在一個(gè)復(fù)雜的組織中,，細(xì)胞的死亡并不是一件令人驚訝的事，每個(gè)有生命的物體最終都將死亡,。出人意料的是,，在發(fā)育的過程中，一些細(xì)胞的死亡卻是以一種“程序性”的方式來實(shí)現(xiàn)的【1】,。在機(jī)體發(fā)育的過程中,，細(xì)胞死亡能夠被誘導(dǎo)或者預(yù)測，而且這些過程中涉及到許多物質(zhì)的參與,，這引起了研究人員們的興趣,，以探究細(xì)胞死亡背后的基因或者生物學(xué)過程。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,，細(xì)胞死亡的研究進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期,，在1990-2010這20年里，關(guān)于細(xì)胞死亡的調(diào)控研究文章獲得大量發(fā)表,，細(xì)胞死亡領(lǐng)域成為科學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)問題,。但在接下來的十年中,，細(xì)胞死亡方面的研究雖有所減緩，但依然獲得了大量的關(guān)注,，如圖1所示,。

圖1 關(guān)于細(xì)胞死亡的文章發(fā)表情況

而在關(guān)于細(xì)胞死亡研究的下一個(gè)十年將要開啟的時(shí)候，認(rèn)清現(xiàn)狀和找到一些基礎(chǔ)性的問題將對以后的研究起到非常重要的作用,。俗語說,，問題是我們前進(jìn)的動力，一個(gè)好的問題等于知識的一半,。

來自美國圣約翰兒童醫(yī)院的Douglas R. Green博士于2019年5月16日在Cell雜志以The Coming Decade of Cell Death Research: Five Riddles為題刊文,，對細(xì)胞死亡領(lǐng)域當(dāng)前面臨的問題做了一個(gè)總結(jié)，作者準(zhǔn)備了五個(gè)問題,，希望對未來細(xì)胞死亡領(lǐng)域的研究能有所啟發(fā)：

1

什么程度的死亡是細(xì)胞死亡,？

細(xì)胞死亡過程中不可逆的點(diǎn)在哪里？而正在死亡的細(xì)胞到什么程度的時(shí)候仍然能夠被拯救呢,？

在三種受調(diào)控的壞死過程（程序性壞死,、細(xì)胞焦亡、細(xì)胞鐵死亡）中,，當(dāng)細(xì)胞膜的完整性被破壞到無法修復(fù)時(shí),，細(xì)胞死亡。細(xì)胞膜的修復(fù)能夠?qū)辜?xì)胞的死亡過程,。細(xì)胞鐵死亡主要是由膜脂修復(fù)酶——谷胱甘肽過氧化物酶（GPX4, glutathione peroxidase 4）失效造成的【2】,，這個(gè)過程一旦起始，沒有其他的機(jī)制能夠阻止之后的細(xì)胞死亡,。而另外兩種受調(diào)控的壞死形式,，細(xì)胞焦亡和程序性壞死，它們主要是由膜孔形成蛋白GSDMD（gasdermin D）和MLKL（mixed lineage kinase domain-like protein）的作用來實(shí)現(xiàn)的,，這兩個(gè)蛋白能夠破壞細(xì)胞膜,。而ESCRT（endosomal sorting complexes required for transport）在鈣離子流的輔助作用下可以對細(xì)胞膜上的孔洞進(jìn)行修復(fù)，這種修復(fù)維護(hù)了細(xì)胞膜的完整性,，抑制了一些胞內(nèi)物質(zhì)的釋放,，進(jìn)而抑制了細(xì)胞的死亡【3】。

而考慮到細(xì)胞凋亡時(shí),，一般認(rèn)為線粒體外膜通透化（MOMP, mitochondrial outer membrane permeabilization）將導(dǎo)致細(xì)胞的死亡,，這種形式的死亡甚至不需要caspases的激活【4】。不過,，當(dāng)糖酵解途徑加強(qiáng)或者自噬途徑降解了受損的線粒體時(shí),，由線粒體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡能夠被抑制。然而，也有證據(jù)表明,，由死亡受體介導(dǎo)的caspase激活即使很少量,，或者少數(shù)線粒體發(fā)生了外膜通透化，在這種情況下都會導(dǎo)致CAD（caspase-activated DNase）的產(chǎn)生以及DNA損傷,。這樣的細(xì)胞即使最終存活，但因?yàn)榧?xì)胞體內(nèi)產(chǎn)生的CAD,，它們的基因組也將變得不穩(wěn)定,。

