分速3微米：细胞凋亡的传播速度

科学家第一次亲眼目睹了细胞凋亡的完整过程，并测量出了死亡的行进速度。

所谓的细胞凋亡(apoptosis)，是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡现象——以每分钟3微米(0.003毫米)的速率像波纹一样触发连锁的级联反应。

波的信令过程被称为触发波。不要介意术语，想象一下森林火灾从起火点蔓延出去，或者一列多米诺骨牌挨个倒下，你就会很好地理解触发波是怎么回事。

它们是日常生活中重要的生物电化学过程，可以在长距离上快速可靠地传输信息。

在多细胞动物中，它们调节细胞的生存周期，其中细胞以分裂的方式产生新的细胞——触发波挨个激活路径上的细胞。

神经元的动作电位——沿着轴突传播电信号，也是一种触发波。

但现在，我们第一次晓得它们还参与了细胞凋亡的过程。

斯坦福大学的生物化学家James Ferrell说：“这是细胞生理过程中反复出现的主题，但大多数生物学家以前却从未听说过。我敢打赌，过不了多久，这个名词就会出现在教科书里。”

细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。

但即便如此，它仍然是一个神秘的现象。例如，它并不总能阻止那些突变细胞变成癌细胞，或者它也会反应过度，出现在帕金森症和阿茨海默症等神经退行性疾病中，杀死大量的健康细胞。

研究人员说，如果我们想弄清楚其中的奥秘，并且根据情况，放慢或终止这一过程，我们需要先弄清楚细胞凋亡的调节机制。

为了观察细胞内的凋亡过程，研究人员使用了非洲爪蛙的卵。他们除去了卵细胞中的细胞质——除细胞核外的所有物质，将其置于试管中。然后他们向卵细胞注入绿色荧光蛋白，再启动了细胞凋亡的过程，蛋白会在凋亡时发出荧光。

绿色的光点以恒定的速度移动，表明细胞凋亡通过触发波传播，而不是化学扩散，后者是一种慢得多的通信方式。

下一步就是要看看能否在天然状态的细胞中观察到同样的现象，但由于青蛙的卵很不透明，使用荧光显微镜也不会有太大帮助。

但当在一个完整的卵子中诱导细胞凋亡时，他们注意到它的颜色发生了变化，随着细胞死亡而变暗。暗淡颜色在卵细胞的表面均匀蔓延，说明同样出现了触发波。

完整的非洲爪蛙卵细胞凋亡时颜色暗淡的速度，Cheng & Ferrell|Science

经过分析后发现，被诱导凋亡的蟾蜍卵中出现了半胱天冬酶——在细胞程序性死亡中发挥关键作用的酶类型。另一方面，活卵中没有活化的半胱天冬酶。

他们确定，一旦凋亡过程开始，半胱天冬酶就会被激活。然后它们会扩散到附近的其他半胱氨酸蛋白酶，依此类推，就像那些倒下的多米诺骨牌一样，直到整个细胞死去。

团队希望探究免疫反应中的触发波过程。

“我们拥有生物中酶和基因的所有信息，我们正试图将两者联系起来，共同解释反复出现的触发波现象。”Ferrell说。

“我们证明了触发波可以实现体内长距离通信。触发波需要几个主要因素，正反馈循环，阈值和空间耦合机制，特定的化学成分遍布生物机体各处。一个多米诺骨牌倒在另一个多米诺骨牌上，并触发后者倒在下一个多米诺骨牌上。这个阈值就是第一块倒下的骨牌。现在我们想知道还有那些生理过程呈现出触发波的形式。”

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。