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主要内容

细胞凋亡

程序性细胞死亡及其与坏死(因受伤导致细胞死亡)的不同。

要点:

  • 细胞凋亡 是一种程序化的细胞死亡,或称“细胞自杀”。它与细胞坏死不同,后者是指细胞因为受伤而死亡。
  • 细胞凋亡是一个有秩序的过程,细胞中的内容物被膜包装成一个个小包,便于免疫细胞“收集垃圾”。
  • 细胞凋亡在细胞生长过程中去除一些细胞,消除潜在的癌变或被病毒感染的细胞,并且保持身体内部的平衡。

视频:细胞凋亡概述

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介绍

你也许认为,你的身体中细胞的死亡是一件坏事。在许多情况中,这是正确的:细胞由于受伤而死亡是不好的(例如:被刮伤或是因为有害的化学物质而受伤)。然而,使我们身体中的一些细胞死亡 也是 很重要的,但是要在严格控制之下。
比如,你有没有曾经思考过你的手指是怎么形成的?事实是,在你还是一个胚胎的时候,你的手指间的细胞在很久之前就被指示死亡。如果它们没有这么做的话,你的手指之间就会长蹼,又或许只是一片没有手指的肌肉组织。
你在胚胎时期时,手指之间的细胞在 细胞凋亡 过程中死亡,这是一种常见的程序化细胞死亡。在 程序化细胞死亡 中,细胞收到信号后接受“细胞自杀”。细胞凋亡涉及细胞的死亡,但是这对整个生命体是有益的(例如,使手指生长或消除潜在的癌细胞)。在这篇文章里,我们会进一步了解细胞凋亡,看看它在什么时候发生和它很重要的原因。

细胞凋亡与坏死

广泛来说,在像你一样的多细胞生命体中,细胞的死亡方式有两种:
  • 它们被一些有害物质杀死(例如有毒的化学品或是物理性损伤),这个过程叫做 坏死
  • 它们被触发进行程序性细胞死亡。最容易被理解的的一种程序性细胞死亡称为 细胞凋亡
细胞坏死与细胞凋亡在不同的环境下发生,涉及的步骤也不同。简单来说,坏死是杂乱的,会引发免疫系统的炎症反应,而细胞凋亡是有序的,它将细胞分裂成小块,这些小块可以被其他细胞吸收并回收。

坏死(杂乱的那种)

当细胞被有害因素破坏时(比如受伤或有毒物质)它们通常在死亡时“溢出内脏”。由于被破坏的细胞的质膜无法再控制细胞中的离子和水,它膨胀起来,使内容物从质膜上的孔中流走。这个过程常常导致死亡细胞周围组织的炎症。

细胞凋亡(有序的那一种)

凋亡的细胞经历了一个不同的且更有序的过程。这细胞会收缩并在表面形成气泡状突起(技术名词:疱疹)。细胞核中的DNA被切割成小块,细胞的一些细胞器,如内质网,分裂成碎片。最后,整个细胞分裂成小块,每个小块都被整齐地包裹在一层膜中。
这些碎片会经历什么?它们释放的信号会吸引吃碎片的(吞噬)免疫细胞,如巨噬细胞。同时,濒死细胞的碎片表面显示一种叫做磷脂酰丝氨酸的脂质分子。磷脂酰丝氨酸通常隐藏在细胞膜的内部,当它在细胞膜外部时,它使吞噬细胞结合并“吃掉”细胞碎片。

细胞为什么会凋亡?

