作为我们生命的基本单位,细胞实际上有点像计算机编程中封装的“对象”。我们是从单细胞生物进化而来的,所以这个基本单位已经进化了早已演化出了它自己的一套非常独立而且被封装的机制几亿年了。就像封装在计算机程序中的各种“物体”或“功能”一样,它也拥有“应用程序接口”,可以接受各种“输入参数”和“输入信号”,并对这些信号做出各种反应。它自身内部也有自己的一套独立的控制程序,有自己独立的生命控制循环。细胞的各种复杂行为中,与我们相关的话题是:它在“不朽”的同时,也在不断地“自杀”(凋亡)和,相比起细胞坏死,细胞的凋亡,是更常见的细胞死亡形式。
细胞也会死亡。细胞死亡分为两种:1.细胞坏死(Necrosis);2.凋亡(apoptosis)。
坏死是指细胞或活体组织由于异常原因而永久死亡。这通常是指外界因素引起的异常、病理性细胞死亡,可导致疾病甚至个体死亡。
与细胞坏死相比,我们体内更常见的细胞死亡方式是“细胞凋亡”,这是一种细胞主动的程序化自杀行为(程序性细胞死亡)。而且,与细胞坏死不同,细胞凋亡不会引发人体的“炎症反应”。 (注:“炎症”是指我们免疫系统中的“先天免疫系统”为清除有害刺激或病原体并促进修复而采取的保护措施,并不是像“后天免疫系统”那样针对病原体而采取的特异性反应。关于“炎症反应”,我们在讨论癌症时也会提到。)
细胞凋亡分为“内源性凋亡”和“外源性凋亡”。简单的说起来,细胞就像是一个计算机程序中被封装的“对象”,当它接受到外界通知它死亡的信号的时候,它通过一系列复杂的级联反应,自己将自己破坏,导致死亡。同时,作为一个封装对象,它内部也有一套自杀程序。当它感应到自身内部出现了一些问题的时候(比如DNA遭到破坏),也可能触发它启动它的自杀程序,导致它的死亡。它最终分解成许多包裹在细胞膜中的“凋亡小体”,然后被巨噬细胞吞噬。由于整个过程中细胞器等细胞内容物不会泄漏或溢出,因此细胞凋亡不会引发炎症反应。 (注:细胞被破坏后,内容物溢出会刺激免疫系统中的“先天免疫系统”,产生红肿等炎症反应)
关于细胞凋亡,稍微详细一点的过程如下:
外源途径:我们之前讨论过,细胞表面有很多“受体”。这些受体的功能是与“配体”结合并接收来自外界的信号。该配体可以是任何小分子或离子,甚至是蛋白质。这与计算机程序中各种“封装对象”的参数和输入方式如出一辙。细胞内的众多受体中,有一些是所谓的“死亡受体”,它们是用来接收“死亡信号”的。如下图所示,细胞表面的FAS、TNF-R1、TRAIL-R1等都是“死亡受体”或“肿瘤坏死因子受体”。它们与配体结合,可以为细胞产生死亡刺激信号。激活细胞内的“凋亡蛋白酶”(Caspase)等,然后通过一系列级联反应,最终导致细胞凋亡。
内源途径(也称线粒体途径):细胞作为一个独立的被封装物体,不仅可以接收外界信号,还可以感知自身的问题。例如,当其DNA受损时,这种自杀机制也可能被激活。它通过一系列的过程,改变线粒体内外膜的通透性,使线粒体内部的一些内容物(如细胞色素C等)释放到细胞质中。那么这些物质也会激活“凋亡蛋白酶”,然后通过一系列的级联反应最终导致细胞凋亡。一般就是这个过程。
图55. 主动细胞自杀(细胞凋亡)的两个信号通道。 (1)外源途径。图中可以看到细胞膜上有FAS、TNF-R1、TRAIL-R1等受体。这些受体是所谓的“死亡受体”或“肿瘤坏死因子受体”。当它们收到“死亡信号”,即那些小分子“配体”(图中的FAS L、TNF、TRAIL等)的信号时,就会激活凋亡蛋白,导致细胞凋亡。 (2)通常由线粒体触发的内在途径也会激活凋亡蛋白,导致细胞凋亡。
image图56. 组织中细胞凋亡过程的示意图。事实上,细胞凋亡并不一定是由于不健康状况造成的。有时,由于结构或功能的需要,我们的身体也会诱导组织中某些细胞的凋亡。特别是在胚胎发育过程中,这种诱导细胞凋亡的现象非常常见。例如:在胚胎发育过程中,眼睛玻璃体和晶状体中的细胞凋亡是实现眼睛对光透明的重要一步。图片来自维基百科
用这么短的一段介绍细胞凋亡,主要是为了方便后面的讨论。总之,我们知道了,我们的细胞是浸泡在一个信号的海洋里面的,诸多信号中,有一类信号是“死亡信号”,我们的细胞可以接收“死亡信号”,并在“死亡信号”的通知下,主动自杀死亡。有这么个概念就足够了。同时,相信大家也应该知道,我们体内的细胞总是在死亡和更新,但我们体内的细胞的死亡,主要是因为细胞的主动自杀不仅仅是所谓的细胞“老年死亡”。
细胞凋亡的机制其实非常复杂,还有很多未解的机制。不过,我们暂时将单元视为一个封装的“对象”,可以接受信号和参数,类似于计算机编程。过来看看,就够了……
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用户评论
这应该是个很深刻的文章吧,我一直对生命的演变过程很好奇。
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没想到就连细胞也会有自我毁灭的过程,真让人震撼!
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凋亡听起来有点可怕,但它对生物发展的重要性可见一斑啊。
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以前只知道细胞分裂,没想到还有主动自杀这一种机制,真是太神奇了。
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这种主动自我毁灭的机制也太复杂了吧!需要深入了解一下。
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wonder how this process works on a molecular level.
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读懂这篇文章需要一定的生物学基础吧?
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听起来像是一个很有逻辑的过程,细胞要为了整体牺牲部分自己。
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这个“主动自杀”是不是有点像个悲壮的故事呢?
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凋亡在癌症治疗中也是很重要的吧?
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我想知道凋亡是如何被调控的呢?是什么因素触发了它?
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这种自杀机制真是太让人费解了,还有很多不明白的地方。
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希望这篇文章能解释清楚凋亡的各个细节吧!
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感觉这个“死亡起源”系列文章一定非常专业和深入!
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我要回去复习一下细胞生物学方面的知识了。
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对生命轮回的过程更深的了解真是个 fascinating topic!
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这篇文章会不会讨论不同物种凋亡的差异呢?
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这个主题让我想到很多关于生命的思考。
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