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細胞可以長生不老?海佛列克極限說不行!

劉馨香_96
・2019/02/12 ・1653字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

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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劉馨香_96
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生科系畢業,喜歡腦、神經與心智。


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母體的免疫特區:為什麼子宮不會排斥胎兒?——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/22 ・2258字 ・閱讀時間約 4 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

說來奇怪,人們早在十七世紀就開始嘗試輸血了。當然,最初人們並不瞭解血型或關於血液的其他基本事實,但他們已經開始把血液從一個人的身體輸到另一個人的身體裡,事實上,這無疑等於謀殺(現在眾所周知的 ABO 血型劃分是從一九○○年開始的)。

人們嘗試了各種類型的實驗和手段:把一隻動物的血輸進另一隻動物,把動物的血輸進人體,把一個人的血輸進另一個人體內,等等。

說得客氣一點,結果有好有壞,不過,在出現了一、兩例死亡事件之後,法國立法禁止了輸血。在接下來的一個半世紀裡,輸血幾乎銷聲匿跡。到了十九世紀,這項操作又重新引起了人們的興趣。時至今日,只要確保血型匹配,輸血就是安全的。

時至今日,只要確保血型匹配,輸血就是安全的。圖/Pixabay

這就是血液的情況。相對來說,輸血比較簡單,但是要在人與人之間移植其他細胞或組織,就困難多了。隨著移植技術的進步,人們可以從供體那裡接受心臟、腎臟、肝臟,以及其他器官,但是受體會出現排斥。受體的免疫系統會馬上識別出一大塊外來物質進入了身體,並試圖反抗。即使移植的器官來自最匹配的供體,受體患者也需要接受免疫抑制藥物治療,來緩解它們對「入侵器官」的免疫排斥。通常來說,人體並不會輕易接納外來物質——在上一章裡,我描述了人體不接納它們的一些方式。

但是,即便我們知道了這些事實,直到一九五三年,才有人試著來認真思考懷孕這件事:在十月懷胎的過程中,孕婦可以跟肚子裡的孩子和平相處,似乎沒有什麼負面效應。顯然,孩子並不是母親的簡單複製品,他們的免疫組成也不盡相同——因為胎兒有一半的基因來自父親,因此遺傳重組之後產生了一個明顯不同的新個體。

所以,問題是,母親如何容忍了體內的另一個生命呢

我們的生殖策略(即「用一個人來孵育另一個人」)裡有許多未解之謎,這不過是其中一個較不明顯並且格外難解的問題而已。事實上,即使在今天,我們也不清楚孕婦容忍胎兒的生理機制。我們知道,母親依然會對所有其他的外來物質產生免疫反應,我們也知道胎兒並沒有與母親的免疫系統在生理上完全隔離,受到特殊庇護。貌似孕婦與胎兒的關係裡有一些特殊而且非常複雜的事情。

孕婦與胎兒的關係裡有一些特殊而且非常複雜的事情。圖/Pexels

這可能早在受精之初就開始了。從那時起,母親的身體就開始逐漸習慣父親的基因。在懷孕的早期,發育中的胚胎就與母親的子宮開啟了複雜的對話。胚胎不僅躲在胎盤背後來逃避母親的免疫反應,而且還分泌一些分子用來針對性地防禦母親的免疫細胞,因為後者更危險。母親的自然殺手細胞和 T 細胞在胎盤外盤旋,但是它們並不是為了殺死胚胎細胞,而是轉入調控模式,開始釋放出抑制免疫反應的訊號,並確保胚胎安全進入子宮(同時促進胚胎的血管生長,這對胎兒來說是好事)。同時,胚胎細胞也不會表達第一型主要組織相容性複合體分子,以逃避免疫監視(有些感染病毒也使用這種策略來逃避免疫監視和攻擊)。此外,母親的免疫系統接觸胎兒的蛋白質並開始學著容忍它們。

除此之外,母親的免疫系統也會受到廣泛且微妙的抑制——但不嚴重,因為孕婦仍然能夠抵禦感染。整個免疫系統會下調一級。這也是為什麼有些女性的自體免疫疾病在懷孕期間會有所緩解。

目前我們的理解是這樣的:在不同類型的細胞和訊號的作用下,子宮成了免疫系統的特區(其他免疫特區還包括大腦、眼睛和睪丸),更少發生發炎。胚胎與母親的免疫細胞會進行活躍的對話,它們能在整個孕期和平相處。

在不同類型的細胞和訊號的作用下,子宮成了免疫系統的特區,更少發生發炎。圖/Pexels

當然,這個過程可能會出錯,而且偶爾也的確會出錯。當出現問題的時候,母親就會對胎兒發生免疫反應。在極端的情況下,這可能會導致女性不孕。在懷孕的早期,它可能會引起自然流產;在懷孕後期,這可能會引起一種叫作「子癇前症」的發炎反應,對母子都非常危險。

最後,說一件有點詭異的事情:胚胎細胞有辦法從胎盤中游離出去,進入母親的血液系統。

之前有理論認為,這也許是為了下調母親的整個免疫系統,使它對胎兒的出現做足準備,這可能也是母嬰對話的一部分。但是,最近幾年,研究者發現事情可能沒有那麼簡單:有些胚胎細胞即使在分娩之後仍然在母親的血液裡逗留——事實上,可以在分娩之後存活數年,從免疫學的角度看,這真說不通。研究者發現,它們會出現在母親的許多組織裡——包括肝臟、心臟,甚至大腦——它們可以發育成熟,變成正常的肝臟、心臟或是腦細胞,留在母親體內。讓我再說一遍:由於我妻子生了我的孩子,她體內和大腦裡的一些細胞現在也有我的基因了。這被稱為母胎微嵌合。目前沒人知道為什麼會這樣。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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