生物新发现   细胞凋亡的关键步骤

通报道：２００２ 年诺贝尔生理学或医学奖分别授予了英国科学家悉尼·布雷内、美国科学家罗伯特·霍维茨和英国科学家约翰·苏尔斯顿，以表彰他们发现了在器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则。现在，UC Davis和约翰霍普金斯大学的细胞生物学专家确定出与程序性细胞死亡有关的一个基础的细胞事件。这项研究将使人们对两种破坏性遗传疾病有新的认识。相关文章发表在9月17日的Science上。

程序性细胞死亡即细胞凋亡是健康个体中的一个正常过程。近年来发现线粒体跨膜电位与线粒体通透性改变在细胞凋亡过程中起重要作用，并且还有人提出了线粒体通透性改变孔道复合物的假说。如果线粒体融合过程出错，错误的细胞就会死亡，进而导致疾病的发生，这其中就包括两种神经退行性疾病——dominant optic atrophy（显性视神经萎缩，导致失明的最常见遗传病因）和腓骨肌萎缩症（CMT,Charcot-Marie-Tooth disease）。这两种疾病都能杀死神经细胞。

但到目前为止，研究人员虽然知道这些疾病是因为线粒体融合出错引起，但对线粒体融合本身还不甚了解。这主要是因为线粒体的结构组成比较复杂。线粒体内外膜有所区别，因此研究人员想知道两个线粒体融合时如何保持两种膜类型不被混合。

研究组设计了不同的方案来跟踪研究线粒体融合过程。结果，他们看到了两个明显的阶段：首先，外膜融合并形成一个有一个外膜和两套内膜的中间体结构；然后，内膜发生融合。研究人员还调查了这个过程发生的一些生化要求。

细胞凋亡是生命的一个基础过程，而线粒体融合与细胞凋亡以及一些疾病的发生密切相关。这项有关线粒体融合的发现则是了解凋亡过程的一个重要进展，也有助于我们对相关疾病获得深入性了解。 程序性细胞死亡 “程序性细胞死亡”（programmed cell death, PCD）由于与人类健康和某些重大疾病有密切关系而成为生物工程研究的热门课题。2002年诺贝尔生理学、医学奖授予英国的悉尼•布雷内、约翰•苏尔斯顿和美国的罗伯特•霍维茨，以表彰他们在“器官发育”和“程序性细胞死亡”中的重大发现，则明确反映出了这项研究的重要性。他们在线虫中发现了控制细胞死亡的关键基因，并阐明了这些基因如何在细胞死亡过程中相互作用，还证明了在人体中存在着相似的基因。这一开创性工作为“程序性死亡”的研究奠定了重要的基础。 近年来，这一领域取得了令人瞩目的成果。科学家发现控制“程序性细胞死亡”的基因有两类，一类是抑制细胞死亡的，而另一类则启动或促进细胞死亡。这两类基因的相互作用控制了细胞发育的进程。这两种机制的并存，使机体细胞的生与死处于动态的平衡，以确保机体的健康。一旦这种平衡被破坏，疾病就会发生。当细胞的死亡受到抑制时，细胞会无序增长并造成肿瘤发生及形成癌症，反之则导致细胞过度死亡，如受到艾滋病病毒感染时，人体免疫机能被破坏，引发艾滋病。受到基因严密调控的细胞“生”与“死”的过程对于我们更深刻地认识人类健康和疾病的机理，进一步了解癌症、艾滋病等重大疾病的发病机制并找到治疗方法有重要的意义。 目前一些国家已开始利用“程序性细胞死亡”的机理研究治疗某些疑难病症的新方法。我国科研人员在这一领域的研究也非常活跃，一些医药开发公司已在进行有关的临床试验。这些工作必将为人类疑难病症的治疗带来新的生机。 “程序性细胞死亡”缘何摘桂诺贝尔
２００２年诺贝尔生理学或医学奖分别授予了英国科学家悉尼·布雷内、美国科学家罗伯特·霍维茨和英国科学家约翰·苏尔斯顿，以表彰他们发现了在器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则。

对这一成果，北京大学生命科学院院长丁鸣孝评价到，诺贝尔医学奖大多颁发给技术有重大突破，或是理论有创新的科学家。此次，“程序性细胞死亡”就是细胞分子生物学在理论上的一大突破。这种突破对该学科各方面的影响是深远的。丁教授说，举个不十分贴切的比喻，就像爱因斯坦发现了相对论，而后人却利用相对论的理论制造出了原子弹。中科院翟中和院士是国内细胞生物学领域最权威的专家之一。

７２岁高龄的翟老抱病接受了记者采访，翟老说这项成果获奖早在科学家们的预料之中。翟老和此次获奖者之一的美国罗伯特·霍维茨教授很熟悉，并且，翟老有两个学生在霍维茨的实验室里担任着很重要的工作。翟老对这两位学生评价很高，说“他们都和霍维茨共同发表过论文，有的还是第一作者。可以说，这项获大奖的成果也有中国学者的功劳。”

翟老说，此次三位获奖科学家的最大贡献就是将细胞的程序性死亡和一般性衰老死亡区分开来，证明了程序性细胞死亡的必然性；其次，通过对线虫的研究将基因分析与细胞的分裂、分化以及器官的发育联系起来，提出在器官发育过程中细胞的程序性死亡是由一系列基因控制的。另外，“程序性细胞死亡”机理为艾滋病、肿瘤和癌症等疾病的治疗提供了寻找新方法的可能，将在人类战胜疾病的过程中发挥重要作用。

“程序性细胞死亡”是细胞的一种生理性、主动性的“自觉自杀行为”，这些细胞死得有规律，似乎是按编好了的“程序”进行的，其死亡过程犹如秋天片片树叶的凋落，所以这种细胞死亡又称为“细胞凋亡”。

包括人类在内的生物是由细胞组成的，细胞的诞生固然非常重要，但细胞的死亡也重要。人类都是由受精卵发育而成的。受精卵分裂逐步形成大量的功能不同的细胞，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。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，才使人在出生后没有尾巴。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”。

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，如果这种平衡被破坏，人就会患病。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，而不该死亡的淋巴细胞大批死亡，就会破坏人体的免疫能力，导致艾滋病发作。

翟老说，早在２０世纪６０年代初期，科学家就开始探索“程序性细胞死亡”的奥秘。但要揭开这一奥秘，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。

据诺贝尔奖网站上公布的资料显示，布雷内早在２０世纪６０年代初期就正确地选择线虫作为研究对象。这一选择使得基因分析能够和细胞的分裂、分化，以及器官的发育联系起来，并且能够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。

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，而同时提高免疫细胞的生命力，则达到抵御艾滋病的目的。

翟老说，国内的科学家也早就开始关注、研究这一领域。翟老告诉记者，他在北大实验室的研究团队，已在欧美的生化杂志上发表了六七篇相关论文，并且，一些成果正在申报国家自然科学奖。对于这一领域的研究发展，翟老肯定的告诉记者，未来的某年内，诺贝尔奖项将会授予研究细胞衰老的科学家。

来源：中国高新技术产业导报