细胞凋亡:细胞为什么选择“自杀”?

细胞凋亡:细胞为什么选择“自杀”?

不服从细胞凋亡的机制安排,在很大程度上可能违背了规律!

有时候,死比生要重要!

不同于细胞坏死,细胞凋亡是机体自主行为的一种现象。换言之,细胞凋亡是“细胞在自杀”。

活着不好吗?为什么要选择死亡呢!

细胞凋亡的研究历史

早在1842年,德国科学家卡尔·沃格特已经描述了细胞死亡的基本原则。但是,那时的细胞死亡概念更多是一种病理性死亡过程——细胞坏死。

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直到1965年人们对细胞死亡的理解才出现了新的转机。

当时来自澳大利亚的科学家在给老鼠门静脉结扎时,在电子显微镜下观察到老鼠肝脏组织中有些散在的死亡细胞不同于常见的细胞坏死过程,因为它们的溶酶体并没有被破坏。

1972年,为了区别细胞坏死,昆士兰大学的病理学家约翰·克尔提出了细胞凋亡的概念。

自此之后,人们对细胞的“自杀”行径的研究才真正意义上被开启。

2002年,诺贝尔生理或医学奖颁给了约翰·苏尔斯顿等科学家,以表彰他们在基因调控细胞凋亡上的杰出工作!

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细胞凋亡的机制

细胞凋亡的激活机制主要有两条途径来完成,一条叫做外途径,一条叫做内途径!

  • 外途径

外途径常见于免疫T细胞的死亡接触。

免疫T细胞是人体内“警察”细胞,当它觉察到异常细胞,比如该细胞被病毒感染、或变成了肿瘤细胞等,它就可以用这种方法让该问题细胞自主凋亡。

当出现了“问题细胞”,人体中的免疫T细胞会去特异性地找到它。

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然后,T细胞将自己的“触角”接触“问题细胞”,同时暴露“凋亡”受体。

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随后被接触的细胞膜外侧表面上的特异结合性配体就会与此结合。

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如此一来,就好比“人与人”的通话机制一样:

T细胞:“你出问题了,要自杀了!”

问题细胞:“收到命令,立即执行!”

这些位于问题细胞膜外侧的受体是一些信号蛋白质,它们贯穿细胞膜的内外。

当细胞膜外侧的受体结构被触发改变,其位于细胞膜内侧的蛋白部位也相应发生改变。

而这种改变将触发一系列的“信号蛋白分子”与之结合。

而被结合的“信号蛋白分子”又可结合其他的后续信号蛋白分子。

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直到其表面集聚一类如半胱天冬酶原-8等的蛋白水解酶原。最终,半胱天冬酶原-8被激活,变成半胱天冬酶-8。

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被激活的蛋白水解酶会自行脱落,然后游走在细胞质内。

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游走在细胞质内的半胱天冬酶-8,可激活半胱天冬酶-3。

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随后这种“传递过程”在又被激活的蛋白水解酶的作用下,变得数量庞大。

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随后,位于细胞器线粒体内的细胞色素C被释放出来。细胞色素C是细胞进行氧化、还原过程具有快速酶促反应的物质。

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细胞色素C可与Apaf-1的前体蛋白分子进行结合。

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被激活的Apaf-1前体蛋白相互间组合,形成完整的Apaf-1蛋白分子。

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而当Apaf-1蛋白的活化中心部位集聚了半胱天冬酶-9。于是,凋亡小体就形成了。

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凋亡小体“疯狂”地激活半胱天冬酶-3。

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而半胱天冬酶-3则可与构成细胞骨架的肌动蛋白结合,最终引起其被分解。

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而细胞骨架如果被“打碎”,细胞就无法再维持其原来的形态,最终彻底被水解破裂!

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  • 内途径

细胞凋亡的内途径相对于外途径来讲,最大的不同就是其激活信号来自于细胞内。

在细胞核内存在着两种调节蛋白,一种是抗细胞凋亡的蛋白分子,比如Bcl-2、Bcl-x等,而另一种是促细胞凋亡的蛋白分子,比如BAX、BAK等。

正常细胞的该两种蛋白分子维持着相互平衡。

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但是,在某些“特殊细胞”中,Bcl-2、Bcl-x等抗细胞凋亡的蛋白分子被阻断了。于是,细胞核内的促细胞凋亡的信号占据了优势。

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于是,细胞核内的源源不断地“涌出”细胞色素C分子。

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而就像在外途径中所描述的那样,细胞色素C可激活Apaf-1蛋白,形成凋亡小体。最终激活细胞内蛋白水解酶,将细胞水解破裂!

细胞凋亡的意义

细胞凋亡的意义当然是为了更好的主动适应生存环境。

这就好比,所有组成人体的细胞相互间签署了一份契约。

只要谁对整个机体有潜在危害,就自动选择牺牲自我以保存整个大家庭!

当细胞的DNA等结构发生损伤,为了避免对其他细胞造成毒害,它们会选择启动凋亡机制。

而如果不幸被病毒感染,细胞“警察”T细胞等会来催促其履行自己的契约。

此外,在细胞发育的过程中,有些细胞也会选择凋亡来完成机体的进一步完善。

比如,手指的分化,就是由相应的间隙细胞凋亡来介导完成的。

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还有比如蝌蚪变成青蛙时,它那长长尾部的退化也是一种细胞凋亡的机制。

细胞凋亡是一种正常的生理现象。

当细胞衰老时,当它完成了自己的历史使命之后,细胞就会启动该机制,以使自己死亡,并腾出位置给后来者,从而使机体保持良好运转。

但是,显然,有的细胞并不愿意这么做。比如,肿瘤细胞!

它们背弃了“契约”,选择了自私自利地无限制地存活下去。

它们不会衰老,所有目的只为自己的发展。

它们远远不断地产生自己的复制体,并狡猾地自己生长出血管,源源不断地从周围细胞抢夺营养。

而且,它们不服从组织规定,不甘于在一处发展自己,演化出转移机制,可以顺着血液、淋巴等,试图接管全身!

但是,显然肿瘤细胞们不清楚,当整个机体被其自私自利的行为所拖累之时,到头来也只不过是宣告自己生命的终结!

单就从生命进化角度而言,未来生命的抗肿瘤机制会越来越强,因为抗肿瘤机制薄弱的个体只能被杀死在时间的赛跑中!

而不服从细胞凋亡的机制安排,在很大程度上可能违背了规律。

所以,可能有时候,死比生要重要!

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