細胞內永不消失死亡波:證實以每分30微米速度自殺

　　就在過去的24個小時內，你的身體里有500億個細胞死去了。

　　不過也沒什么好擔心的，這樣的事情每天都在發生。實際上，這種有規律的細胞死亡是生命活動必須的過程，我們把它叫做細胞凋亡。

　　當然了，正常情況下新細胞的分裂和舊細胞的凋亡是平衡的，不過一旦凋亡發生異常，就會產生疾病——如果細胞不死，就會產生癌癥；如果細胞死得太多，那么組織和器官就會消失不見了。

　　那么細胞凋亡是怎么樣的一個過程呢？

　　哈佛大學研究者在顯微鏡下親眼看到，細胞凋亡的發生竟然像是水波紋那樣在細胞中擴散，每分鐘30微米的速度還真是蠻快的！而且這種傳遞方式與擴散完全不同，速度并不會變慢，用作者本人的說法就是“永不減速，永不消失”！這篇論文不久前發表在《科學》雜志上。

本文通訊作者James Ferrell（左）和一作Xianrui Cheng（右）本文通訊作者James Ferrell（左）和一作Xianrui Cheng（右）

　　細胞凋亡總會有一個起點，那么它是怎么從點擴散到整個細胞的呢？一直以來科學家有兩個猜想。

　　第一種是隨機擴散，就像是一滴墨滴進清水，它逐漸暈染、變淡，最后消失；第二種則像是森林大火，因為總有新的樹木作為燃料，所以火勢蔓延不會減緩、甚至會增速，研究者們把這種傳遞方式叫做觸發波（trigger wave）。

　　那么到底是哪種方式呢？

　　因為細胞實在是太小了，很難觀察，所以研究者取出了非洲爪蟾的卵細胞內容物，把它們裝進透明的細長特氟龍管中，然后用綠色熒光標記與細胞凋亡相關的蛋白，這樣當凋亡開始，就可以檢測綠色的光帶在管中移動的速度了。

　　隨后，研究者把特氟龍管的一端浸到含有凋亡激活分子的溶液里，并在顯微鏡下觀察。隨后他們看到了令人驚奇的現象，綠色的熒光帶像潮水一般穩速前進！

　　說是潮水還有些不準確，畢竟潮水越靠近岸邊力量越弱，速度也越慢，可是這道“死亡波動”卻保持著平穩的29微米/分鐘的速度，前行了好幾毫米！

　　作為對照，研究者還用色素標記了普通的自由擴散，結果顯示，自由擴散的速度確實是越來越慢的，而且只能前進幾百微米就消失了。

　　從這個結果我們也能夠猜到，細胞凋亡并不需要持續接觸凋亡激活成分，而是在發生之后就能夠靠自身的一些機制來維持。

　　研究者繼續探索之后，發現細胞內的凋亡網絡是很多復雜級聯反應綜合的結果。比如說，開始凋亡的細胞線粒體受損，其中參與有氧呼吸的細胞色素C滲出到細胞質中，一旦它的濃度達到一定水平，就會激活半胱天冬酶，而半胱天冬酶又會進一步激活其他蛋白導致線粒體膜穿孔，令更多的細胞色素C釋放。這就是死亡波動的部分真相了。

　　研究者也直接在細胞內觀察到了死亡波動。非洲爪蟾卵細胞個頭很大，直徑能夠達到1.2毫米。雖然細胞并不透明很難觀察，但是研究者還是發現，當在某一點注射細胞色素C，細胞凋亡就從這一點開始，以均勻的速度傳遞到整個細胞。這個過程伴隨著自然的色素沉積移動，可以看到一條黑線在細胞表面移動。自然凋亡的細胞表面也存在這樣的死亡波動。

　　其實這種觸發波現象不僅僅存在于細胞凋亡，我們了解得最多的電信號在軸突上傳導也是類似的機制，其他還有鈣離子的胞內外轉運、有絲分裂等，可見觸發波是廣泛存在于生命活動中的。

　　這些發生在細胞中的小小波動，雖然看起來很理論，似乎和臨床沒什么聯系，不過它能夠幫助我們了解細胞凋亡的機制，很可能為未來醫學研究重要的信息。畢竟很多疾病的治療，都是要操控細胞的死活，比如治療癌癥是要讓癌細胞死亡，治療神經退行性疾病卻希望神經元盡可能多的存活。

　　正如作者之一Ferrell教授所說，提高對細胞死亡的理解是醫學的關鍵，“如果我們想要干預疾病，那么我們就需要了解如何調節細胞凋亡。”