【諾獎中的“基因”】這些細胞為何會選擇“自殺”？

【諾獎中的“基因”】

在自然界裡，每一種動、植物都有一定的生命週期。比如樹葉臨秋會凋落，蛇到一定時候會蛻掉一層皮。科學家們研究發現，生物體的“程式性細胞死亡”亦稱“細胞凋亡”，是細胞本身的一種生理性、主動性的“自殺”行為，而絕非由外在因素所致。

從左到右依次是英國科學家悉尼·佈雷內、美國科學家羅伯特·霍維茨、英國科學家約翰·蘇爾斯頓

英國科學家佈雷內、蘇爾斯頓和美國科學家霍維茨就是因研究發現了決定器官發育和導致細胞程式性死亡的基因機制而榮獲2002年諾貝爾生理學或醫學獎的。他們的這一發現，揭示了人類從健康到亞健康直到得病的根本原因，並明確指出人類肌體的一切病理現象都是基於細胞的損傷。“程式性細胞死亡”是怎麼一回事？對它們的研究又有什麼重大意義呢？

程式性細胞死亡與細胞衰老

完美的研究物件

早在20世紀60年代初期，科學家們就開始探索“程式性細胞死亡”的奧秘。要揭開這一奧秘，需要選擇一個合適的研究物件，像細菌這樣的單細胞生物太簡單，而像哺乳動物這樣由大量細胞組成的生物又太複雜，科學家們最終選擇了線蟲。線蟲長僅1毫米，細胞數量不多，功能也不復雜，而且它身體透明，便於用顯微鏡觀測。

顯微鏡下的線蟲

佈雷內透過對線蟲的研究將基因分析和細胞的分裂、分化以及器官的發育聯絡起來，並且透過顯微鏡追蹤這一系列過程。霍維茨發現了線蟲中控制細胞死亡的關鍵基因並描繪出了這些基因的特徵。他揭示了這些基因怎樣在細胞死亡過程中相互作用，並且證實了相應的基因也存在於人體中。蘇爾斯頓則描述了線蟲組織在發展過程中細胞分裂和分化的具體情況。他還確認了在細胞死亡過程中發揮控制作用的基因的最初變化情況。

細胞決定人的生老病死

在健康的機體中，細胞的生生死死總是處於一個良性的動態平衡中。如果該死亡的細胞沒有死亡，就可能導致細胞惡性增長，形成癌症。如果不該死亡的細胞過多地死亡，比如受艾滋病病毒的攻擊，不該死亡的淋巴細胞大批死亡，會破壞人體的免疫能力，最終導致患者因為感染或腫瘤而死亡。

受精卵透過分裂逐步形成大量功能不同的細胞，發育成大腦、軀幹、四肢等，在發育過程中，細胞不但要恰當地誕生，而且也要恰當地死亡。例如人在胚胎階段是有尾巴的，正因為組成尾巴的細胞恰當地死亡，才使我們在出生後沒有尾巴。如果這些細胞沒有恰當地死亡，就會出現長尾巴的新生兒。

從胚胎、新生兒、嬰兒、兒童到青少年，在這一系列人體發育成熟之前的階段，總體來說細胞誕生的多，死亡的少，所以身體才能生長髮育。發育成熟後，人體內細胞的誕生和死亡處於一個動態平衡階段，一個成年人體內每天都有上萬億細胞誕生，同時又有上萬億細胞“程式性死亡”。

為研製治療頑疾藥物打下基礎

這3位獲獎者的成果為其他科學家研究“程式性細胞死亡”提供了重要基礎，後來科學家們又在這一領域取得了一系列新成績。

科學家們發現，控制“程式性細胞死亡”的基因有兩類，一類是抑制細胞死亡的，另一類是啟動或促進細胞死亡的。兩類基因相互作用控制細胞正常死亡。如果能發現所有的調控基因，分析其功能，研究出能發揮或抑制這些基因功能的藥物，那麼就可加速癌細胞自殺，達到治療癌症的目的，也可以提高免疫細胞的生命力，達到抵禦艾滋病的目的。

近年來，多種化療藥物廣泛應用於腫瘤治療。然而，由於化療藥物昂貴的價格以及難以避免的副作用，導致其在臨床上的應用受到限制。針對以上難題，中科院合肥物質科學研究院技術生物所吳正巖研究員課題組與上海交通大學醫學院鄒多宏教授合作，利用奈米硒與碳酸錳修飾四氧化三鐵奈米顆粒構建了一種不含化療藥物的奈米診療劑，能夠誘導腫瘤細胞的凋亡。同時，錳離子與奈米硒也可抑制腫瘤細胞內三磷酸腺苷的產生，進一步加速腫瘤細胞的凋亡。（本文圖片來自網路）

出品：科普中國

監製：中國農學會 光明網

作者：張夢凡

本文由中國農業科學院生物技術研究所研究員金蕪軍進行科學性把關