干細胞——生命中的相對論

一、個體產生
任何生命的產生都是一件非常值得我們尊重的事，如一次射精后某個精子和卵子發生碰撞并可能結合的機會只有五億分子一。因此每次射精意味著有五億個精子同時向一個卵子行進，行進的距離和過程恰似像完成一次星際航行，而最終的勝利者只有一枚精子——與等待的卵子完成婚嫁的目的。然后才是真正的發育開始，受精卵一分為二、二分四，如果你有機會在顯微鏡下觀察此景象，將有機會看到一幅迷人的景象，這時細胞的分化與運動就象開瓶的啤酒一樣，從上往下運動，并向里面卷曲，形成一中空的空洞，此空洞結構往往決定眼睛長在什么地方、手會長在什么地方、心臟在胸腔左側產生、肝臟在腹腔右側形成。

胚胎發育是生物學中最具挑戰性和最迷人的課題。胚胎中的細胞每時每刻都在更新，細胞中的基因無時無刻都在表達，且這種基因表達具有時空特性。此外，這些細胞的運動、基因的表達都朝著同一個目標有序前進，最終目的是發育形成一個具有生命意義的個體。但讓我們至今難以想象的一個事實是：單個受精卵細胞怎樣會產生具有含一千兆個細胞的個體，而且每個細胞都有自己在體內的獨特作用角色，如肝細胞可以解毒、神經細胞可以傳導興奮。胚胎是美麗的，但應認識到胚胎也是“殘忍”的，假如你是胚胎體內大量發育細胞中的一員，而且具有理性、及能感知，你就可能被你周圍的大屠殺弄的心驚肉條。而且已經發育成熟的一些細胞在必要時也需采取自殺或凋亡的手段來維持體內的細胞數量平衡。

在發育過程中，細胞不但要恰當地誕生，而且也要恰當的死亡，如人在胚胎階段是有尾巴的，正因為組成尾巴的細胞恰當地死亡，才使我們出生后并沒有尾巴存在，而如果這些細胞沒有恰當的死亡，就會出現長有尾巴的新生兒；另外一個明顯的例子是嬰兒手指和腳趾的形成，由于最初始的發育、形成的是拳頭樣的團塊樣結構，因此五個手指間的細胞必須自殺、才能產生最具活動自如功能的手指。從胚胎、新生兒、嬰兒、兒童到青少年，在這一系列人體發育成熟之前的階段，具體來說是細胞誕生的多，死亡的少，所以機體才能長大。發育成熟后，人體內細胞的誕生和死亡處于一動態平衡階段，一個成年人體每天都有成千上萬的細胞會誕生，但同時幾乎又有相等數量的細胞“程序性死亡”。

在健康的機體中，細胞的生生死死總是處于一動態的良性平衡中，許多重要的器官內都發生著極其快速的死亡和補充過程，腸道表皮的被覆細胞、血液中的淋巴細胞以及皮膚細胞是最為忙碌的細胞。如果這種平衡被破壞，人就會患病；如果該死亡的細胞沒有死亡，就可能導致細胞惡性生長，形成癌腫瘤。如果不該死的細胞過多地死亡，比如受艾滋病毒的攻擊，不該死的淋巴細胞大批地死亡，就會破壞人體的免疫力，從而導致艾滋病的發生發作。

到此你也許覺得生命是一個太過復雜的現象，但科學是一個在我們所崇尚的所有事物中，唯一可以“顯靈”的一個“法寶”。象牛頓的物理學三大定律及愛因斯坦的相對論，任何事物都有規律可尋，任何規律都有內在的機理存在。那么生命的機理在哪？內在的機制又是什么？現在已經有了一個可選答案，我認為答案是干細胞，而內在的機制則還是相對論法則，對此我們也可稱之為：干細胞——生命中的相對論。

二、什么是干細胞
干細胞的“干”，譯自英文“stem”，意為“樹干”和“起源”的意義，俗話就是“干什么都能行的細胞”。是機體某種組織、器官乃至整個個體的“祖宗細胞”。中國古代的一個典故符合干細胞的定義：傳說古時候有一個小孩翻山越嶺地去為失去雙手的母親挖草藥，草藥沒挖到，卻找到了一顆夜明珠。回到家，孩子把夜明珠藏在空無幾粒米的缸里，第二天發現缸里已裝滿了新米。聰明的孩子把夜明珠放在母親摔斷的手上，第二天當孩子醒來時，發現自己被緊緊地抱在母親懷里。而干細胞從某種意義上就如同此傳說中那顆與什么放在一起就產生什么的夜明珠，挽救生命于死亡的幽谷。

