作者：王子豪 医师
细胞分裂与细胞死亡是每一个细胞必经之道，而细胞凋亡是最常用的细胞死亡机制。在多细胞个体中生命期的每一个时期：例如胚胎发育过程的肢体形成或是成体的原状恒定(homeostasis)，细胞凋亡都是组织动力学的基本机制。不仅在多细胞个体中不可或缺，甚至有一些单细胞个体也会显现或多或少的细胞凋亡特徵，例如可见於：黏黴菌Dictyostelium discoideum，寄生的Trypanosoma cruzi 与 Trypanosoma brucei rhodensiense,鞭毛菌Tetrahymena thermophila，及酵母菌。这个事实显示在生命演化史上，细胞凋亡可能出现於二十亿年前；甚早於七亿年前多细胞生物的出现。
历史回顾
在希腊文中，apoptosis这个字是用来描述树叶从枝头掉落的状态。细胞凋亡(apoptosis)首先被Kerr, Wyllie, 及Currie於1972年用来描述一种与细胞坏死(necrosis)不同的、其过程被严密控制的细胞死亡机制。当时他们也提出：细胞凋亡虽与细胞分裂功能相反，但是二者同为控制细胞族群大小的两大原动力。
事实上，早在1885年Flemming就曾发表了卵巢滤泡细胞的细胞凋亡形态特徵，当时他命名其为染色质溶解(chromatolysis)。虽然细胞凋亡现在被全世界的学者研究得如火如荼，他当时的描绘并未引起学者们注意到这是一个与细胞坏死不同的细胞死亡机制。从chromatolysis到apoptosis的被提出，这个现象被忽视了将近一个世纪。几乎所有细胞凋亡的机制要素(mechanistic components)都在最近二十多年内才发现。
细胞凋亡的生理意义
不会造成组织的发炎反应可能是细胞凋亡与细胞坏死最不同的结果。也正因如此，细胞凋亡才可以在多细胞生物中扮演下列几个生理角色。（1）个体发生时的可塑性（developmental plasticity）及挑选最适细胞（the fittest cells）：个体发生学的一个通则是在某个组织形成时，一开始往往制造数量过多的细胞，继而再依据某种需求准则来选择最後留存的功能细胞。例如，个体发生学的组织形成时，只有50%以下的原始脑神经细胞、少於5%的原始胸腺细胞、及大约0.1%的原始卵母细胞发育到能发挥生理功能。（2）细胞凋亡是塑造个体及器官形态的机制：举凡指头形成、肠管腔道的形成、人类尾巴的消失、到昆虫的蜕变(metamorphosis)等等的一切形态的形成。（3）原状恒定(homeostasis)：细胞数目的原状恒定由细胞增殖与细胞凋亡二大动力来平衡。最明显的例子可见於血液系统，血液细胞的细胞增殖与细胞凋亡可依其所需要的生长因子与介白质存在与否来决定；此时生长因子与介白质就是扮演著存活因子的角色。（4）剔除危险性细胞：细胞凋亡也是保护生物个体的一项重要机制。当生物个体的某些细胞受到环境伤害或病毒感染而有伤害到遗传物质之虞时，细胞凋亡就会被用来剔除这些有致癌可能的危险细胞，因而可保全整个生物个体。
疾病时的细胞凋亡
虽然细胞凋亡是一切正常发育及生理功能所不可或缺，过多或过少的细胞凋亡却也可能导致疾病。
细胞凋亡的形态学特徵
细胞凋亡的形态学特徵包括有：染色质浓缩(pyknosis)、细胞质浓缩、细胞形态变得不规则而且有段裂(fragmentation)、及由凋亡细胞脱落出细胞凋亡体(apoptotic body)。
细胞凋亡的生化学特徵
细胞凋亡的生化学特徵包括了：细胞膜变化、凋亡蛋白酵素（caspases）的活化、与去氧核醣核酸的段裂(DNA fragmentation)。（1）细胞膜变化：凋亡中的细胞会在细胞膜上表现出一些 “请吞噬我” 的信号来告知其邻近细胞或巨噬细胞。这些信号已知有phosphatidylserine，anionic thrombospondin binding sites，与一些醣分子。这些信号可能在细胞凋亡的早期便会出现，以确保凋亡中的细胞会在细胞膜破坏前就已被吞噬。如此，凋亡细胞内可能会引起发炎反应的内容物才不至於漏出来。（2）凋亡蛋白酵素的活化：这些凋亡蛋白酵素的作用造成大部份细胞凋亡的典型表徵。其标的受质（target substrates）可归纳成三大类：凋亡蛋白酵素的前质、凋亡过程中必须去活化的蛋白质、与凋亡过程中必须活化的蛋白质。（3）去氧核醣核酸的段裂：凋亡细胞所产生的段裂去氧核醣核酸会在胶片电泳上呈现 “阶梯” 图案。这个阶梯图案曾被认为是细胞凋亡的生化学特徵之一，但是现在已知它并不一定会出现在每一种细胞凋亡。尽管如此，看到去氧核醣核酸的段裂仍然是侦测细胞凋亡有用的方法，例如terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dUTP nick end labeling (TUNEL)可用来测定细胞凋亡。另外，利用ELISA的段裂去氧核醣核酸测定法更可用来定量细胞凋亡的程度。
结语
很明显地，细胞凋亡在多细胞生物整个生命期都扮演著一个关键角色。但是，一项演化学上的有趣问题是：既然细胞凋亡是一种自杀性的机制，为什麼它能存在於单细胞生物？意即，拥有细胞凋亡机制的单细胞生物能够得到什麼种演化优势，而存留至今？一种可能的答案是：在一个单细胞族群内，只有最健壮的细胞能够存活，较差的细胞已死於细胞凋亡；也就是说，透过细胞凋亡的运作，这一个单细胞族群的基因谱（gene pool）得以延续。
另一个问题是：细胞坏死早在两千年前就已被发现；反之，细胞凋亡既然是更常用的细胞死亡机制，为什麼它一直没有早一点被发现呢？至少有两项事实可解释这个问题：（1）细胞凋亡不会引起发炎反应，所以在组织学上较不明显。（2）细胞凋亡过程很快，大约三十分钟到几个钟头便可被邻近细胞吞噬灭迹。
虽然不同种类的细胞可能有不尽相同的细胞凋亡路径，细胞凋亡很明显地与各种疾病关系密切。一旦我们能更加了解细胞凋亡的机制，我们就有可能经由操控细胞凋亡来达成一些临床治疗的目标。
摘自医学信息小站
