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细胞的增殖“戏法”

发布时间 :2013年12月16日 来源 :生命科学学院 邹方东 教授   编辑 : 浏览量 :
 
  每个人都来自一个细胞。这个细胞既不会哭,也不会笑,更不会思考。但有一件事情它做得特别好——细胞增殖。通过增殖,一个细胞变成两个、四个、八个细胞……最后,它很神奇地变成了你、我、他,会哭,会笑,也会思考。

  细胞是如何分裂增殖的呢?如果分裂增殖失去了控制,将会发生什么?

  细胞的分裂增殖可谓意义重大。不仅生物体的生长发育、世代延续以细胞分裂增殖为基础,而且细胞增殖还是维持个体细胞数量和功能相对平衡的基础。例如,人类的红细胞寿命为120天,每天死亡的血红细胞数量大约为10的11次方个,但同时人体内每秒也约有
  
  200万个造血干细胞增殖,从而维持了血红细胞数量的稳定。

  细胞增殖是怎么实现的呢?

  细胞增殖一次所需的时间为一个细胞周期。经过一个细胞周期,细胞便一分为二,成为两个子细胞。典型的哺乳动物细胞,增殖一次大约需花费20个小时。不同的细胞增殖一次花所需时间长短不一,比如早期蛙胚细胞30分钟增殖一次,而人的肝细胞增殖时间大约为一年。

  每个人都由受精卵发育而来。根据细胞的增殖状态,我们体内存在着三种类型的细胞。第一种是周期细胞。周期细胞会不断分裂增殖,比如干细胞。第二类叫G0期细胞,又叫做静息细胞,这类细胞暂时脱离细胞周期,但受到一定刺激后又会重新进入细胞周期,进行分裂增殖。肝脏细胞就是此类细胞,它在受到手术切除刺激后,会由静息状态进入细胞周期,开始增殖。这就是为什么肝脏被切除部分后,在数周内会重新长起来的原因。第三类叫终端分化细胞,指的是我们人体中一些执行特定功能的细胞,一般情况下它们不再分化增殖。比如我们的神经元、视网膜细胞、表皮细胞、红细胞等。

  设想一个有趣的场景:一个人挎着电脑包去上班,走在途中,他突然感觉到自己的骨头在重新排列,可还没反应过来,整个人便从中间一分为二,一个一模一样的自己站在旁边与自己打招呼。当然,这样的场景对我们来说是不可能实现的,但对细胞来说,不仅能够实现,而且它们还经常这样做。

  细胞从中间分开,在旁边形成一个一模一样的自己,这就是有丝分裂。有丝分裂成的两个子细胞拥有一套完全相同的遗传物质。因此,细胞在分裂过程中包含遗传物质加倍、染色质凝缩、染色体分离等程序。

  细胞增殖除了有丝分裂以外,还有另外一种增殖形式,即减数分裂。精子与卵子相遇形成受精卵,受精卵中的遗传物质一半来自父亲、一半来自母亲,而这个一半的来源是23条染色体的随机组合,因此有句话说,“尽管你和你的父母、兄弟姐妹之间有相似之处,但你就是你,世界上没有第二个你。”这样的增殖方式就是减数分裂,它是一种特殊的有丝分裂方式,其特殊性在于遗传物质只复制一次但细胞要分裂两次,从而导致遗传物质减半。

  细胞增殖的过程好像一出精彩的电视连续剧,可是谁是背后的导演呢?

  细胞增殖并非随意而为,它受到严格的调控。2001年诺贝尔生理或医学奖三位获奖人发现,细胞增殖受到高度调控,一种叫简称为dc的细胞分裂基因参与其中,细胞增殖的调控与细胞内一种周期性合成与降解的“周期蛋白”有密切关系,还有一种蛋白激酶,这种激酶的活性依赖于周期蛋白,简称Cdk。在细胞当中有很多周期蛋白和Cdk,不同蛋白的结合调节不同的细胞周期,从而保证细胞周期运转的有序进行。

  细胞增殖如果出现错误,便会出现严重的遗传疾病。在基因组中有一个基因叫p53,是基因组的忠诚卫士:正常细胞中的遗传物质DNA一旦受到各种理化因子损伤,p53便会被活化,并作为转录因子刺激p21蛋白的转录,从而抑制了Cdk的活性,让细胞停止增殖。如果p53基因突变,那么即便细胞中的遗传物质DNA受到损伤,这个细胞也会“带病”继续分裂增殖,最终很容易就变成一个恶性的肿瘤细胞。人类肿瘤中有一半以上的肿瘤都发现其p53突变。

  那么常说的肿瘤和癌有什么区别?

  分裂调节失控而无限增殖的细胞是肿瘤细胞;而具有转移扩散能力的肿瘤称为恶性肿瘤,也就是癌。癌细胞转移扩散后通过传统的手术无法切除干净,这就是癌症的危险性所在。肿瘤细胞或者癌症是基因突变积累的结果,需要时间的积累,所以它们往往出现在年龄较大的个体中,但是目前肿瘤年轻化似乎有明显的趋势。

  细胞的增殖是生命体保持健康的关键:一个细胞在我们体内精确增殖,我们便成为一个健康的个体,但如果细胞发生癌变,人体的命运将由此逆转。为了保证我们的生命健康,我们的细胞们正勤奋、精确而高效地工作着,这让我不禁思索:这样的态度不正是我们需要并将其付诸于工作、付诸于生活、付诸于生命的吗?

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