细胞死亡的方式

杨欣

如同每个生物一样，细胞也会有出生和死亡的生命周期。细胞的死亡有多种形式。现在，研究人员发现，细胞的死亡主要有3种形式：一是细胞的自然死亡，二是细胞凋亡，三是细胞焦亡。

人体细胞的种类、数量和寿命

人体细胞约有200余种，包括神经细胞、上皮细胞、红细胞、白细胞、血小板、巨噬细胞、B细胞、T细胞、肌细胞、成骨细胞、肝细胞、肾细胞、内分泌细胞等。其中一些细胞又可以细分为很多种类，如内分泌细胞有甲状腺细胞、胸腺细胞、胰岛细胞等；巨噬细胞分为噬中性粒细胞、噬碱性粒细胞、噬酸性粒细胞等。

T细胞的分类更复杂，分为辅助性T细胞（TH），具有协助体液免疫和细胞免疫的功能；抑制性T细胞（TS），具有抑制细胞免疫及体液免疫的功能；效应T细胞（TE），具有释放淋巴因子的功能；细胞毒T细胞（TC），具有杀伤靶细胞的功能；迟发性变态反应T细胞（TD），有参与变态反应的作用；放大T细胞（TA），有扩大免疫效果的作用；记忆T细胞（TM），有记忆特异性抗原刺激的作用。

人体细胞的总量约在40万亿～60万亿个之间，细胞的平均直径为10微米～20微米。除成熟的红细胞外，所有细胞都有一个细胞核，是调节细胞作用的中心。人的细胞中体积最大的是成熟的卵细胞，直径约为0.1毫米；最小的是血小板，直径只有约2微米。

人体细胞依种类不同而有不同的寿命，这也是它们的自然寿命，就像人到了一定年龄就会寿终正寝一样。人体寿命最长的是神经细胞（神经元），与人的寿命等同，人活多少岁，神经细胞就活多少岁。人体寿命最短的细胞是一些白细胞，只能活几小时。其他还有寿命各异的细胞，如肠黏膜细胞寿命为3天；肝细胞寿命为500天；红细胞平均寿命120天；血小板寿命为7～14天，精子（精细胞）寿命为3～5天等。

人体内每分钟有约1亿个细胞自然死亡，当然也有相同数量的细胞产生。在培养条件下，人体细胞平均可培养50代，每一代相当于2.4年，称为弗列克系数。根据这一系数，人的平均寿命应为120岁。但是，现阶段，一般人都活不到这一寿限。这也为生命现象的研究提供了一个方向，可以从细胞死亡的方式去探讨和延长人的寿命。

上述细胞的死亡方式是一种新老交替或新陈代谢的自然过程，因此，这样的细胞死亡也是一种自然死亡。

细胞凋亡

细胞凋亡有类似细胞自然死亡的地方，但最大的特点是一种生理性、主动性的死亡，也是一种主动性的“自觉自杀行为”，而非病理性死亡，所以又叫“程序性细胞死亡”。英国的西德尼·布伦纳、美国的H·罗伯特·霍维茨和英国的约翰·E·苏尔斯顿由于发现了细胞凋亡的规律而共同获得2002年的诺贝尔生理学或医学奖。

研究人员对线虫的研究发现，有一组特殊的基因控制着线虫的细胞凋亡过程。布伦纳首先用线虫进行试验，证明化合物EMS（乙基甲磺酸）可以诱导线虫基因组中的一些特殊的基因突变，这种突变正是细胞凋亡的信号。在这些基因的调控下，线虫这种总共有1090个细胞的简单生物在发育期间有131个细胞产生了生理性凋亡，因此线虫的成虫就由959个细胞组成。

接着，苏尔斯顿证明了死亡细胞的DNA的降解需要nuc-1基因编码的蛋白质。后来，霍维茨证明了首要的两个真正的“死亡基因”，ced-3和ced-4，因为ced-3和ced-4是实施细胞死亡的前提条件。再后来，霍维茨又证明了另一个基因ced-9是抗凋亡基因，其功能是与ced-3和ced-4相互作用以免除细胞的死亡。

细胞凋亡可以解释很多生命现象。例如，癌症和多囊肾是一些该凋亡的细胞不凋亡造成的。老年性痴呆则是大量神经细胞过早凋亡造成的。另一方面，细胞凋亡也是一种“自觉自杀行为”，如果没有这种自杀，人的进化发育和生长就会陷于混乱。例如，人的进化是在发育过程中去掉了尾巴，这正是细胞凋亡的结果，正如蝌蚪在发育过程中通过程序性细胞死亡而丢掉尾巴一样。

同样，在人类胚胎发育中，手指与脚趾的形成也需要一部分细胞程序性死亡，如此才可能生成指、趾，如同树木的枝桠。如果没有程序性细胞死亡，指与指、趾与趾之间就会连接在一起，像鸭子的蹼一样，趾与趾之间是连在一起的。

