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动物成体内的不死细胞

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如果以具有多能性分化能力和高度端粒酶活性作为衡量的标准,检视动物成体的细胞,那么在即使已经发育成熟而具有繁衍后代能力的成体体内,还是有兼具这种两种特性与能力的细胞存在。

其中之一就是令人闻之色变,且已经困扰人类很久的肿瘤细胞。这些成体的体细胞重新获得高度的端粒酶活性,在体内以类似胚胎细胞的分裂速率、不受节制地、旺盛而快速地分裂,并攫夺体内其它正常细胞所需的营养,以支持本身快速崛起和扩张的细胞族群。因此,如果体内的机制或体外的干预无法将之控制的话,身体就会被这些具有高端粒酶活性的「叛军」所攻陷以至死亡。

虽然目前科学家还没有能够找出这些肿瘤细胞为何会从已分化、特化的体细胞群中,重新获得高度的端粒酶活性而能够不断地在体内分裂繁衍,并且使得其存在的成体与之共同走向毁灭之路的原因。但是这种肿瘤细胞,尤其是好发于睪丸的恶性畸胎癌,在从体内分离出来之后,于适当的体外培养条件下,仍然可以维持高度端粒酶活性与不断分裂而不会衰竭。同时,如果给予适当的处理,这些肿瘤的衍生细胞也会展现出分化为组成身体内某些细胞系的能力。生物学家也在发现胚干细胞与胚生殖干细胞之前,就已经从小鼠和人类等分离株化出这类相似于胚干细胞或胚生殖干细胞的肿瘤衍生细胞,并称之为「胚生殖肿瘤细胞」。

然而,成体内除了在特殊状况下才会出现这种异常而且要命的胚生殖肿瘤细胞外,是否也存在着「正常」且符合「兼具多能性分化能力以及高度端粒酶活性特性」的体细胞群呢?

在生物学家的寻寻觅觅当中,终于在 1964 年发现动物体内的确存在有干细胞,而且这类「成体干细胞」所存在的成体组织并非只有一种!举凡骨髓、血液、血管、眼睛的巩膜与网膜、大脑的海马回区与嗅球部位、骨胳肌、牙龈、肝脏、皮肤的真皮层、肠道内里表层、胰脏等,都有成体干细胞的存在。虽然生物学家声称已经在很多的成体的不同体组织中,找到了成体干细胞的踪迹,而且其体组织名录,也还在不时加长当中。只不过,成体干细胞存在于体内的数目,事实上真的只可以用「稀少」来形容!就以已知体内数量最为庞大的成体干细胞群--骨髓里的造血干细胞而言,成体干细胞与体细胞的比率也仅有区区的一比一万到一万五千之谱。

这些为数万分有限的成体干细胞在动物体内可以长期地分裂更新,并且能够进一步分化成为先驱细胞,然后再分别完全分化成为一种或一种以上具有不同特殊形态与特化生理功能的已分化体细胞。也就是说,成体干细胞在体内有两种截然不同的命运,其一为透过分裂更新以产生和本身一样的成体干细胞;而当身体有需要时,某些成体干细胞会走向分化的单向途径,先分化成为先驱细胞,然后再进一步分裂,并且完全分化成为具有特殊形态与特化生理功能的已分化体细胞。

虽然所有成体干细胞的命运与存在的作用——替代受到伤害或病变而失去执行正常生理功能的体细胞——基本上是相同的。但是位于身体不同组织内的成体干细胞,在数量和分裂更新的速率上,则有很大的差异。有些如造血干细胞之类的成体干细胞,因其任务为替补寿命有一定期限且为数众多的血球细胞,所以必须保持恒定的更新速率,以维持足够的造血干细胞。另一方面,也要让部分库存的造血干细胞以持续而恒定的速率激活分化的机制,先分化成为骨髓母细胞,然后再进一步分化成各类的血球细胞。而存在于大脑的神经干细胞,不但数量更为稀少,且其更新以及分化成为神经元母细胞,或进一步分化成为各类神经细胞的速率,都远远不及造血干细胞。

由于成体干细胞的数量实在是少得可怜,所以也造成了研究上难以与已经有部分分化现象的先驱细胞或体细胞区分的困难。同时,在为数众多的体细胞当中,要分离纯化出极少数的成体干细胞,真的好象是在大海捞针一般。

存在于成体组织内的成体干细胞在正常的情况下,只会分化成为其起源组织的体细胞。例如,造血干细胞就只会分化成为各种各样的血球细胞,神经干细胞就只会分化成为各类的神经细胞。但是,如果这些成体干细胞被从其存在的组织分离出来,再移植到不同细胞系源的体组织中,也会有分化成为该细胞系的体细胞的现象。

从小鼠的试验当中,研究者发现,当把自神经系统分离出来的神经干细胞移植到非神经系统的其它体组织后,这些神经干细胞可以依移入的组织分别分化成为血球细胞、骨胳肌细胞。而分离自骨髓的造血干细胞在移植到骨髓之外的组织后,也已证明可以分化成为肝脏细胞、骨胳肌细胞、甚至脑神经细胞等体细胞。因为这些成体干细胞在目前证据下,并没有表现出像胚干细胞或胚生殖干细胞那般多能性的分化能力,所以研究者便称呼这种成体干细胞具有可以分化为不同细胞系源的体细胞的分化能力为「分化可塑性」。

然而,实验业已证实,如果以显微手术将成体的神经干细胞注入到囊胚中,那么这些成体干细胞更会参与组成建构体组织的内、中、外三种胚层,展现出其多能性的分化能力。有待解答的问题是:成体干细胞究竟仅具有分化可塑性还是多能性的分化能力?或者,某些成体干细胞有多能性的分化能力而其它的成体干细胞仅具分化可塑性?

 

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