捕捉死神身影:生物細胞的死亡速度

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細胞凋亡的想像圖。

破解人類的死亡奥秘,一直是科學家們的共同目標。近日在最新出版的科學雜誌上,就有了細小而意義深遠的突破。研究人員剛測量到生物的源頭 —— 細胞的死亡速度

儘管我們時常都會感慨,勞累或煩心的時候都會「死」不少細胞,但事實上,細胞的死亡是一個正常現象。以人類為例,每天在體內死去的細胞就多達 500 億個,除了因病毒感染而突然死亡,細胞亦會隨著各種因素(例如防止癌症擴散)而進行自我解體。這種常見的細胞死亡形式,被稱為 Apoptosis(細胞凋亡)或 Programmed Cell Death(細胞程序性死亡,簡稱 PCD)。

與其說是單純的細胞爆裂,即好像電燈掣的開關,細胞的自然死亡過則程繁複得多。PCD 所指的,是細胞中某些物質在解體時令其微小結構出現串聯效果,導致細胞的死亡。科學家早就知道細胞擁有這個特性,但目前並不清楚有甚麼因素導致這個情況,而對於它是如何具體運作,則仍未搜集到太多線索。

不過,據最新一期「科學(Science)」刊登的研究報告,來自史丹福大學的兩位系統生物學家 James Ferrell 和 Xianrui Cheng 表示,他們已能掌握細胞「死亡的速度」(Speed of death):細胞的正常死亡過程,速度大約是每分鐘 0.03 毫米,又可理解成約每小時 1.8 毫米。聽起來是相當緩慢的速度,但人類最初亦只是一個不多於 1.2 毫米的卵子,與此相對,生命消失的速度則非常急速了。

James Ferrell 與 Xianrui Cheng 觀察青蛙卵子,研究細胞死亡過程。 圖片來源:Stanford Medicine

由於測量人體細胞死亡仍存有技術問題,是次實驗選擇了更易觀察的非洲爪蟾卵子。研究指出,細胞進入死亡過程的方式,與存活時的運作模式沒太大分別。觸發其死亡的化學反應,並不是以化學擴散形式進行,而是使用觸發性波動(Trigger wave)作長距離傳信 —— 就好像康加舞的人龍(Conga line)一樣,從一棵樹蔓延到森林的火災,或是一堆向內部倒塌的多米諾骨牌。原因是細胞凋亡的速度十分短促,證明了其死亡形式是透過觸發性波動傳播,而不是速度較慢的擴散現象。這解決了一個科學家長久以來都在爭論的關鍵問題。

此後,科學家或能基於細胞的死亡速度,及更重要的死亡形式,實踐一些驚人的醫療改進。例如管理人體細胞,讓它們選擇性消失。常人每日都有無數細胞死去,但這自然過程往往不如人們意願,總有大量健康的細胞死去,不正常、損壞的細胞則繼續存在,引起病變。若能夠進一步破解細胞凋亡的細節,則可以施行效果更佳的治療方法,例如促使癌細胞自行毁滅,或阻止阿茲海默症患者的神經細胞退化。

如 James Ferrell 所指:「我敢打賭,我們很快就會開始在教科書中看到它。」

萬物消亡皆有法則,生命必有盡頭。雖然每一個生物,都需要面對死亡,但掌握了細胞的死亡速度,就像捕捉到死神的身影。人類最終或能憑著醫學知識,左右生物的死亡時間。