细胞焦亡

细胞焦亡是一个新的术语，用来描述另一种类型的细胞程序性死亡。尽管细胞焦亡类似于细胞凋亡，也是细胞的一种自杀行为，但是前者与后者有很大的区别。细胞焦亡是一种病理性的自杀，但细胞凋亡不是病理性自杀，而是一种细胞的生理性自杀。所以，发生细胞焦亡的一般是那些被病毒或细菌感染的细胞，如被艾滋病病毒感染的免疫细胞。但发生细胞凋亡的是那些并未被细菌和病毒感染的正常细胞。

美国加利福尼亚州旧金山的格拉斯顿分子病毒学家沃勒·格林等人发现，细胞焦亡其特征为快速的质膜破裂及炎性细胞内容物的释放，最终诱发组织细胞呈现一种介于凋亡与坏死之间的特殊程序性死亡。这个过程在多种疾病模型中发挥着重要作用。例如，细胞焦亡广泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生和发展，并发挥重要作用。

最能解释细胞焦亡的是感染了艾滋病病毒的T细胞的死亡。格林等人发现，淋巴组织中绝大多数的CD4T细胞尽管能够抵抗艾滋病病毒完全感染，但是，它们却会通过细胞焦亡来牺牲自身的存在。而且，CD4T细胞的焦亡会将更多的CD4T细胞吸引到病变区域，由此形成一种恶性循环，从而对免疫系统造成严重破坏。所以，CD4T细胞不是被艾滋病病毒杀死的，而是自杀而亡。

格林等人在2010年的一项研究中发现，艾滋病病毒感染淋巴组织中的CD4T细胞后，后者分成两种情况，一种是艾滋病病毒并不能在CD4T细胞中复制，因此艾滋病病毒感染这类细胞并不成功，而且，这类细胞要占CD4T细胞的95%，但是这类细胞会自己死亡。这种现象引发了格林等人进一步了解艾滋病病毒的兴趣。

在最近的研究中，格林等人在实验室中发现了两种情况都会导致CD4T细胞的焦亡。其一是，当艾滋病病毒感染一些CD4T细胞并且能在其中复制艾滋病病毒自身时，使得CD4T细胞死亡，不过，这类CD4T细胞只占少数。另一种情况是，当艾滋病病毒感染大部分CD4T细胞时，后者是不会允许艾滋病病毒在T细胞内复制艾滋病病毒的，这类不允许艾滋病病毒复制的T细胞应当是抗御艾滋病病毒的主流力量，但是，这类T细胞也会产生细胞焦亡。

利用细胞焦亡

格林等人揭示的CD4T细胞被艾滋病病毒感染而死亡的机理被美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家过敏和传染病研究所主任安东尼·福希誉为揭开了艾滋病病毒感染的近30年的谜底。不过，这项研究的意义不仅限于此，而是可以利用这一机理找到预防和治疗艾滋病的新方法。

过去的研究表明，人被细菌或病毒感染后，被感染的细胞会释放一些炎症信号来吸引更多的免疫细胞帮忙，以清除病原体。T细胞被艾滋病病毒感染后同样会这么做，这就是释放炎症因子。但是，被艾滋病病毒感染后的T细胞的这一传统做法却事与愿违，导致了相反的结果。T细胞被艾滋病病毒感染后会产生焦亡，与此同时会释放炎症信号吸引更多的T细胞来救援被感染的T细胞。但是，这些奔赴而来的细胞又会受到艾滋病病毒的感染，从而遵循之前受感染的T细胞死亡的方式而死亡。

如果能抑制T细胞的焦亡，尤其是抑制那些感染了艾滋病病毒却不会允许艾滋病病毒在自身内部复制的T细胞的焦亡，就有可能增强人体的免疫力来治疗艾滋病。这个设想也已得到研究的支持。格林等人发现，CD4T细胞中有一个叫作IFI16的蛋白是已知的引发炎症免疫反应的一种蛋白复合物的组成部分。当他们通过遗传操控敲除CD4T细胞的IFI16时，就能够抑制细胞焦亡。

格林等人发现，一种现有的药物可以抑制细胞培养物中的CD4T细胞的死亡，而且这种抑制剂还可以抑制炎症反应。因此，格林等人计划一项II期临床试验，在艾滋病病毒感染者中测试这种抑制剂阻断细胞焦亡的能力有多大。

不过，也有研究人员对细胞焦亡机理有不同理解。法国赛诺菲首席科学家纳贝尔认为，避免T细胞焦亡是一把双刃剑，T细胞死亡或许正是这些免疫细胞控制艾滋病病毒继续复制并扩散的有效手段，没有CD4T细胞，艾滋病病毒就失去了宿主，也就不会存在。所以，阻止细胞焦亡未必对艾滋病病毒感染者有利。但是，格林对这一观点不以为然，他们曾经检查过不让T细胞焦亡是否会促进艾滋病病毒感染的加快，结果并没有这种现象发生。所以，格林等人认为，细胞焦亡并不是宿主细胞限制艾滋病病毒感染的策略，阻止细胞焦亡应当是治疗艾滋病的另一种有效手段。

【责任编辑】张田勘