细胞为何要“自杀”

每逢秋天到来的时候，树叶由绿转黄，从树梢上飘落下来。这一幕对于生活在温带的人们来说是再熟悉不过的了，即便是为树叶凋零而落泪的文人也知道这些树并没有生病，更没有死，它们明年春天还会发芽。

树叶的凋零是一个生理过程，是树木抵御寒冬的一种策略。有时气温骤降，比如提前下了一场大雪，树叶也会纷纷掉落。这时，如果你足够细心，就会发现这些落叶和正常凋零的树叶是不同的，因为它们还没来得及经历凋零的程序，就在短时间内被冻伤或冻死了。

细胞的凋亡

树叶的凋零是看得见的器官水平的变化，在细胞水平也有一个类似的凋零现象，人们把它形象地称为细胞凋亡（apoptosis）。

细胞凋亡是一个主动的、按部就班的过程，它涉及到一系列基因的表达、酶促反应以及亚细胞水平的变化。也就是说，细胞凋亡是一种程序性死亡（programmed cell death）。与程序性死亡相对的是意外死亡，比如我们把一只活虾扔到热油锅里，虾身上的细胞，还来不及运行任何程序，就都死掉了。

乍一看，细胞给自己准备一套精密复杂的“自杀”程序似乎有些不可思议。生物不都是在千方百计地生存吗？为什么又要处心积虑地去死呢？然而，这里的“死”只是细胞的死亡，而不是生物体的死亡。实际上，能够控制身体细胞的死亡，对于多细胞生物来说是至关重要的。

最原始的多细胞生物其实只是一堆单细胞聚集在一起，彼此之间没有分工。当细胞之间有了分工和协作，机体就需要能够控制这些细胞的行为――包括必要的时候让它们死掉。因为，如果这些细胞还像单细胞生物那样自顾自地生长，那么它们到头来会是聚在一起的一堆细胞，而不会是一个“有机”的整体。

在发育过程中，很多不需要的细胞都是以凋亡的方式被清除的，比如一些脏器的空腔，就是因为里面原来的细胞死掉了才空出来的；再比如蝌蚪有尾巴，而青蛙没有尾巴，从蝌蚪到青蛙的变态过程中尾巴上的细胞发生了凋亡。我们人类胚胎发育的一定时期也有尾巴，而我们尾巴的消失也是通过类似的机制来实现的。

形象一点说，没有细胞凋亡的“雕琢”，就不可能发展出千姿百态的各种动物，而只能是出现一个个肉球。

一种为了生存的死亡

生物体的细胞总是处于新旧更替中，老去的细胞大多也是通过凋亡结束生命的。在凋亡的过程中，细胞内的一些蛋白会被降解，染色体被切割成短片段，而细胞膜则一直保持完整，并且膜表面会出现特定的标志，告诉吞噬细胞这是一个凋亡了的细胞。然后，吞噬细胞会将凋亡的细胞吞噬消化，在这一过程中，细胞的内容物不会泄漏，因此不会造成“环境污染”。

相反，经历坏死（necrosis）的细胞，细胞膜会破裂，细胞内容物会泄漏，进而会引起炎症反应，表现为局部肿胀、发热、疼痛，并对生物体造成一定的伤害。

机体的细胞时时刻刻都处于新生和死亡的动态平衡之中。我们体内每天有数以百亿计的细胞死去，但我们并不会因此感到任何不舒服，这就是因为它们是通过细胞凋亡这种安全的途径死掉的。

也就是说，从胚胎发育到生物体正常生活，都离不开细胞凋亡。细胞的凋亡，实际上是一种为了生存的死亡。

细胞凋亡异常与疾病

既然细胞凋亡在生命活动中如此重要，凋亡的异常也就会造成一些疾病。例如老年痴呆症、帕金森氏症等，就是因为一些本来不该凋亡的神经细胞凋亡了；相反，如果一些细胞中的凋亡途径被抑制，开始无节制的疯长，则可能形成肿瘤。

通过对凋亡机制的深入研究，人们可以开发出一些药物来对细胞凋亡进行调节，比如一些抗癌药物能特异地激活某些癌细胞的凋亡途径，这样既可以高效杀死癌细胞，对正常组织的毒副作用又比较小。与传统的化疗药物相比，它们有明显的优势。

孔老夫子曾说：“未知生，焉知死。”这句话很朴素，也很合情理，但对细胞凋亡来说，它却不合事实。细胞凋亡伴随着我们的一生，如果不了解它，我们就无法真正了解生命。因此，从某种意义上，我们也可以说：“欲知生，必知死。”

2002年，基于细胞凋亡的开创性研究，麻省理工学院的H. Robert Horvitz获得了诺贝尔生理学或医学奖。近些年来，细胞凋亡以及其他细胞程序性死亡的研究一直是一个热点，为细胞凋亡研究做出过重量级贡献的还有两位华人科学家，他们是北京生命科学研究所的王晓东（曾任职于美国德克萨斯大学西南医学中心）和美国哈佛大学的袁钧瑛，两人都是美国科学院院士。

实际上，除细胞凋亡之外，还有其他类型的程序性细胞死亡，它们处于细胞凋亡与意外死亡之间，其中，越接近凋亡的死亡，对身体的伤害越小，越接近意外死亡的，伤害越大。一般来说，凋亡是机体的首选，然后依次是其他程序性死亡，而应尽量避免意外死亡。

细胞凋亡相关的基因和信号途径在进化中相当保守，在一些单细胞生物，比如酵母和一些原生生物中也有凋亡现象。这是一个有趣的问题：多细胞生物的细胞凋亡是为了机体的利益牺牲自己，那么单细胞生物凋亡又为了谁呢？

对于这个问题，目前还没有太满意的答案。通常认为一个细胞周围的细胞通常是自己的兄弟姐妹，如果细胞以凋亡的方式结束自己的生命，对周围细胞的负面影响会更小，这和多细胞体内的情形多少有些相似。