對于干細胞的定義，多年來一直在被修正。目前絕大多數生命科學家和醫學家認為勉強可以接受的一個定義是：干細胞是一類在體內存在的未分化細胞，具有自我更新及能不斷進行增殖分化的細胞，它一方面能產生表現型與基因型與自己完全相同的子細胞，另一方面又能產生發揮各種功能的成熟細胞，通俗地講，干細胞是指尚未發育成熟的細胞，具有再生成為各種組織、器官的功能細胞，醫學界對此給予它一個“萬能細胞”的名詞。

當前，干細胞被人為的分為兩類：胚胎干細胞和組織干細胞。人類對干細胞已有的知識表明，受精卵在母體里經過連續大約十天的分裂，形成一個囊泡狀的胚泡結構，在胚泡內有一個細胞群，包含約100個最原始的細胞，這些細胞就是將來發育成一個個體所有組織的基本細胞——胚胎干細胞。通過適當的基因時空調控，每一個細胞都具備能發育產生人體所有組織、260多種細胞的能力，因此胚胎干細胞也被認為是“全能干細胞”。

組織干細胞是指存在于相應組織中的干細胞，如血液系統中的造血干細胞、表皮中的皮膚干細胞以及肝臟中的肝干細胞。目前發現，幾乎任何一種組織中都有相應干細胞的存在，即使是被認為沒有再生能力的腦組織，被證明也有神經干細胞的存在。但我認為這種觀點有失偏駁，組織干細胞這個概念只是回答了現象，而沒有觸及事物本質。本質是所有所謂分離到的各種組織干細胞其實是一種細胞——即成體中隱藏于骨髓中的干細胞，稱之為骨髓干細胞（Bone marrow stem cell，BMS細胞）。我們知道胚胎干細胞最初在胚胎8細胞期產生，處于內細胞團（ICM）中，然后隨著發育進程，第一站遷移到卵黃囊，然后是胚胎肝臟，最終定居于成體骨髓中。因此應認為胚胎干細胞隨著發育過程，從內細胞團出發，經過卵黃囊、肝臟到骨髓定居，只是完成了幾次遷移，而本性并不一定改變，你能說一個人出生在上海，然后在北京上學，到舊金山工作，最終定居巴黎，他換了一個人嗎？因此定居于成體骨髓中的骨髓干細胞其實與胚胎干細胞在本質上是同一種細胞。
另外這也可解釋近年來發現的骨髓干細胞的多潛能性結果，最基本的例子是骨髓移植，光中國每年有成百例進行，包括男性骨髓移植到女性、或女性移植到男性，在移植成功患者體內可發現幾乎任何組織中都具有供體標記的細胞存在（如Y染色體標記），而且這些細胞具有相應組織成熟細胞的功能。

雖然干細胞居住于翕（nich）中，[龕是中國老百姓用來放神靈（如觀音和觀公等）的墻壁上的孔室，干細胞被認為就隱藏在人體內的各種龕中]，但他其實并不安靜，其中有0.03%的干細胞會隨著血液在全身巡游，哪有需要就在哪里”戰斗”。而當前各實驗室分離到的各種組織干細胞其實很可能是在血液中巡邏的骨髓干細胞或鉆出毛細血管在相應組織中待命的干細胞（獲得貼壁生長特性）。至于為什么腦組織再生能力缺失，則可認為是血腦屏障存在的原因（胎盤屏障估計干細胞也過不了）。

目前符合干細胞定義的細胞至少基于以下幾個特性：1）自我更新能力；2）非限制性的增殖、分化性能；也可在較長時間內處于靜止狀態（G0期）；3）至少能產生一種以上的子代細胞；4）不對稱的分裂特性。發育成別種細胞的強勁驅動力乃是干細胞的一個重要特性，但其實應該給予充分認識的是，不對稱分裂特性才是干細胞的最重要特性，它是干細胞其它三個特性的基礎和源泉。

三、不對稱分裂
通過不對稱分裂，干細胞產生的兩個子代細胞具有不同的發育命運——或保持親代特征，仍作為干細胞保存下來；或不可逆地走向分化的終端，成為功能專一性的末端成熟細胞。因此通過不對稱分裂，干細胞一方面滿足了自我更新的需要，另一方面，獲得相應發育命運的一子代細胞，通過進一步的分化產生各種類型的成熟細胞。所以，對干細胞第一次分裂所產生的兩子代細胞，我們可分別視之為陰和陽細胞，象中國古代八卦圖中的陰陽魚。其中陰細胞所代表的子代細胞與母干細胞完全一致，它們往往處于休眠狀態（G0期），此可維持干細胞在體內的穩態性，終生保持不對稱分裂的發育多潛能性；而陽細胞則因為相應的基因被激活，會沿著一定的發育途徑向下分化，它們也稱為”工作細胞’’，（working cells）。

