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生物在生長、發育時，細胞會快速增生並分化為生物體內的各種組織與器官。但科學家自19世紀以來，始終不明白為什麼細胞增生的過程中會伴隨大規模的細胞死亡。近期來自中研院分子生物研究所助研究員陳昇宏的研究團隊，發現生物體在有氧代謝時產生的「活性氧化物」（reactive oxygen species, ROS，包含過氧化物和含氧自由基）所產生的「鐵死亡觸發波」（ferroptosis trigger wave），是造成細胞出大規模死亡的原因。該篇研究成果不僅為胚胎發育提供了一種新的解釋，也已在上（7）月刊登於《自然》（Nature）期刊。

在生命發育過程中，細胞的增生和死亡均扮演特定作用，不過大規模細胞死亡的發生與調控仍是個未解之謎。細胞的鐵死亡（ferroptosis）是科學界在2012年發現的另一種細胞死亡方式，不同於一般的細胞凋亡（apoptosis）、細胞壞死（necrosis），這是一種依賴鐵離子的細胞死亡。在鐵死亡的過程中，細胞內的氧化劑、抗氧化劑系統之間的氧化還原失去平衡，導致鐵離子催化細胞膜脂質，使細胞膜出現過度氧化的現象。當這種氧化損傷累積到一定程度，最終將引發細胞死亡。本篇研究透過化學與基因的量化調控，發現活性氧化物的「訊息回饋迴路」（feedback loops），包含鐵介導的Fenton反應、NADP氧化酶訊號傳導、谷胱甘肽（glutathione）合成途徑等，是鐵死亡觸發波發生與傳播的主要機制。

陳昇宏在新聞稿中指出，由活性氧化物引起的鐵死亡觸發波導致的細胞死亡機制，與單次僅會造成兩、三個細胞死亡的擴散作用不同，此路徑會透過化學訊號開啟細胞的開關。此時，細胞會像骨牌效應一樣在接收到訊息後再傳給下一個細胞，一次可使動輒數百萬個細胞死亡。本次研究團隊結合生物及數理的專長，以創新的系統生物學方法結合數學建模，並利用24小時不間斷的細胞縮時動態攝影加上大數據影像分析，發現鐵死亡觸發波可藉由化學訊號的連續觸發，進行長距離、無邊際的等速傳播。

團隊推測這種大規模的細胞死亡可以清除大面積的臨時組織，不僅為器官生成過程提出重要的研究解釋，同時也有助於提供癌症治療的新解方。未來，研究團隊將持續探討這種機制在哪些特定的發育階段特別重要，期望能對此機制有更深入的了解。

新聞來源
中央研究院（2024年7月18日）。解密大規模細胞死亡之謎 中研院找到胚胎發育新線索登《自然》期刊。中央研究院新聞訊息，https://www.sinica.edu.tw/News_Content/55/2671。