在細(xì)胞內(nèi)部，死亡經(jīng)常像棒球比賽中的波浪一樣發(fā)生。什么開始用兩只手向天空翱翔，引發(fā)另一只手，另一只手，直到波浪在整個(gè)體育場(chǎng)內(nèi)波濤洶涌。在一種或幾種事物的活動(dòng)的刺激下，這種滾動(dòng)浪涌被稱為觸發(fā)波。斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象引導(dǎo)了一種最著名和最普遍的細(xì)胞死亡形式：細(xì)胞凋亡。

這不是第一次在生命的微觀世界中發(fā)現(xiàn)觸發(fā)波。細(xì)胞周期是細(xì)胞生物學(xué)的基石，細(xì)胞分裂生成新細(xì)胞，通過(guò)觸發(fā)波調(diào)節(jié)生產(chǎn)。神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢灰彩侨绱?，它允許神經(jīng)元通過(guò)電脈沖傳遞信號(hào)。它可能不會(huì)在那里結(jié)束。

“這項(xiàng)工作是大自然如何利用這些觸發(fā)波的另一個(gè)例子 - 大多數(shù)生物學(xué)家從未聽說(shuō)過(guò)的東西 - 一遍又一遍，”化學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)教授，博士，醫(yī)學(xué)博士James Ferrell說(shuō)。斯坦福大學(xué)的生物化學(xué)。“這是細(xì)胞調(diào)節(jié)中反復(fù)出現(xiàn)的主題。我敢打賭，我們很快就會(huì)開始在教科書中看到它。”

細(xì)胞死亡是一種比較容易理解的形式，細(xì)胞凋亡仍然使科學(xué)家神秘化。“有時(shí)我們的細(xì)胞在我們真的不想讓他們說(shuō) - 在神經(jīng)退行性疾病中死亡。有時(shí)我們的細(xì)胞不會(huì)死，當(dāng)我們真的想要他們說(shuō) - 在癌癥中，”費(fèi)雷爾說(shuō)。“如果我們想干預(yù)，我們需要了解細(xì)胞凋亡是如何被調(diào)節(jié)的。”

該研究將于8月10日發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。費(fèi)雷爾是資深作者。博士后學(xué)者，現(xiàn)任博士，是主要作者。

像野火一樣蔓延

觸發(fā)波需要兩個(gè)主要元素：正反饋回路和閾值思考倒下的多米諾骨牌。一個(gè)多米諾骨牌倒在另一個(gè)上，并觸發(fā)多米諾骨牌倒在下一個(gè)上。閾值是完全敲擊瓷磚所需的力;只是羞于它的門檻的多米諾骨牌會(huì)搖搖晃晃地?fù)u擺回到垂直位置，而達(dá)到門檻的多米諾骨牌會(huì)下降。凋亡細(xì)胞中的觸發(fā)波由相同的現(xiàn)象控制。一旦細(xì)胞死亡開始，通過(guò)疾病或其他方式，細(xì)胞中的特定殺傷蛋白，稱為半胱天冬酶，激活。然后這些蛋白質(zhì)漂浮到其他半胱天冬酶并激活它們;那些人都會(huì)效仿，直到整個(gè)細(xì)胞必須裝進(jìn)去。

“它以這種方式傳播，永不減速，永不消失，”費(fèi)雷爾說(shuō)。“它的振幅沒(méi)有任何降低，因?yàn)樗ㄟ^(guò)將更多非活性分子轉(zhuǎn)化為活性分子，直到細(xì)胞凋亡擴(kuò)散到細(xì)胞的每個(gè)角落和裂縫，從而產(chǎn)生自身動(dòng)力的每一步。”

為了了解死亡對(duì)單個(gè)細(xì)胞的影響，Cheng和Ferrell使用非洲爪蟾蛙卵。一個(gè)卵子是一個(gè)細(xì)胞，隨著細(xì)胞的進(jìn)入，它們是巨大的，使它們成為觀察死亡如何從細(xì)胞的一端擴(kuò)散到另一端的主要候選者，這可以用肉眼完成。

首先，兩位科學(xué)家從雞蛋中取出液體并將其插入幾毫米長(zhǎng)的特氟龍管中，并通過(guò)分子“死亡信號(hào)”啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。通過(guò)使用與細(xì)胞凋亡激活相關(guān)的熒光技術(shù)，F(xiàn)errell和Cheng可以觀察到亮綠色的光芒以恒定速度向下移動(dòng)，表明細(xì)胞凋亡通過(guò)觸發(fā)波傳播，而不是其他一些更基本的機(jī)制。例如擴(kuò)散，它在移動(dòng)時(shí)減速。

問(wèn)題是，細(xì)胞凋亡是否也像細(xì)胞一樣自然發(fā)生?

轉(zhuǎn)向熒光顯微鏡這里證明更加困難，因?yàn)橥暾那嗤苈咽欠浅２煌该鞯?。然而，Cheng和Ferrell注意到，當(dāng)青蛙卵死亡時(shí)，雞蛋表面會(huì)出現(xiàn)一種色素沉著的波紋。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在死亡過(guò)程中，一條黑色的漣漪像一條曲線一樣，從一側(cè)到另一側(cè)以恒定的速度穿過(guò)雞蛋。這個(gè)表面波的速度是恒定的并且沒(méi)有減速，它們也會(huì)在這里觸發(fā)波浪。因此，為了進(jìn)一步證實(shí)，他們分析了個(gè)體垂死的卵：每個(gè)經(jīng)歷過(guò)這種表面波的卵都含有活化的半胱天冬酶，而尚未經(jīng)歷波浪的卵則沒(méi)有 - 更多證據(jù)表明觸發(fā)波也會(huì)在完整的細(xì)胞中傳播細(xì)胞死亡。

一波觸發(fā)波

到目前為止，細(xì)胞凋亡是確定觸發(fā)波的唯一形式的細(xì)胞死亡，但是費(fèi)雷爾正在研究生物學(xué)中的其他過(guò)程，看看連續(xù)波可能起作用。

現(xiàn)在，他們正在研究觸發(fā)波是否可能導(dǎo)致我們的先天免疫反應(yīng)如何從細(xì)胞傳播到細(xì)胞。病毒通過(guò)觸發(fā)波從一個(gè)細(xì)胞傳播到另一個(gè)細(xì)胞，所以我們最初的免疫防御線可能采用相同的策略是有道理的。

“我們擁有關(guān)于各種生物中蛋白質(zhì)和基因的所有信息，我們正試圖了解反復(fù)出現(xiàn)的主題是什么，”費(fèi)雷爾說(shuō)。“我們表明，遠(yuǎn)程通信可以通過(guò)觸發(fā)波實(shí)現(xiàn)，觸發(fā)波取決于正反饋回路，閾值和空間耦合機(jī)制等。這些成分在生物調(diào)節(jié)中遍布各處。現(xiàn)在我們想知道其他地方觸發(fā)發(fā)現(xiàn)了波浪。“