細(xì)胞是如何決策細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的？

細(xì)胞凋亡和壞死被認(rèn)為是細(xì)胞死亡的概念和形態(tài)上不同的形式，具有明顯的形態(tài)學(xué)和生化特征。然而，這兩種類(lèi)型的死亡可以在暴露于相同刺激的細(xì)胞或組織培養(yǎng)中同時(shí)發(fā)生。通常，相同的初始損傷的強(qiáng)度決定了細(xì)胞凋亡或壞死的發(fā)生率。這表明，雖然一些早期事件可能是兩種類(lèi)型的細(xì)胞死亡的共同點(diǎn)，但可能需要下游控制器來(lái)引導(dǎo)細(xì)胞有組織地執(zhí)行細(xì)胞凋亡。

為了研究ATP在細(xì)胞凋亡和壞死中的作用，研究人員使用了Jurkat細(xì)胞（一種淋巴細(xì)胞系）和兩種成熟的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)劑：（a）抗CD95抗體（αCD95），通過(guò)激活細(xì)胞表面CD95受體引起細(xì)胞凋亡；（b）蛋白激酶抑制劑staurosporin (STS)，在高濃度下，可觸發(fā)多種哺乳動(dòng)物細(xì)胞的凋亡。這兩種刺激都不需要功能性呼吸鏈來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

腺嘌呤核苷三磷酸簡(jiǎn)稱(chēng)三磷酸腺苷（ATP），是生物體內(nèi)直接的能量來(lái)源。它由一分子腺嘌呤、一分子核糖以及三分子磷酸基團(tuán)組成，分子簡(jiǎn)式表示為A-P~P~P。作為一種不穩(wěn)定的高能化合物，它含有兩個(gè)高能磷酸鍵。通常情況下，ATP在水解酶的作用下可以使距離腺苷遠(yuǎn)的高能磷酸鍵發(fā)生斷裂，生成二磷酸腺苷（ADP）與游離磷酸基團(tuán)的同時(shí)釋放出能量。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)了貯能與放能的循環(huán)過(guò)程，從而確保生物體內(nèi)各項(xiàng)生命活動(dòng)的能量供應(yīng)與正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過(guò)阻斷線粒體及糖酵解ATP生成，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩種經(jīng)典的凋亡觸發(fā)器(staurosporin和CD95刺激)引起的人類(lèi)T細(xì)胞死亡，當(dāng)細(xì)胞預(yù)先清空三磷酸腺苷(ATP)時(shí)，從凋亡到壞死。雖然細(xì)胞死亡的動(dòng)力學(xué)沒(méi)有改變，但在ATP耗盡前用兩種誘導(dǎo)劑中的任何一種處理的細(xì)胞中，核凝聚和DNA斷裂都沒(méi)有發(fā)生。選擇性和分級(jí)的線粒體外ATP/池中葡萄糖的補(bǔ)充可防止壞死并恢復(fù)細(xì)胞凋亡的能力。脈沖ATP/耗盡/補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)也表明，通過(guò)糖酵解或線粒體產(chǎn)生ATP是細(xì)胞凋亡階段的主動(dòng)執(zhí)行所必需的，這一階段涉及核凝聚和DNA降解。

細(xì)胞質(zhì)控制器似乎指導(dǎo)下游事件，導(dǎo)致典型的凋亡特征，包括核元件的蛋白質(zhì)水解和DNA降解。此外，線粒體在通透性轉(zhuǎn)變時(shí)釋放的凋亡蛋白酶可以促進(jìn)核的變化。在細(xì)胞中，線粒體通透性轉(zhuǎn)變可以由多種直接作用于線粒體的刺激觸發(fā)，也可以由未知的上游控制器觸發(fā)。因此，上游控制器或執(zhí)行系統(tǒng)都可以通過(guò)ATP的可用性來(lái)調(diào)節(jié)。后者可由糖酵解提供，或在有高代謝需求的組織中，主要由線粒體提供。在這里描述的模型中，糖酵解ATP生成的恢復(fù)足以允許細(xì)胞凋亡的有序執(zhí)行。

因此，細(xì)胞凋亡和壞死可能是細(xì)胞死亡連續(xù)類(lèi)型的兩個(gè)極端，其形狀和對(duì)鄰近組織的影響將由ATP的可用性決定，并可能由垂死細(xì)胞和清道夫細(xì)胞中的其他因素決定。這可以解釋兩種類(lèi)型的細(xì)胞死亡在病理情況下經(jīng)常共存，例如，腦缺血或炎癥性肝衰竭，其中組織內(nèi)的單個(gè)細(xì)胞死亡將由能量供應(yīng)決定。