【诺奖中的“基因”】这些细胞为何会选择“自杀”？

【诺奖中的“基因”】

在自然界里，每一种动、植物都有一定的生命周期。比如树叶临秋会凋落，蛇到一定时候会蜕掉一层皮。科学家们研究发现，生物体的“程序性细胞死亡”亦称“细胞凋亡”，是细胞本身的一种生理性、主动性的“自杀”行为，而绝非由外在因素所致。

从左到右依次是英国科学家悉尼·布雷内、美国科学家罗伯特·霍维茨、英国科学家约翰·苏尔斯顿

英国科学家布雷内、苏尔斯顿和美国科学家霍维茨就是因研究发现了决定器官发育和导致细胞程序性死亡的基因机制而荣获2002年诺贝尔生理学或医学奖的。他们的这一发现，揭示了人类从健康到亚健康直到得病的根本原因，并明确指出人类肌体的一切病理现象都是基于细胞的损伤。“程序性细胞死亡”是怎么一回事？对它们的研究又有什么重大意义呢？

程序性细胞死亡与细胞衰老

完美的研究对象

早在20世纪60年代初期，科学家们就开始探索“程序性细胞死亡”的奥秘。要揭开这一奥秘，需要选择一个合适的研究对象，像细菌这样的单细胞生物太简单，而像哺乳动物这样由大量细胞组成的生物又太复杂，科学家们最终选择了线虫。线虫长仅1毫米，细胞数量不多，功能也不复杂，而且它身体透明，便于用显微镜观测。

显微镜下的线虫

布雷内通过对线虫的研究将基因分析和细胞的分裂、分化以及器官的发育联系起来，并且通过显微镜追踪这一系列过程。霍维茨发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因并描绘出了这些基因的特征。他揭示了这些基因怎样在细胞死亡过程中相互作用，并且证实了相应的基因也存在于人体中。苏尔斯顿则描述了线虫组织在发展过程中细胞分裂和分化的具体情况。他还确认了在细胞死亡过程中发挥控制作用的基因的最初变化情况。

细胞决定人的生老病死

在健康的机体中，细胞的生生死死总是处于一个良性的动态平衡中。如果该死亡的细胞没有死亡，就可能导致细胞恶性增长，形成癌症。如果不该死亡的细胞过多地死亡，比如受艾滋病病毒的攻击，不该死亡的淋巴细胞大批死亡，会破坏人体的免疫能力，最终导致患者因为感染或肿瘤而死亡。

受精卵通过分裂逐步形成大量功能不同的细胞，发育成大脑、躯干、四肢等,在发育过程中，细胞不但要恰当地诞生，而且也要恰当地死亡。例如人在胚胎阶段是有尾巴的，正因为组成尾巴的细胞恰当地死亡，才使我们在出生后没有尾巴。如果这些细胞没有恰当地死亡，就会出现长尾巴的新生儿。

从胚胎、新生儿、婴儿、儿童到青少年，在这一系列人体发育成熟之前的阶段，总体来说细胞诞生的多，死亡的少，所以身体才能生长发育。发育成熟后，人体内细胞的诞生和死亡处于一个动态平衡阶段，一个成年人体内每天都有上万亿细胞诞生，同时又有上万亿细胞“程序性死亡”。

为研制治疗顽疾药物打下基础

这3位获奖者的成果为其他科学家研究“程序性细胞死亡”提供了重要基础，后来科学家们又在这一领域取得了一系列新成绩。

科学家们发现，控制“程序性细胞死亡”的基因有两类，一类是抑制细胞死亡的，另一类是启动或促进细胞死亡的。两类基因相互作用控制细胞正常死亡。如果能发现所有的调控基因，分析其功能，研究出能发挥或抑制这些基因功能的药物，那么就可加速癌细胞自杀，达到治疗癌症的目的，也可以提高免疫细胞的生命力，达到抵御艾滋病的目的。

近年来，多种化疗药物广泛应用于肿瘤治疗。然而，由于化疗药物昂贵的价格以及难以避免的副作用，导致其在临床上的应用受到限制。针对以上难题，中科院合肥物质科学研究院技术生物所吴正岩研究员课题组与上海交通大学医学院邹多宏教授合作，利用纳米硒与碳酸锰修饰四氧化三铁纳米颗粒构建了一种不含化疗药物的纳米诊疗剂，能够诱导肿瘤细胞的凋亡。同时，锰离子与纳米硒也可抑制肿瘤细胞内三磷酸腺苷的产生，进一步加速肿瘤细胞的凋亡。（本文图片来自网络）

出品：科普中国

监制：中国农学会 光明网

作者：张梦凡

本文由中国农业科学院生物技术研究所研究员金芜军进行科学性把关