生命基于细胞，细胞决定健康——原来细胞生物学如此神奇

生命基于细胞，细胞决定健康——原来细胞生物学如此神奇

张毓哲

四川师范大学附属中学高三8班610041

在我的印象中，中学生物学很枯燥，从细胞结构到新陈代谢，有背不完概念和定义，课还没结束，我心中仅有的那对大自然的好奇心已经所剩无几了，直到有一天从科教片里看到干细胞，说干细胞研究已经看到了“返老还童”的曙光。我开始仔细梳理起细胞的基本知识，希望形成自己对细胞的系统知识和系统思维，也愿为小伙伴们的爱科学之路做一块铺路石。

细胞的定义与概念

细胞是生命活动的基本结构和功能单位，植物、动物和人体都是由许多细胞构成的。人体的各项功能都是由细胞或多个细胞共同完成的。所有的细胞都能显示出生命的各种属性，在它们之中进行着新陈代谢活动。植物的光合作用就是在细胞里进行的，细胞内还一直进行着呼吸作用。一切复杂的瞬息万变的生命活动都是在细胞内进行的。人体的各项功能都是由细胞或多个细胞共同完成的。

细胞的发现

“细胞”一词源于英国学者罗伯特?胡克（RobertHooke）的发现，也为以后细胞学的研究奠定了基础。他在1665年用自制的显微镜观察切得很薄的软木片，非常清楚地看见软薄片全部多孔多洞，很象蜂巢，第一次发现了细胞（Cell）。不过，用今天的知识来看，胡克当时看到的是一些没有生命的死细胞，是植物细胞的外壳细胞壁，真正看到活细胞是位名叫列文?胡克（AntonivanLeeuwenhoek）的荷兰人，他看到的其实是水里面的单细胞生物，现代正式的名称叫“微生物”。

至于说细胞学说，那是十九世纪三十年代才形成的。1839年德国生理学家西奥多尔?施旺（TheodorSchwann）在他的代表作《关于动物与植物结构与生长一致性的显微镜研究》明确了细胞是动、植物生命活动的基本单位，系统地总结了动、植物的各种细胞具有共同的基本构造、基本特性，按共同的规律发育，有共同的生命过程，并且细胞的个体发育有自己生长和发展的过程。至此，从“细胞”的发现算起，经过漫长的一百五十多年人们才真正认识了细胞，明确的指出细胞是动、植物的结构单位。人们看到的各种各样的生物，飞禽走兽，花草树木，从最低级的细菌、霉菌到最高级的人类，在微观上的统一性，就在于它们无一不是由细胞组成的。机体产生成长和构造的秘密被初步揭开了，从前不可理解的生物的多样性，原来在本质上是由共同的规律支配的，是由共同的单位组成的。

这些概念和定义说起来有点枯燥，不过接下来我想给大家讲两则令我印象深刻、又与我们健康紧密相关得细胞生物学故事：

故事1，健康与微生物紧密相关

对于今天的人类来说，古人所说的“人过七十古来稀”早已被抛在脑后，长寿已经是理所当然的事情。不过您可知道，即使在上世纪50年代的发达国家，平均寿命也不到70岁，公共卫生学的研究表明，由单细胞生物“微生物”引起的感染性疾病是当时健康的第一“杀手”。美国在1918年之前，每年因微生物感染引起的“伤寒症”高达十万分之三十左右，之后因推行饮用水氯气消毒法，随着微生物疾病源被逐步阻断，疾病死亡率逐年下降，到上世纪50年代末美国“伤寒症”死亡率降到几乎为零。

如果上图仅仅反映的是美国早期的情况的话，那么与此对应的下图是世界上部分国家的儿童死亡率与饮水卫生的相关性，不难发现二者也密切相关。以美国、瑞典、新西南为代表的发达国家，安全饮用水普及率达99%以上，其5岁以下儿童死亡率均低于千分之十，而具有代表性的安全饮用水普及率低于50%的几个国家，如：埃塞俄比亚、尼日利亚、刚果、柬埔寨等，所对应的5岁以下儿童死亡率均高于千分之一百五十。

故事2，干细胞技术带来“返老还童”的曙光

如果说上一个故事让我们回顾了历史，梳理了一下1908年以来微生物领域细胞生物学发展带给人类社会的巨大进步，那么100多年后的今天，细胞生物学的进步是否更加令人难以置信呢？是的，细胞生物学的进步带来了“返老还童”的曙光！英国科学家约翰?戈登和日本科学家山中伸弥发现了成熟细胞可被重编程变为多能性细胞（简称iPS技术）”，为此他们共同获得了2012年度诺贝尔奖。

日本细胞学家山中伸弥英国细胞学家约翰?戈登

咱们先来理解一下这里所说的“成熟细胞”，其实就是咱们身体里组成各个器官的细胞，通常被称为“体细胞”，在身体某个器官的体细胞就发挥所在器官的单一功能，因此“成熟的体细胞”是“单能性细胞”；与之相对应的“多能性细胞”，通常被称为“干细胞”，干细胞可以分化成各种体细胞，无论它们存在于在身体哪个部位、哪个器官，当身体需要时干细胞可以分化成相应的体细胞而发挥相应的功能，因此干细胞是“多能性细胞”。

分清了“成熟细胞”、“体细胞”与“多能性细胞”、“干细胞”的概念后再来看看咱们每个人体与这些细胞的关系。众所周知，咱们每一个人都是从胚胎发育而来的，那么无疑，胚胎里面一定存在“干细胞”了，而且一定是“多能性细胞”，这些胚胎里面的干细胞发展成为了身体里所有器官所需要的体细胞，最后构成了一个完整的人体；另外众所周知是，人一旦出生，就走上了从成长到衰老的不归之路，从细胞生物学的角度看，那是因为自然条件下成熟的体细胞内有一套生长“程序”，一旦程序启动就不可逆转，直到细胞衰老、死亡，走完生命历程。戈登和山中伸弥两位细胞学家的发现正是改变了成熟的“体细胞”不可逆转的生长“程序”，他们通过人为技术能够将成熟的、单一功能的“体细胞”变为多能的“干细胞”，而干细胞分化后，又能够成为多种不同功能的其它体细胞，这其实就是使不断走向衰老的体细胞获得“重生”，难道不是“返老还童”吗？这完全改变了早前人类的一般认知，所以才使得人类社会如此惊异。

（图片来源：中国科学院网站http：//www.cas.cn）

山中伸弥所发明的重编程技术（简称iPS）目前已经被应用到了临床研究，例如：用以治疗眼科老年性黄斑病（简称AMD）。下图A是眼球的照片，正常眼球视网膜表面均匀、清晰，老年性黄斑病变眼球的视网膜则可见黄色斑块；下图B是视网膜的剖面示意图，沿“光线方向”分别是神经传导束、感光细胞层和视网膜基底色素细胞层（简称RPE）。其中，RPE层的作用是为神经传导束、感光细胞层中的各种神经细胞提供氧、营养物和废物传递的支持，神经传导束和感光细胞一旦失去这种支持，视力立刻就会受到影响。眼科老年性黄斑病发病的部位正是出现在视网膜基底色素细胞层，其中的RPE细胞因老年性退化失去功能，不能支持神经传导束、感光细胞的正常功能，引起的视力退化，严重情况下造成失明。简单来讲，应用iPS技术可将自己其它部位的体细胞分化为健康的RPE细胞，通过注射或手术方法替换因老年性退化坏死的RPE细胞，达到治疗AMD的目的。