人体中的许多细胞都具备与生俱来的凋亡能力(就像它们具有复制DNA或分解燃料的内在能力一样)。基本上,细胞凋亡是一种普遍并方便的方法,以消除那些不应该继续存在于生命体中的细胞。
  • 一些细胞需要在生长期间被“删除” — 例如从一块更大的组织中削出像手一样复杂的结构。
  • 有些细胞是不正常的,如果它们存活下来,可能会伤害生物体的其他部分,比如被病毒感染或DNA受损的细胞。
  • 在一个成熟生命体中的细胞可能被淘汰,以保持生命体中的平衡 — 为新的细胞让路或将一些只执行短期任务的细胞移除。

细胞凋亡是发育的一部分

在许多生物体中,程序性细胞死亡是正常发育的一部分。在某些情况下,细胞凋亡在发育过程中以一种非常可预测的方式发生:在 秀丽隐杆线虫 中, 131 当蠕虫从单个细胞发育成成虫时,一些细胞会死于凋亡(并且我们确切地知道它们是哪种细胞)1!
细胞凋亡在人类发育中也起着重要作用。例如,正如我们在介绍中所看到的那样,当你还是胚胎的时候,你的手是一块像桨一样的组织块。发育中的手指之间的细胞凋亡将这片组织“雕刻”成手指。
选自一篇科学论文的显微镜图像,显示了一只正在发育的老鼠爪子。正在发育的手指之间的凋亡细胞被一种染料上色。
这一过程发生在所有具有手指或脚趾状手指的脊椎动物中,细胞凋亡越少,手指间的网状结构就越多。有时,如果在手指或脚趾发育过程中发生一个小错误,细胞凋亡就可能是不完全的(例如,导致脚趾融合)。
正常发育过程中细胞凋亡的其他例子包括蝌蚪变成青蛙时尾巴的缺失,以及大脑神经回路中不需要的神经元的缺失。

细胞凋亡可以消除受感染或癌变的细胞

在某些情况下,如果一个细胞存活下来,它会对身体的其他部分构成威胁。例如,对于DNA受损的细胞、癌前细胞和被病毒感染的细胞来说,情况可能就是这样。如果这些细胞凋亡,对生命体的其他部分(如癌症或病毒感染的传播)的威胁就会消除。
当一个细胞的DNA受到损伤时,它通常会检测到损伤并试图修复它。如果损伤无法修复,细胞通常会自我凋亡,确保它不会将受损的DNA传递下去。当细胞受到DNA损伤而没能凋亡时,它们就可能走上癌症之路。
有时,没能收到凋亡信号的癌前细胞被免疫细胞检测到,免疫细胞试图通过外部信号通路使其凋亡。然而,成功的癌细胞能够避开通常会引发细胞凋亡的内部和外部信号。这使得它们分裂失控,积累突变(DNA的变化)。

细胞凋亡是机体免疫功能的关键

细胞凋亡在健康免疫系统的发育和维持中也起着重要的作用。当B细胞和T细胞(与特定分子结合的免疫细胞)首次产生时,要对它们进行测试,看它们是否对人体自身的任何成分产生反应。这样做的细胞会立即被凋亡淘汰。如果这一过程失败,自我反应细胞可能被释放到体内,在那里它们可以攻击组织并导致自身免疫性疾病。
细胞凋亡在使免疫系统停止对病原体的反应方面也起着重要作用。当发现病原体时,识别病原体的免疫细胞广泛分裂,数量急剧增加,目的是消灭病原体。一旦病原体从体内被清除,大量的病原体特异性免疫细胞就不再需要,必须通过凋亡来清除,以维持免疫系统的稳定(平衡)。

总结

细胞凋亡是一种程序性的细胞死亡,或称“细胞自杀”的一种形式。它与坏死不同,坏死是指细胞因损伤而死亡。凋亡不是细胞程序性死亡的唯一形式,但它是我们最了解的形式。
细胞凋亡是一个有序的过程,细胞的内容物分解并被分装成小包,便于免疫细胞“收集垃圾”。它与细胞坏死(因受伤而死亡)形成对比,细胞坏死的过程中,死去的细胞内容物会泄露并引发炎症。
细胞凋亡在细胞生长过程中消除一些细胞。它也消除了癌变或被病毒感染的细胞,尽管“成功的”癌细胞可以逃脱凋亡并继续分裂。细胞凋亡维持着人体内细胞的平衡,在免疫系统中尤为重要。

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