2

什么情況下對細(xì)胞有毒的物質(zhì)不再起作用？

當(dāng)一群細(xì)胞面對能夠誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的刺激物時(shí),，為什么其中一些細(xì)胞最終死亡,，而一些細(xì)胞卻存活著？一些死亡誘導(dǎo)因子在處理細(xì)胞時(shí),，很難殺死所有細(xì)胞的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,，這不是由于某些細(xì)胞能夠?qū)顾劳稣T導(dǎo)因子，而是由這些因子起始細(xì)胞死亡的相對敏感性決定的,。

如果一個(gè)突變能夠影響基因的表達(dá)或者功能,，進(jìn)而抑制誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的處理，那么對細(xì)胞持續(xù)進(jìn)行這種處理,，便能將這種突變篩選出來,。然而，近年來人們發(fā)現(xiàn),，當(dāng)對細(xì)胞進(jìn)行毒性處理時(shí),，一些細(xì)胞能夠通過變成一種短暫的“persistence”狀態(tài)，進(jìn)而逃脫毒性傷害,，這些存活的細(xì)胞我們稱之為抗性細(xì)胞,，這與之前的基因突變的篩選是完全不同的。我們對于在處理過程中死亡的細(xì)胞了解的很多,，但對于那些能夠表現(xiàn)出抗性而存活下來的細(xì)胞卻知道的很少,。這兩種細(xì)胞之間到底有什么樣的不同呢，細(xì)胞的抗性是在細(xì)胞接受處理前就存在的嗎,？

一些多功能的蛋白,，例如p53，能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,，但同時(shí)它也能夠引發(fā)細(xì)胞周期停滯和DNA修復(fù),，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞。而p53的表達(dá)量的改變或許可以讓細(xì)胞的命運(yùn)發(fā)生不同,，但這并不是細(xì)胞抗性產(chǎn)生的根本原因,，因?yàn)槟切]有p53表達(dá)的細(xì)胞同樣也能產(chǎn)生抗性。另外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對細(xì)胞命運(yùn)的影響以及TRAIL同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和存活等模型都不能解釋細(xì)胞面對毒性處理時(shí)獲得的抗性,。

最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),，給細(xì)胞進(jìn)行不同的化學(xué)藥物處理時(shí)，存活下來的細(xì)胞會對GPX4的抑制劑敏感,，但是對照組細(xì)胞,，即沒有進(jìn)行化學(xué)藥物處理的細(xì)胞對于GPX4的抑制劑不敏感。然而,，如果先對細(xì)胞進(jìn)行GPX4抑制劑處理,，去除那些對GPX4抑制劑敏感的細(xì)胞后，再對細(xì)胞進(jìn)行各種化學(xué)藥物處理時(shí),，細(xì)胞的表現(xiàn)沒有發(fā)生太大變化,，這些化學(xué)藥物導(dǎo)致的細(xì)胞死亡的比例與沒有進(jìn)行GPX4預(yù)先處理時(shí)一樣【5】。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明,，細(xì)胞的抗性并不是預(yù)先存在于細(xì)胞中的某種機(jī)制,，而是在細(xì)胞面對毒性化學(xué)藥物處理時(shí)獲得的。

3

細(xì)胞死亡到底有多重要,？

許多文章和綜述都宣稱細(xì)胞死亡,，尤其是細(xì)胞凋亡，對于機(jī)體發(fā)育以及組織穩(wěn)態(tài)是非常關(guān)鍵的,。在谷歌學(xué)術(shù)上以“apoptosis is essential for development”搜索,，粗略一看都能找到50篇以上的相關(guān)文章，而以“apoptosis is essential”搜索時(shí)則能找到3500篇相關(guān)文章,。雖然事實(shí)上,，細(xì)胞凋亡與多細(xì)胞動物的發(fā)育密切相關(guān)，但細(xì)胞凋亡或者細(xì)胞死亡對于生物的發(fā)育到底起到了什么樣的作用呢,？

線粒體凋亡通路中的一些關(guān)鍵蛋白的缺失往往會導(dǎo)致動物胚胎致死或者壽命縮短,，只有一小部分的個(gè)體能夠活到成年【6】。這些存活的個(gè)體,，它們往往表現(xiàn)出淋巴細(xì)胞的過度積累,，但那些人們認(rèn)為的在發(fā)育過程中與凋亡相關(guān)的器官和組織卻都比較正常，它們體內(nèi)也沒有細(xì)胞死亡的其他補(bǔ)償效應(yīng),。

