生命意义上的倒计时法：向死而生——浅说细胞凋亡

然察其始而本无生；非徒无生也，而本无形；非徒无形也，而本无气。杂乎芒芴之间，变而有气 ，气变而有形，形变而有生。今又变而之死。是相与为春秋冬夏四时行也。
——《庄子·外篇·至乐》

一、细胞凋亡介绍
APOPTOSIS

细胞凋亡是指机体在生理或病理条件下，为了维持自身内环境的稳态，通过基因调控使细胞主动、有序的死亡。凋亡伴随着细胞核、细胞质和细胞膜表面的一系列形态学改变，包括核固缩、DNA片段化、细胞膜外翻、细胞皱缩、形成凋亡小体等。凋亡的细胞被巨噬细胞吞噬并降解，最终作为营养物质被重新利用。细胞凋亡是细胞为了更好地适应其内外环境而引发的死亡过程，它是一种主动的细胞死亡，涉及一系列基因的激活、表达及调控等。在细胞凋亡整个过程中，质膜保持完整，细胞无内容物外溢，不会引起炎症反应。

图片来源：Programmed Cell Death (no date) Reactome | Pathway Browser.

Available at: https://reactome.org/PathwayBrowser/#/R-HSA-5357801&DTAB=DT (Accessed: March 8, 2023).

二、细胞凋亡途径
APOPTOSIS

细胞凋亡是细胞程序性死亡最常见的形式，是一种调节性的生理过程。它可以通过各种理化因素或生物因素来触发，其过程受到细胞的严格调控。半胱天冬酶（Caspase）家族引发的级联反应是细胞凋亡过程的中心环节。根据是否依赖Caspases ，凋亡又分为Caspases-依赖性途径和 Caspases-非依赖性途径。

Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，与线虫ced-3同源的基因如白介素-1 β转换酶( Interleukin-1 B-converting enzyme，ICE)有很高的同源性，故又称为ICE家族。  这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆地走向死亡。在人类细胞中已发现11个ICE同源物，分为2个亚族:ICE亚族(Caspase 1、4、5、13)和CED-3亚族(Caspase2、3、6、 7、8、9、10)，前者主要参与炎症反应，后者则主要参与细胞凋亡过程。

图片来源：Apoptosis (no date) Reactome | Pathway Browser.

Available at: https://reactome.org/PathwayBrowser/#/R-HSA-109581&PATH=R-HSA-5357801&DTAB=DT (Accessed: March 8, 2023).

Caspases-依赖性细胞凋亡途径主要有三种：

死亡受体（Death receptor，DR）途径是指细胞膜表面的特定蛋白与携带凋亡信号的特异性配体结合，并将凋亡信号转导至细胞内，最终诱导细胞凋亡的途径。死亡受体属于肿瘤坏死因子受体（Tumor necrosis factor，TNFR）超家族，共同拥有富含Cys的胞外结构域和胞内死亡结构域（Death-domain，DD）。当死亡受体与特定的死亡配体结合后，其接收胞外的死亡信号，激活细胞内的凋亡机制，诱导细胞凋亡。

细胞凋亡的内源线粒体途径：当细胞受到内部凋亡刺激因子作用（如癌基因的活化、DNA损伤、细胞缺氧、细胞生长因子缺失等），可激活细胞内源线粒体凋亡途径，引发细胞凋亡。

促凋亡蛋白成员中的Bak以及抗凋亡蛋白成员如Bcl-2，Bcl-xL等主要存在于线粒体膜上；其他成员如Bid、Bad主要存在于胞质中。Bax是一个关键的促细胞凋亡蛋白，在线粒体凋亡途径中发挥着不可或缺的作用。正常情况下，Bax是以单体形式存在于细胞基质中，当细胞接收到凋亡信号后，Bax被激活并重新定位于线粒体膜表面，在线粒体膜中形成跨线粒体膜的多聚体孔洞，导致膜电位降低，膜通透性增加，释放细胞色素C从而启动凋亡程序。

内源线粒体凋亡途径也可以被死亡配体所激活。Bcl-2家族蛋白是控制线粒体相关的凋亡因子释放的主要调节因子。在该途径中，Bcl-2家族蛋白通过调节线粒体膜电位从而控制线粒体膜通透性。

内质网不仅是蛋白质，脂类和糖类合成的主要场所，也是Ca2+重要的储存库。内质网腔内Ca2+离子失衡、错误折叠或未折叠蛋白增多，都会引起内质网的应激反应（Endoplasmic reticulum stress,ERs）。内质网应激反应可减少细胞中蛋白质的合成、增加蛋白正确折叠、维持Ca2+稳态，但过度的应激反应会触发细胞内的凋亡信号，促使细胞凋亡。

内质网起源的凋亡主要分为未正确折叠蛋白介导的细胞凋亡（PERK信号通路、IREI信号通路、ATF6信号通路）以及Ca2+失衡介导的细胞凋亡。PERK、IRE1、ATF6三条信号通路均可诱导激活CHOP/GADD153，它的激活是内质网应激反应的直接结果。对于Ca2+失衡介导的细胞凋亡，在细胞正常运转情况下，内质网主要通过RyR通道和IP3R通道将内质网腔内的钙离子释放入细胞基质，再通过钙泵将胞内的Ca2+泵回内质网腔中，从而维持内质网Ca2+稳态。当ERs发生时，内质网内的Ca2+稳态被打破，大量的Ca2+被动地进入胞浆中和线粒体内，一方面影响了线粒体以及Bcl-2家族蛋白的活性，促使细胞凋亡，另一方面激活了胞内的中性半胱氨酸内肽酶Calpain，活化的Calpain可通过激活Caspase12来引起Caspase级联反应诱导细胞凋亡。

生命是一段奇幻的旅程，死亡则是难以逃脱的宿命。它是一段旅程的终点，也是另一段旅程的起点。认识死亡，才懂得生命的意义。罗曼罗兰说过，这世上只有一种英雄主义，就是在认清生活的真相之后依然热爱生活。马丁·海德格尔在《存在与时间》中对如何面对无可避免的死亡给出了一个值得借鉴的参考答案：生命意义上的倒计时法——向死而生。