細胞的生與死 Cell growth and death

諺語言：「死亡是生命的一部分」。數千年來，人有生就有死，然而至今人們仍戮力想逃避死亡，長生不老。細胞是生命體最小個體的一種形式(病毒可謂例外，但其是否算是生命體，也仍有疑義)，如果能夠對細胞的生死有所了解，那麼對於細胞所聚合成的人的生死就能夠有所明瞭。目前對於一個細胞生命的誕生(無中生有)，科學界的了解仍不足，也無法複製，但是對於一個細胞的延續(繁衍)與死亡，已經有了大概的輪廓。

細胞的再生主要包括有絲分裂(mitosis)與減數分裂(meiosis)。對於人類細胞而言，有絲分裂造成細胞由一個變為兩個基因相同的細胞(一般常見的細胞增生方式)；減數分裂則使細胞由一個變為四個含量減半且不同基因的細胞(生殖細胞的特殊分裂方式，生成精子或卵子)。近年來科學界有關細胞再生最熱門的發現包括：
一、基因複製動物：最早且最著名的是桃麗羊(Dolly the Sheep)的出生，證明人類可以以人為的方式複製相同基因的下一代；許多科幻小說及杞人憂天的電影幻想有一天複製人的出現，已經越來越可能。雖然目前基因已經可以萃取自一般細胞，但仍須利用另一個可分裂細胞(主要是生殖細胞)及自然母體環境才能達成複製。桃麗羊還有另一個重要發現是證明細胞雖然會衰老，但是老細胞的基因仍可能是健康無瑕的。(科學界曾一度認為衰老是因為細胞的基因變異損壞所造成，結果因為桃麗羊的基因來自一頭老羊，而新生的桃麗羊仍從年輕到年老活了六年之久，導出老細胞的基因仍可能是健康的結論。)因此，只要能夠設法改變老年細胞的胞內環境，那麼老細胞就有變年輕的可能。(哇！長生不老耶！)
二、幹細胞(stem cells)：由於各種幹細胞的研究與發現，不同幹細胞的分裂生長與分化已經逐漸被解密(唯胚胎幹細胞因為有道德爭議，目前在研究及使用方面仍受到限制)。幹細胞幾乎在任何器官中皆存在(甚至從前認為不可能再生的大腦神經)，且具有持續繁殖及分化為多種細胞的能力，因此如果能夠引導其生長分化為特定的細胞甚至器官，那麼許多細胞退化或死亡的疾病(如心肌梗塞、腦中風、糖尿病、尿毒症、肝硬化、神經退化疾病...等等)都可以有全新的治療，甚至可用以替換正常的老化細胞。(最早的幹細胞治療就是骨髓移植，但似乎並沒有讓人變年輕的副作用！)
三、端粒酶(telomerase)：大多數正常細胞在實驗室培養的情況下，能夠持續分裂生長一段不算短的時間，但最終都會停止分裂生長；可是癌細胞在良好的實驗環境下，卻似乎可以永遠地分裂生長。此一差異，導致端粒酶的發現。原來，細胞在每次基因複製的時候(細胞由一個變為兩個前，染色體需要先複製一倍)，總是隨機從染色體的端粒(telomere：位於染色體兩端的重複基因片段，去氧核醣核酸序列為TTAGGG，總長度約有5Kb)開始複製，每當複製一次，子代染色體的端粒數目就會減少(染色體會變短)，當端粒減少到一定數量後，基因就無法再複製，細胞也停止分裂生長。但癌細胞卻因為含有大量的端粒酶，可以將子代變短的基因再接上端粒，因此可無限制的增生。目前科學界的挑戰在於設法抑制癌細胞的端粒酶，以抑制其生長，另一方面若是能引導正常細胞的端粒酶生成，就有可能讓細胞維持分裂生長的能力。(後人可能想多高就可以長多高吧！)