那么,，細(xì)胞的死亡到底是為了什么呢？或者說,，一個(gè)細(xì)胞什么時(shí)候自殺是必須的呢,？從進(jìn)化的觀點(diǎn)看，活細(xì)胞的自殺行為有可能是為了限制其內(nèi)部的寄生生物向同類細(xì)胞的傳染,。有些細(xì)胞則因?yàn)橹車鸂I養(yǎng)的限制選擇“無私的”自殺行為,。為了對抗感染而導(dǎo)致的受調(diào)控細(xì)胞死亡行為在細(xì)胞焦亡的模式里比較明顯，在這種情況下細(xì)胞的死亡顯然是至關(guān)重要的。

4

一個(gè)細(xì)胞的死亡會對周圍的細(xì)胞產(chǎn)生影響嗎,？

細(xì)胞的死亡對周圍細(xì)胞以及整個(gè)機(jī)體的生理活性產(chǎn)生怎樣的影響呢,？細(xì)胞死亡之后會否有后續(xù)的反應(yīng)？

一般來說,，細(xì)胞的死亡將產(chǎn)生兩種類型的影響：它可以誘導(dǎo)或者抑制免疫反應(yīng),；它能促進(jìn)其余活細(xì)胞的增殖。前面一種影響在哺乳動物體內(nèi)研究較為清楚,，而后一種影響在果蠅中得到了詳細(xì)的研究,。

在創(chuàng)傷愈合模型中，死亡的細(xì)胞會被吞噬,，這個(gè)過程對于創(chuàng)傷愈合是非常重要的【7】。細(xì)胞壞死會導(dǎo)致炎癥反應(yīng),，而細(xì)胞凋亡則抑制炎癥反應(yīng),，這是兩種細(xì)胞死亡方式的區(qū)別之一。一般情況下,，死亡的細(xì)胞會釋放DAMPs（damage-associated molecular patterns）,，這些物質(zhì)主要包括HAMGB1、ATP,、尿酸,、熱激蛋白、組氨酸,、線粒體蛋白和核苷酸等,，這些物質(zhì)大多能促進(jìn)炎癥反應(yīng)和適應(yīng)性T細(xì)胞免疫。另外,，死亡細(xì)胞還能產(chǎn)生一型干擾素（type I interferons, IFNs）,，這個(gè)過程涉及到STING（stimulator of interferon genes）的活化，它是胞質(zhì)DNA的感受器,。凋亡細(xì)胞的被吞噬并不誘導(dǎo)STING和一型干擾素的產(chǎn)生,。細(xì)胞凋亡的另一種結(jié)果是補(bǔ)償性的細(xì)胞增殖，這是由于凋亡細(xì)胞或者被吞噬細(xì)胞能產(chǎn)生PGE2（prostaglandin E2）,，它能組織干細(xì)胞的補(bǔ)償性增殖,。

5

細(xì)胞死亡到底有多少形式？

細(xì)胞有多少種死亡的方式,？打斷任何對細(xì)胞存活關(guān)鍵的過程都會導(dǎo)致細(xì)胞死亡,，如果這個(gè)過程與細(xì)胞的生理狀態(tài)密切相關(guān)，同時(shí),，這種打斷能被細(xì)胞的自殺方式感知到進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡,，那么這種死亡方式便能成為一種新的細(xì)胞死亡方式。打斷有些非關(guān)鍵的過程也能導(dǎo)致細(xì)胞死亡，在一些情況中,，細(xì)胞死亡的過程可能不同尋常,，但除非這些死亡方式能夠被總結(jié)歸納為幾種情況，或者其誘導(dǎo)條件非常重要,，否則這些死亡方式不會有太大價(jià)值,。一些新的死亡方式比如parthanatos以及輔助自殺（assisted suicide）等都是今年來發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞新的死亡方式。

以上列舉的這些疑惑可能看起來有些膚淺,，但其潛在的一些問題以及未來的答案卻非常重要,。細(xì)胞死亡是生物過程里的一個(gè)基礎(chǔ)性問題，對它的研究已經(jīng)且將繼續(xù)為我們理解生物生理過程發(fā)揮重要的影響,。有人說細(xì)胞死亡的研究正在衰弱,，而作者則希望對于細(xì)胞死亡機(jī)制的研究能夠越來越好，越來越興旺,！

原文鏈接：

https:///10.1016/j.cell.2019.04.024

制版人：珂

參考文獻(xiàn)

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