細胞可以長生不老?海佛列克極限說不行!

江湖上曾經流傳著一種傳說,認為只要在適當的溶液裡,細胞就可以無數次地複製自己,永生地活著。

這項傳說來自於對血管縫合與器官移植有重大貢獻,獲得 1912 年諾貝爾生理或醫學獎的亞歷克西.卡雷爾(Alexis Carrel)。他改良了細胞培養技術,宣稱成功在體外培養了雞心細胞,但神奇的是,每年他都會宣布這些雞心細胞還活著,如此持續數十年。「或許有一天能實現長生不老的美夢!」大眾媒體興奮地渲染著。

然而多年來,其他科學家都無法複製這項結果。

細胞能無止盡地分裂嗎?圖/pixabay

直到 1960 年代,李奧納多.海佛列克(Leonard Hayflick)才正式推翻卡雷爾的說法。

當時他在威斯達研究所(Wistar Institute)負責培養細胞提供研究所內的實驗室使用。他觀察到正常的人類細胞不能無限地分裂下去,而是有其極限。在進一步研究之後確認,不管是來自胎兒還是成人的多種細胞,大約都只能分裂40-60次,就會停滯不分裂或者細胞凋亡而死亡。他認為分裂能力的限制和細胞的衰老有關,而細胞衰老可能導致了身體的老化。

就像一部機器使用久了,零件自然會磨損,系統愈來愈容易故障,最終走向報廢一途。生命其實也是一樣的道理。細胞作為生物體的單位,如同構成一部機器的零件,老化的現象在細胞層級就發生了。

一部機器用久了,零件自然會磨損。圖/pixabay

日後,細胞分裂極限的概念被稱為「海佛列克極限(Hayflick limit)」。

到了 1980 年代,科學家們對於染色體末端的端粒(telomere)結構有愈來愈深入的認識,他們發現細胞每分裂一次端粒就會變短一點,於是隨著細胞分裂的次數增多,端粒長度也愈來愈短。當端粒短到無法再保護染色體結構及基因時,細胞就會抑制生長、停止複製,邁入衰老。

儘管仍有人反對海佛列克極限,認為細胞無法持續分裂,只是因為細胞有受損,或者是實驗室培養環境的問題,更多科學家則認可了海佛列克極限的概念,並套用在關於細胞老化的研究上,尤其是隨著細胞分裂愈來愈短的端粒,就像細胞內建的生命倒數計時器,應證了海佛列克極限的概念。

咦,所以「端粒」是什麼?

端粒是染色體末端的特殊結構,由不斷重複的 DNA 序列「TTAGGG」所構成,具有維持染色體結構穩定性的功能。當細胞要一分為二,就需要複製 DNA。但是 DNA 複製機制本身具有「末端問題(End replication problem)」,最末尾的 5 端處會有一小段序列沒辦法被複製到,因此 DNA 複製完成後的兩端都會損失一些序列,端粒因此愈來愈短。

隨著細胞分裂,DNA(端粒)會愈來愈短。圖/wikipedia

如果帶有遺傳資訊的 DNA 序列(也就是基因)丟失就太糟了,於是,位於染色體末端的端粒其實也扮演了重要的砲灰角色,每次 DNA 複製後,都能因著犧牲端粒一小段無意義的重複序列,得以保全染色體內的其他基因。如此看來,端粒雖然是生命倒數計時器,但其實它是在保護我們的生命,直至粉身碎骨啊!

身體的老化是每個人逃也逃不了的命運。圖/pixabay

那麼是不是只要把端粒加長,就能打破海佛列克極限,逃脫寫在細胞裡的老化命運了呢?

在細胞層面來說,或許是喔!

其實我們身體中的幹細胞有端粒酶(telomerase)在工作,能夠合成 DNA 末端的序列、加長端粒,讓幹細胞可以不斷分裂出新的細胞。然而,端粒酶活性的調控非常複雜,人人聞之色變的癌細胞往往具有失控的端粒酶活性,才獲得永生不死、不斷分裂的能力,進而侵害人體其他組織,癱瘓身體機能。如果我為了永生,開啟端粒酶基因,一個不小心,永生的只有癌細胞,我是活不下去的啊!

那麼還有可能長生不老嗎?來來來看動畫吧:

 

參考資料:


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關於作者

劉馨香

生科系畢業,喜歡腦、神經與心智。

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