细胞凋亡是程序性死亡中最重要的一种形式，凋亡程序的异常或破坏，会导致癌细胞不受控制的生长，并导致癌细胞对多种治疗方式缺乏反应性。在健康细胞中
细胞的程序性死亡对于生命活动的有序平稳进行至关重要。细胞凋亡是程序性死亡中最重要的一种形式，凋亡程序的异常或破坏，会导致癌细胞不受控制的生长，并导致癌细胞对多种治疗方式缺乏反应性。在健康细胞中，凋亡主要由两种具有相反作用的蛋白质进行调节：Bax和Bcl-2。
2023年6月2日，在一项发表于《科学·进展》（Science Advances）杂志上的研究论文中，来自牛津大学STFC ISIS研究中心的卢克·克利夫顿团队和合作伙伴研究了负责细胞凋亡的细胞蛋白并发现了Bax蛋白启动凋亡的新分子细节。研究人员首次描述了程序性细胞死亡或凋亡早期阶段的独特分子机制，这一新的分子过程或许可在癌症预防中起到重要作用。
Bax是一种可溶性蛋白质，负责清除衰老或病变的细胞。当Bax被激活的时候，会穿过线粒体膜形成并小孔，进而触发程序性细胞死亡。不过，Bax的作用可被Bcl-2抵消。当Bcl-2嵌入线粒体膜中时，可以捕获和隔离Bax蛋白，从而防止细胞进入凋亡程序。
在癌细胞中，Bcl-2 蛋白质普遍存在过表达现象，并参与了细胞不受控制的增殖结果。虽然Bcl-2 vs Bax的拮抗作用失衡很早就被认为对癌症的发展很重要，但直到最近科学家仍然不清楚 Bax 和线粒体膜在细胞凋亡中的确切作用。
近日发表在 Science Advances 上的这项工作，加深了我们对哺乳动物细胞凋亡过程的认知，也为未来的研究开辟了新的可能。研究团队使用了一种称为中子反射法的技术 (使用先进的 ISIS Surf 和 Offspec 仪器进行) 开展研究，研究了 Bax 如何与线粒体膜中的脂质发生相互作用。值得指出的是，这是基于研究团队之前对膜结合的 Bcl‑2 蛋白的研究。
利用 SURF 和 OFFSPEC 上的中子反射仪，研究团队能够实时研究在细胞凋亡的初始阶段蛋白质与线粒体膜中脂质之间发生相互作用的方式。通过使用氘同位素标记 Bax，研究人员首次确定了当 Bax 在线粒体膜中形成小孔时，它们会从线粒体膜中提取脂质，并在线粒体表面形成脂质-Bax 簇。通过使用具有时间分辨的中子反射法，结合 ISIS 生物实验室的表面红外光谱技术，研究人员观察到 Bax 小孔的形成存在两个阶段。首先，Bax 在线粒体膜表面快速吸附；随后，Bax 缓慢形成破坏膜的孔和 Bax-脂质簇。有趣的是，这两个过程可以同时发生。这种较慢的穿孔过程发生在数个小时的时间尺度上，与体内的细胞死亡时间相当。 这是科学家们首次发现直接证据，证明了线粒体脂质参与了由 Bax 蛋白引发的细胞死亡过程中的膜扰动。 此前， Bax 启动细胞死亡的机制一直不为人知。更多地了解 Bax 和 Bcl-2 之间的相互作用，以及它们与凋亡机制的关系，我们就能对人类生命的基本过程有更为完整的理解。这项研究的新发现，不仅会对细胞凋亡研究领域产生重大影响，而且还将为探索 Bax 及其亲属作为癌症治疗的有趣靶点打开大门，或许有助于发现调整其促死亡潜力的药物。此外，这项工作真正展示了中子反射法在膜生物化学结构研究中的能力 。 ISIS 实验室计划进一步研究细胞凋亡的分子机制，特别是 Bax 和 Bcl-2 之间的相互作用。研究人员希望通过深入的研究提供新的见解，帮助人类开辟新的研究途径，深入我们对人类生命所必需的细胞过程的理解。
