细胞中的“孙悟空”—— 干细胞

      看过小说或电视剧《西游记》的人,都知道猴王孙悟空有“72变”的本领。他不仅能“分身”,用毫毛变成好多个“自己”,还能“变身”,变成别人的模样。比如他从牛魔王那里硬抢芭蕉扇不成,就“摇身一变”,变成牛魔王的模样,从铁扇公主那里骗得芭蕉扇。他吃了麒麟山赛太岁所用的紫金铃亏,就变作被赛太岁强抢的金圣娘娘的侍女春娇,从妖怪那里偷得紫金铃。

      我们身体里的有些细胞也有孙悟空那样的本事,不仅能使用“分身术”来复制自己,还能“变身”,变成别的细胞。这种“孙悟空细胞”就是“干细胞”。“干细胞”里面的“干”,不是“干燥”的“干”,而是“树干”的“干”,意思是它们可以像树干分支一样,在增殖中不断地向不同的方向变化,最后形成各式各样的细胞。

      与“干细胞”相反,我们身体里面的绝大多数细胞,比如神经细胞,肌肉细胞,皮肤的上皮细胞,小肠的绒毛细胞,都没有“变身”的本事。它们只能“老老实实”地做自己“分内工作”,不能去“多管闲事”,即变化自己去做别的细胞的事。这些细胞叫做“已分化细胞”,也叫“体细胞”。我们的身体里有200多种不同类型的体细胞,“各司其职”,又“分工合作”,一起来完成身体里面的各种生理活动。既然如此,那么为什么还要“干细胞”呢?

      这是因为,人虽然可以活几十年或者更长,但是人体中的许多细胞的寿命却很短。比如皮肤上皮细胞的寿命只有20多天,白血球能活几天到十几天,小肠的绒毛细胞只能活两、三天。这些细胞都需要及时被替补。这就是身体里面“干细胞”的任务。“干细胞”是没有“分化”的细胞,能够根据需要进行增殖和分化,变成需要替换的细胞。所以干细胞是人体细胞的“预备队”。

      人体中的“干细胞”数量不多。要是用一个少一个,“干细胞”很快就会被“用完”的。所以“干细胞”像孙悟空一样,不但能“变身”,还能“分身”。“干细胞”在“一分为二”的时候,一个“子细胞”就是自己的“分身”,还是“干细胞”,另一个“子细胞”才大量增殖和分化,形成千千万万个替补细胞。用孙悟空的这两个本事,“干细胞”既可以保住自己的“真身”,又能源源不绝地替补人体里面的各种细胞了。

      看到这里,你也许要问,“干细胞”为什么有这么大的本事呢?这就要从生物的繁殖说起。 地球上的生物,无论是单细胞的生物(比如细菌,酵母菌),还是多细胞的生物(比如多数植物和动物),都是高度复杂精巧的,也是高度脆弱的,不可能永远不死。要使物种能够延续下去,生物就必须有不断形成下一代的能力,这就是“生殖”。

      “生殖”过程对于单细胞生物来说比较“简单”,就是“一分为二”。但是对于多细胞生物,“一分为二”就比较困难了。水螅的身体只有两层细胞,还勉强可以用“出芽”的方式长出小水螅。更复杂的生物,即使低等如蚂蚁,都不能用“分身术”来繁殖,人就更不用提了。

      所以地球上的多细胞生物在繁殖自己的时候,都是把“遗传物质”(即“生命密码”DNA)“包装”到单个细胞中,叫做“生殖细胞”,再由“生殖细胞”发育成新的生物体。比如一些霉菌的“分生孢子”就是这样的细胞,它们自己就可以长出新的霉菌来。另一种方法是从两个生物体来的“生殖细胞”(比如卵子和精子)彼此融合,成为一个细胞,再由这个细胞发育成新的生物体。前一个过程叫“无性生殖”,因为“生殖细胞”只来自一个生物体。后一个过程叫“有性生殖”,因为有来自两个不同生物体的“生殖细胞”彼此融合。

      无论是那种情况,地球上的多细胞生物体都是由一个细胞发育而来的。比如人的身体就是由父亲的精子和母亲的卵子结合成的“受精卵”发育而来的。因为绝大多数多细胞生物体都含有多种类型的细胞,所以最初的那个细胞必须有变化成所有这些类型细胞的能力,这就是“干细胞”的最初来源。

      最初的那个细胞由于能够变化成为生物体内所有类型的细胞,所以叫做“全能干细胞”。前面说的“分生孢子”和“受精卵”都是“全能干细胞”。身体长成后,留在身体各种组织里面,起替补作用的“干细胞”常常不能再变成身体里面所有类型的细胞,而是只能变化成所在组织里面的那几种细胞,所以叫做“多能干细胞”。有些“干细胞”只能替补一种类型的细胞,叫做“单能干细胞”,比如肌肉的“干细胞”就只替补肌肉细胞。

      植物的“灵活性”要大一些。植物一生都在不断淘汰旧枝叶,长出新枝叶,相当于植物一生都在“长身体”,“体型”在不断变化,而且许多植物可以从树干和树叶上长出根来,说明许多植物的身体内都有“全能干细胞”在工作。用这些植物的一部分,就可以繁育出新的植物来,比如柳树和玫瑰都可以用“插枝”的方式繁殖。农民把甘蔗砍成许多段,埋在土里,就可以长出新的甘蔗来。

      动物要运动,要进食,身体的构造要复杂得多,长成的动物身体里面一般就没有“全能干细胞”了,身体的替补也主要是细胞水平的。我们不仅不能再长出一个肝脏,就是再长一片角膜,一根手指头都不行。

      “干细胞技术”就是要打破这种限制,调动人体内“干细胞”的“积极性”,增加它们的“本事”,把它们变成“全能干细胞”。也可以用“细胞核转移”或者“基因诱导”的方法,把已经分化的细胞(比如人的皮肤细胞)变成“全能干细胞”。通过这些方法,科学家们就可以根据需要,替换身体里面的许多细胞、组织,甚至器官。用这些方法还有希望克隆濒于灭绝的动物,甚至使已经灭绝的动物复活。这是多么诱人的前景啊!