象。

當細胞衰老時,當它完成了自己的歷史使命之後,細胞就會啟動該機制,以使自己死亡,並騰出位置給後來者,從而使機體保持良好運轉。

但是,顯然,有的細胞並不願意這麼做。比如,腫瘤細胞!

它們背棄了“契約”,選擇了自私自利地無限制地存活下去。

它們不會衰老,所有目的只為自己的發展。

它們遠遠不斷地產生自己的複製體,並狡猾地自己生長出血管,源源不斷地從周圍細胞搶奪營養。

而且,它們不服從組織規定,不甘於在一處發展自己,演化出轉移機制,可以順著血液、淋巴等,試圖接管全身!

但是,顯然腫瘤細胞們不清楚,當整個機體被其自私自利的行為所拖累之時,到頭來也只不過是宣告自己生命的終結!

單就從生命進化角度而言,未來生命的抗腫瘤機制會越來越強,因為抗腫瘤機制薄弱的個體只能被殺死在時間的賽跑中!

而不服從細胞凋亡的機制安排,在很大程度上可能違背了規律。

所以,可能有時候,死比生要重要!

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