除了促進細胞再生，重新活下去的研究有所突破，對於細胞死亡機制的了解，也是進展神速。科學界目前主要將細胞死亡的方式分為兩大類(雖然相互之間仍有交集的地方)：
一、壞死(necrosis)：細胞因為缺乏必須的生存要素而死亡的過程。例如因為血管阻塞導致組織細胞缺氧氣、缺營養而死亡的情況就是壞死。壞死的特徵是細胞會發生腫脹、染色體碎裂、細胞膜破裂、胞內物質(包括各式蛋白酶)釋出，並引起明顯地組織發炎現象。由於此種細胞的死亡，是因為缺乏賴以維生的要素，因此一旦發生會是一個不可逆的過程。也就是說，壞死中的細胞，目前認為是無法救活的。(僵屍電影讓人不解的，就是在人的組織細胞壞死後，居然還能夠有某類因素使其再活動，或許科學界真的需要再好好努力，因為許多時候都是先有想像，然後才發現真有其事，說不定細胞死後也能復甦！)
二、凋亡(apoptosis)：細胞因為某些特定外在或內部訊號，導致細胞內部的一系列硫胱氨酸蛋白酶(caspases)活化，結果細胞呈現一定特徵的死亡方式，包括細胞萎縮、染色體濃縮斷裂(condensation and fragmentation)、粒線體內物質釋出、細胞裂解成凋亡小體，最後凋亡小體被身體其他細胞清除，而不發生明顯組織發炎現象。細胞凋亡的死法稱為計畫性細胞死亡(programmed cell death)，因為此種細胞死亡是由特定訊號所引發的一連串細胞自殺反應(螻蟻尚且偷生，科學界從前很難想像細胞會自殺，尤其在細胞並沒有缺乏任何營養要素的情況下；自殺的人，是不是也是因為某些外在或內在訊息所引發？)。計畫性細胞死亡正常出現在胚胎發育過程中，用以清除過剩的細胞，同時也是免疫細胞清除標靶細胞的方式之ㄧ。(科學界曾一度懷疑癌細胞是因為細胞凋亡機制損壞，所以不受免疫細胞控制，但現在已經知道癌細胞的凋亡機制是正常的，因此如何選擇性的引發癌細胞的凋亡，將是未來治療癌症的一種可能。)由於對細胞凋亡過程的了解，目前學界已經可以利用許多方式，選擇性的終止細胞凋亡的過程，使得細胞存活下來。現在的問題在於，有那些疾病的發生是經由細胞凋亡？(許多證據顯示，多數細胞退化性疾病同時存在著細胞壞死與凋亡，又或者是第三類死亡方式？)另外，當所有應該凋亡的細胞存活下來後，其生理功能是否仍然能夠正常？會不會變性？更重要的是，人類細胞的衰老死亡，是否透過細胞凋亡機制？如此一來，抑制了細胞凋亡是否就能夠延長人類的壽命？目前一切都還有待科學界的進一步探索。(禿頭掉髮的人，應該會希望早點試試看新療法吧！)

子曰：「不知生焉知死」。或許在我們存活的歲月裡，還不能解開生命的秘密，還不能長生不老，但科學的進展確實驚人，因為就算細胞不能再生，說不定未來利用人工晶片來代替也可以！現在因為醫學與科技的進步，人工電子眼、人工電子耳、與義肢的發展，已經可以使部分患者能看、能聽、能動(雖然仍需要經過一段時間訓練適應，且品質仍然相當粗糙)。很難想像有那麼有一天，如同電影駭客任務(The Matrix)一樣，人只要讓大腦活著且認知愉悅就好，至於身體怎麼樣就不再重要了！

細胞分裂的圖片說明請參考下列網址：
http://library.thinkquest.org/C0123260/basic%20knowledge/images/basic%20knowledge/cell%20division/comparison%20between%20meiosis%20and%20mitosis.gif

細胞死亡的圖片說明請參考下列網址：
http://www.niaaa.nih.gov/NR/rdonlyres/5FDF1680-EC98-4FAB-B93A-4921229666E6/0/changes.gif

桃麗羊的圖片說明請參考下列網址：
http://www.millerandlevine.com/cloning/dolly-fig-13-13.jpg
http://scrapetv.com/News/News%20Pages/Entertainment/images-2/dolly-the-sheep.jpg

幹細胞的圖片說明請參考下列網址：
http://www.findingtruthmatters.org/articles/stem-cell-debate/images/types-of-cells2.jpg

端粒酶的圖片說明請參考下列網址：http://stemcells.nih.gov/StaticResources/info/scireport/images/figurec2.jpg