细胞反叛 精彩片段:
第13章 助人自杀:凋亡和死亡程序
世代钟是人体控制细胞数量的一种方法。但是,人体限制细胞的增殖至少还有另一种计策,可以收到异曲同工之效。人体组织能够诱使多余的或者是有缺陷的细胞自杀。癌细胞一定是掌握了躲过这架死亡机器的本领。这是人体挫败细胞走上恶性癌变道路的另一计。胚胎学家早就发现生物体能够有选择地消灭组织内部的某些细胞。给人印象最深的一个例子也许就是人类双手的发育。最初,大片结缔组织把手指连在一起。后来,结缔组织中的绝大多数细胞都死去了,只在手指根部还留下一部分残余组织。但是在胚胎发育的过程中,在其他很多不那么引人注目的地方,也发生了细胞被大批消灭的情况。例如大脑,大显的未能构成合适的结缔组织的胚胎神经细胞成了牺牲品。
消灭无用的细胞,这种作法古已有之。有一种原始动物,它在很多方面都和6亿年前人类的远祖非常相似,在它身上可清晰地看到这种杀戮现象。小杆线虫是一种微型蠕虫,卵子在受精后反复分裂产生1090个细胞,其中,131个细胞在胚胎发育的特定时点死亡。
直到最近,绝大多数生物学家还推测这些细胞是渐进崩溃的,死于自然损耗、饥饿或者要害受损。这种慢性死亡类似中毒造成的某些坏死现象。在坏死情况下,细胞膨胀起来,它的内部成分分崩离析,最后细胞爆裂而亡。
现在我们知道,很多细胞别出心裁,走了另一条不归之路。它们实际上采用的是一种迅速而刻板的固定模式。某种内部死亡程序决定着细胞的死亡。1972年,安德鲁·怀利(Andrew Wyllie).
细胞编程性死亡的发现者之一,称之为“凋亡”。这个词源出希腊文,意指树叶脱落。一旦引发死亡程序,细胞的死亡、瓦解、残体消失,这一切的发生不到1个小时。
似乎在每个人体细胞的控制系统内已经预设了凋亡性死亡程序。这种自毁机制同火箭制造者安装在卫星发射装置中的爆破装置极为类似。如果火箭偏离轨道,地面控制人员将引爆自毁装置。同样,一个出轨的或者无用的细胞也是毁灭对象,这个决策是由周围组织或者细胞自身的内部控制系统作出的。
细胞凋亡的过程令人怅惆。首先,细胞收缩。然后,多处细胞外膜突出。不久,细胞染色体的DNA片片碎开。最后,细胞爆裂,其碎片迅速被邻居吞没。细胞身后无痕,恰如镜花水月、一枕黄粱。
直觉告诉我们,胚胎发育时期应该是生机勃勃的扩张阶段。此刻,精心规划过的胚胎似乎只会产生那些对于构建组织必不可少的细胞,既不多也不少。可是,胚胎发育期大批细胞的凋亡和我们的直觉背道而驰。事实上,胚胎的发育效率低下、浪费惊人。发育中的胚胎内,在很多地方,细胞分裂产出的细胞数远远超过形成最终器官或组织所必需的数目。其中,有些细胞形成的进化残余组织,对于现代生物体没有任何用处。其他一些细胞是胚胎发育过程中,构建适当组织的努力失败的产物。凋亡就像雕塑家的凿子,毫不留情地剔除无用的细胞。
最近的研究显示,不仅在胚胎发育期,生物体在其一生中都在运用凋亡手段。免疫系统中,不能制造适当抗体的细胞被大量抛弃。许多成形组织用凋亡来不断地筛选,保持内部构造。
哺乳动物的细胞在其他情况下也会采用凋亡性死亡程序。感染了各种病毒的细胞会努力激活凋亡程序。它们的动机很明显:通过迅速自我牺牲,剥夺病毒繁衍的合适宿主,从而终止病毒的生长循环。这种利他主义的高尚行为使得周边细胞免除了被继续感染的危险。为了抵消这种防卫程序,很多病毒发展出了对策,即迅速封闭宿主细胞的凋亡反应。
对于体内那些存在明显缺陷的细胞,尤其是DNA遭到严重的不可修复的损害的细胞而言,凋亡是惟一的选择。通过某种未知方式,细胞能够感知自己的基因组是否严重受损。细胞不再试图修复创伤,而是按规定自杀。
然而,有许多仅仅受了轻微伤害,仍然生机勃勃的细胞也被打发到了凋亡之路上。初初一看,这种自杀行为实在太浪费了。组织不断地生成新的细胞,代管那些被剔除的只有些微缺陷的细胞,肆意挥霍有用资源。可是,比起让一个受损的、也许已经突变的细胞继续存在最终带来的风险,这点资源的消耗仍属小巫见大巫。这就说明,凋亡的一个重要作用就是迅即消灭全身各处组织的越轨细胞,防止它们给党生事。
细胞内部的生长控制系统存在一点点的失控就会触发死亡程序。这种失控可能发生于癌细胞内部,与代谢失衡及生长信号不当有关。例如,把一个my C癌基因注入一个正常细胞,会引起信号失衡,导致许多细胞启动凋亡性死亡程序。也就是说,很多通过某种意外突变获得了川yC癌基因的细胞都会迅速死于凋亡。也许其中有一小部分细胞通过这样那样的方法,躲过了几无可避的杀身之祸。事实上,当细胞内的某个癌基因被激活时,这些细胞都被规定必须自杀。生物体在所有细胞中都埋设了地雷线。这些报警装置,通过使早期癌细胞迅速自取灭亡,为组织肿瘤的形成构筑了路障。
我们认为,走在癌变之路上的细胞必定仔细研究过凋亡的雷区。在获得了某个促进生长的癌基因后,细胞必须设法避免凋亡。这种闪避有时是通过第二次突变完成的。例如,一个激活的my C癌基因常常会触发凋亡,但在某种情况下,ras癌基因的后继激活会使细胞避免凋亡。