分速3微米：細胞凋亡的傳播速度

科學家第一次親眼目睹了細胞凋亡的完整過程，並測量出了死亡的行進速度。

所謂的細胞凋亡(apoptosis)，是指為維持內環境穩定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡現象——以每分鐘3微米(0.003毫米)的速率像波紋一樣觸發連鎖的級聯反應。

波的信令過程被稱為觸發波。不要介意術語，想像一下森林火災從起火點蔓延出去，或者一列多米諾骨牌挨個倒下，你就會很好地理解觸發波是怎麼回事。

它們是日常生活中重要的生物電化學過程，可以在長距離上快速可靠地傳輸信息。

在多細胞動物中，它們調節細胞的生存周期，其中細胞以分裂的方式產生新的細胞——觸發波挨個激活路徑上的細胞。

神經元的動作電位——沿著軸突傳播電信號，也是一種觸發波。

但現在，我們第一次曉得它們還參與了細胞凋亡的過程。

斯坦福大學的生物化學家James Ferrell說：「這是細胞生理過程中反覆出現的主題，但大多數生物學家以前卻從未聽說過。我敢打賭，過不了多久，這個名詞就會出現在教科書里。」

細胞凋亡與細胞壞死不同，細胞凋亡不是一件被動的過程，而是主動過程，它涉及一系列基因的激活、表達以及調控等的作用，它並不是病理條件下，自體損傷的一種現象，而是為更好地適應生存環境而主動爭取的一種死亡過程。

但即便如此，它仍然是一個神秘的現象。例如，它並不總能阻止那些突變細胞變成癌細胞，或者它也會反應過度，出現在帕金森症和阿茨海默症等神經退行性疾病中，殺死大量的健康細胞。

研究人員說，如果我們想弄清楚其中的奧秘，並且根據情況，放慢或終止這一過程，我們需要先弄清楚細胞凋亡的調節機制。

為了觀察細胞內的凋亡過程，研究人員使用了非洲爪蛙的卵。他們除去了卵細胞中的細胞質——除細胞核外的所有物質，將其置於試管中。然後他們向卵細胞注入綠色熒光蛋白，再啟動了細胞凋亡的過程，蛋白會在凋亡時發出熒光。

綠色的光點以恆定的速度移動，表明細胞凋亡通過觸發波傳播，而不是化學擴散，後者是一種慢得多的通信方式。

下一步就是要看看能否在天然狀態的細胞中觀察到同樣的現象，但由於青蛙的卵很不透明，使用熒光顯微鏡也不會有太大幫助。

但當它們在一個完整的卵子中誘導細胞凋亡時，他們注意到它的顏色發生了變化，隨著細胞死亡而變暗。暗淡顏色在卵細胞的表面均勻蔓延，說明同樣出現了觸發波。

完整的非洲爪蛙卵細胞凋亡時顏色暗淡的速度，Cheng & Ferrell|Science

經過分析後發現，被誘導凋亡的蟾蜍卵中出現了半胱天冬酶——在細胞程序性死亡中發揮關鍵作用的酶類型。另一方面，活卵中沒有活化的半胱天冬酶。

他們確定，一旦凋亡過程開始，半胱天冬酶就會被激活。然後它們會擴散到附近的其他半胱氨酸蛋白酶，依此類推，就像那些倒下的多米諾骨牌一樣，直到整個細胞死去。

團隊希望探究免疫反應中的觸發波過程。

「我們擁有生物中酶和基因的所有信息，我們正試圖將兩者聯繫起來，共同解釋反覆出現的觸發波現象。」Ferrell說。

「我們證明了觸發波可以實現體內長距離通信。觸發波需要幾個主要因素，正反饋循環，閾值和空間耦合機制，特定的化學成分遍布生物機體各處。一個多米諾骨牌倒在另一個多米諾骨牌上，並觸發後者倒在下一個多米諾骨牌上。這個閾值就是第一塊倒下的骨牌。現在我們想知道還有那些生理過程呈現出觸發波的形式。」

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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