在我們體內，每天有許多新細胞產生，相應地，也有大量舊細胞死去。爲了維持體內各組織細胞的適宜數量，其新生與死亡需要達到動態平衡。細胞凋亡，一種由基因精確控制的程序性細胞死亡機制，在這方面則發揮着重要的調控作用。此外，它還能清除無用的細胞，促進人體發育，例如人在胚胎期手指和腳趾的形成。可以說，細胞凋亡無時無刻不在體內運作。
存在於細胞內的蛋白酶Caspase（半胱天冬酶）是細胞凋亡的最終執行者，可以把細胞分解爲細小的碎片。當一個細胞大限將至，外界的分子通過與細胞表面的蛋白質受體接觸，將死亡信號傳遞到細胞內，線粒體釋放出細胞色素c，激活半胱天冬酶，從而瓦解掉細胞。
距離很“長”，死亡信號要從細胞一端傳到另一端
此前有研究發現，在細胞內的死亡信號分子，即激活的半胱天冬酶，總是從一個或幾個分散的發源點，傳遞到各個角落，使細胞達到全局一致的凋亡狀態。但具體的傳播過程，一直未有實驗能夠揭示。一個很自然的假設是擴散現象，即分子在某特定區域產生，並向低濃度區域轉移，直到均勻分佈。一般的體細胞，直徑不會超過20微米，死亡信號通過擴散只需要幾秒鐘，就能從細胞一端傳遞到另一端。然而，由於擴散速率會隨濃度差的減小而逐漸衰減，對於一些大體積的細胞，如可長達20釐米的大腿肌肉細胞，信號的傳遞得要耗費幾十年時間，人體的壽命也不過如此。擴散的理論在這兒就說不通了。那麼，細胞內信號的長距離傳遞又是如何實現的？
美國斯坦福大學醫學院的兩位科學家程顯睿和詹姆斯費雷爾的一項最新研究，解開了生物學上的這一謎題——死亡信號以觸發波的形式在細胞內傳遞。
觸發波是一種自我增強的反應——擴散波，區別於簡單的擴散，其傳播速度恆定，信號強度不會衰減。如果將擴散現象看作是動物在森林中覓食，那麼觸發波則是星火燎原。動物的力量會逐漸消耗，行走速度也越來越慢，而由於草木間能彼此點燃，火勢憑藉這種正反饋作用得以維持。
觸發波的產生條件，除了正反饋外，還有空間耦合機制。“我們注意到，參與細胞凋亡的許多細胞質成分存在正反饋，且細胞質不同區域之間可通過擴散進行物質交換。因此，細胞質可以成爲觸發波的傳播媒介。”遠在美國的程顯睿接受科技日報電子郵件採訪時表示，再考慮到觸發波的速度恆定，在長距離傳播中比擴散快許多，於是他們提出細胞凋亡的傳播機制是觸發波的假說，並嘗試用實驗去驗證。
一次關燈，研究難題迎刃而解
這次研究材料選用的是非洲爪蟾的卵細胞，其直徑約爲1300微米，是普通體細胞的100多倍。這樣大的體積爲信號的長距離傳輸提供了足夠的場所，也方便研究人員區分出究竟是擴散還是觸發波在起作用。
科學家將提取的細胞質，放到極細的透明長管裏，用熒光探針來標記受到激活的半胱天冬酶，從而檢測細胞凋亡在空間的傳遞。人爲觸發細胞凋亡後，可以清楚地看到，熒光點從長管一頭勻速向另一頭移動。經測算得出其傳遞速度爲每分鐘30微米，且不會隨傳遞距離而改變。
爲了排除這只是將細胞質放入長管後出現的假象，科學家繼續對完整的卵細胞進行研究。然而，由於這種細胞不透明，熒光標記法就行不通了，那又如何觀測死亡信號的傳遞呢？這個問題困擾了程顯睿幾個月。直到某一天，他關掉實驗室裏爲觀看熒光信號的熒光燈，把細胞放在普通日光燈下用顯微鏡觀察，一個神奇的現象出現在眼前：正在凋亡的細胞，其表面有一圈環形的深色波紋，從一側向另一側移動。通過進一步的研究發現，這種表面波起始於凋亡的觸發點，且傳播速度與之前的長管試驗結果一致，從而有力證明了觸發波是細胞內凋亡信號的傳播機制。
除了細胞凋亡，觸發波也與有絲分裂、神經信號的傳導有密切關係。由於它所依賴的正反饋和偶合機制在生物調控中很常見，因此，在詹姆斯看來，今後將會在更多的生命現象中看到觸發波的存在，這也是實驗團隊之後的研究方向。
程顯睿告訴記者：“很多生物學家還沒聽說過觸發波，但我相信，在不久的將來，它會出現在教科書上。”