目前也有充分的證據顯示，細胞的分化主要發生在干細胞到前體幼稚細胞（干細胞分化的下一級細胞）的途徑中，細胞的增殖（細胞數量上的增加）則主要發生在前體細胞到成熟功能細胞的過程中。因此，干細胞在體內決不是以多余的方式存在，一方面它們對機體發育極端重要，另一方面它們為機體的組織損傷或細胞的新舊交替提供“原材料“。干細胞陰和陽間的平衡可認為是使機體保持穩定及生命得以延續的基礎。

此外，腫瘤也是在干細胞水平發生的疾病，我們知道機體內細胞可歸類為兩個集團：一個是干細胞集團，一個是功能細胞集團，功能細胞負責干細胞生存環境，向干細胞提供營養并傳遞損失，而干細胞則負責補充功能細胞在自然環境中受到損傷而引起的細胞損失。這樣一來，功能細胞與干細胞處于互相支持、互相決定的循環關系中。對此，疾病也可以分為兩類：功能細胞疾病和干細胞疾病，功能細胞疾病是指那些雖然造成功能細胞損傷或死亡，但尚未影響到干細胞的正常功能，這些就是臨床所說的功能性疾病。而干細胞病是指那些功能細胞大量受損死亡，已經影響到干細胞不能正常再生及分化，此往往導致惡性腫瘤的發生。因此癌癥是干細胞水平發生的疾病，干細胞增殖分化失控是癌癥形成的先決條件。而體內干細胞最終消失遺盡則是結束個體生命的時刻（機體失去免疫）。此外本人認為腫瘤干細胞應只是科學家杜撰出來的一個概念，因為它無法解釋良性腫瘤的惡性轉變機制，如果稱為“腫瘤啟始細胞”則較合適。惡性腫瘤細胞分裂可等同于核武器的核裂變。另外一個可以打賭的概率是，良性腫瘤所含的細胞總數總是雙數，而惡性則是單數（娛樂為主）。

四、生命中的相對論
基于干細胞在生命體內的作用角色和相應特性，我們是否可提出“生命中的相對論”這樣一個概念，這也許是目前在生命科學界首次提及這樣一個稱謂，大多數的干細胞在平常情況下處于休眠狀態、且保持增殖和分化潛能。因此，個體雖然無時無刻的在經歷時間“洗禮”，但對于干細胞來說，則意味著時間是停止不前的；當某些刺激來臨時（細胞的衰老或死亡所發出的信號），相應部位的干細胞會蘇醒過來，發生一次不對稱分裂，產生的兩子細胞，其中一個與母干細胞完全一致，而另一子細胞則走向發育分化的命運、更替死亡細胞。因此對于產生的子干細胞時間還是停止不前的，因為它與母干細胞完全一致；而對于已獲得極性的那個子細胞來說，它們會一步步的向下分化，產生具有成熟功能的細胞、完成損傷組織的修復，對它們來說，時間是延續的，細胞有生有死，此即為干細胞在概念上所包含的“相對論”意義。

針對干細胞生物學特性更進一步的層次是分子生物學，其實基因的轉錄和復制也符合“相對論”法則。基因所隱含的生命活力藏在兩段互為堿基配對的DNA雙鏈上，DNA鏈的復制意味著細胞的分裂，復制一次、細胞分裂一次。所有生命信息完整的賦予子代細胞，而轉錄則意味著細胞的分化，DNA把信息傳遞給RNA，由一條模板鏈（DNA）來完成，產生的RNA鏈與模板鏈遵循堿基配對原則，然后是翻譯，產生蛋白，完成機體所需。

基因是生命活力的源泉，它的DNA雙螺旋配對原則與干細胞的分裂具有一致性，一條母鏈通過堿基配對方式復制產生一條子鏈，母鏈則保持信息上的完整性，此等同與干細胞產生子干細胞過程，干細胞完成自我更新，因此對它們來說時間也是停止不前的；而相對于轉錄，則意味著基因活力的產生，也即基因的功能被表達出來了，此等同于分裂產生具有分化活性細胞的過程。基因的表達具有時空特性，是機體產生細胞多樣性及多量性的基礎，并決定細胞能多量增殖和及時的進行分化。
因此對于一個生命個體來說，干細胞通過不對稱分裂特性，完成的是廣義意義上的相對論法則，而干細胞核內的DNA，通過DNA堿基配對原則，則執行的是狹義意義上的相對論法則，通過這兩個相對論法則，導致一個生命在時間和空間上具有意義，導致生命的存在和延續。此外，另外一層意義上的生命延續是物種的傳種接代功能，此由生殖干細胞來完成，采取有性生殖手段繁育后代是高等生物在進化過程中的一個選擇，生殖細胞與體細胞分家，且被特別保存起來，體細胞干細胞專注于機體的組成和特定功能作用的發揮，而生殖干細胞則專注于執行專門的育種功能，從而使生命代代相傳、生生不息，精子和卵子是身體內唯一永恒的部分。