科普 | 海拉細胞——逝去的女人 永生的細胞

2021-01-17 湖南遠泰生物技術有限公司

美國女人亨麗愛塔·拉克絲(Henrietta  Lacks)已經死去了69年,可她的細胞還活在這個世界上,被千萬科研工作者視為珍寶。
在世界各處的實驗室,一些細胞躺在紅色的培養液裡。實驗室的科研人員每天都會透過顯微鏡,觀察這些不規則多邊形的小顆粒,密密麻麻地擠在一起。 

它們都來自拉克絲的子宮頸,並以她名字的縮寫被命名為「海拉細胞」(HeLa  Cells)。1951年,拉克絲被診斷為宮頸癌,幾個月後,拉克絲離開了人世,可她的癌細胞卻在實驗室裡不斷分裂、生長,直到今天仍在繼續。 
如今,海拉細胞已經成為醫學研究中非常重要的工具。無論是治療皰疹、白血病、流感、血友病,或者帕金森氏病,還是研發小兒麻痺症的疫苗,都離不開基於海拉細胞的研究。 這個黑人女性的生命只有31年,可她對人類的貢獻卻持續了半個多世紀——甚至更久的時間。 這些細胞為醫學發展帶來了契機,卻給主人帶來了致命的災難。1951年,美國馬裡蘭州女人拉克絲發現下身流血,隨即到附近的約翰·霍普金斯醫院進行檢查。 
在這家世界一流的醫院裡,醫生在她的子宮頸上發現了一個紫色的腫瘤。這個「紫葡萄」模樣的腫瘤表面光滑,稍微一碰就會流血。「我見過幾千個宮頸癌患者,卻從來沒見過這樣的景象。」這位醫生說。 令人奇怪的是,3個月前,拉克絲還在這裡分娩,在分娩前後的檢查中並沒有發現子宮頸的任何異常。主治醫生據此推斷可能是這些癌細胞生長速度過快。經診斷,拉克絲屬於晚期宮頸癌,並很快做了手術。 但拉克絲並不知道,當她躺在手術臺上的時候,對她實施手術的外科醫生還做了另一件事情。事實上,這位黑人女性從小在農場長大,擅長餵豬和種田,卻很少讀書和寫字。她連「子宮頸」這個名詞都完全聽不懂。 就這樣,在沒有告知患者的情況下,這位醫生取下了「紫葡萄」的兩個組織樣本。樣本被送到醫院的組織培養研究中心。研究中心的喬治·蓋伊(George  Gey)正在進行另外一項研究:在人體外培養癌症細胞,以解釋癌症產生的原因,從而找到治療方法。 在過去的30年裡,蓋伊和同事們嘗試培養了許多癌細胞,但每次那些癌細胞總是很快死掉,即使有少量的「倖存者」,它們也根本不會生長,無法滿足研究的需要。 可拉克絲的癌細胞卻出現了例外:在培養的第二天,它們就出現了生長的跡象。隨後研究員們興奮地發現,這些癌細胞似乎有著無限生長的能力:每隔24小時數量就增加一倍。蓋伊知道,這就是他要找的「長生不老」細胞。 
1951年4月,當地的電視臺為這個發現錄製了一期特別節目。在激揚的背景音樂聲中,一個畫外音說:「今晚我們將會明白,為什麼科學家們認為癌症終將被我們徵服。」  
畫面裡,面對著此起彼伏的閃光燈,蓋伊拿起一個裝著拉克絲癌細胞的玻璃瓶——現在,它們已經按照那個研究人員的標記,被命名為「海拉細胞」了。蓋伊用手敲了敲瓶子:「這一發現可能成為我們殺死癌細胞的研究基礎。」  
陣陣掌聲中,沒有人提起拉克絲。更加沒有人知道,這些讓科學家欣喜若狂的癌細胞,正在慢慢吞噬著這個女人31歲的生命。1951年10月,拉克絲悄無聲息地離開了這個世界。 進入21世紀以來,已經有5個基於海拉細胞的研究成果獲得諾貝爾獎 。在培養成功後,蓋伊把海拉細胞送給越來越多從事癌症研究的人,這些細胞被裝在低溫保存箱裡帶到了智利、荷蘭、印度,還有中國。 
「很多細胞都像瓷娃娃一樣,稍不留神就養死了。」中國科研者劉振雲說,「但海拉細胞不一樣,它特別好養,而且生長速度特別快。」  
也正是這些特性,科學家們可以將海拉細胞應用到更廣泛的研究中。 
比如,一些科學家把它們暴露在放射性或者有毒物質中,希望找到一種方法,只殺死癌細胞,卻不傷害正常細胞。還有研究人員甚至把海拉細胞注射進小白鼠的體內,讓小白鼠也長出像拉克絲一樣的惡性腫瘤。現在,海拉細胞已經成為生物學研究中的標準細胞。「在基礎醫學的研究領域,幾乎每一篇重要的論文,背後都包含用海拉細胞所做的實驗。」劉振雲說。 他解釋說,具有無限生長能力的細胞並不止海拉細胞一種。但因為它最早被發現,並且應用最廣泛,所以成了學界最常使用的實驗細胞。用海拉細胞做實驗得到的結果,更容易被別的研究者所重視和認可。 

但是,人們並不清楚海拉細胞無限繁殖的原因,直到Jack Szostak、Elizabeth Blackburn 、Carol Greider 三位科學家一起揭示了端粒和端粒酶保護染色體的機制,並在2009年獲得諾貝爾生理學獎。

端粒酶是一種由催化蛋白和RNA模板組成的酶,可合成染色體末端的重複DNA(端粒),賦予細胞複製的永生性。細胞每分裂一次,染色體末端就會損耗一點,而端粒就像是加在染色體上的帽子,可以避免染色體受損。一旦端粒被磨損耗盡,染色體開始受到損害,那麼就會誘導細胞的凋亡機制。

染色體上的端粒(紅色部分)

正常細胞的分裂極限大約是50次,這個數目根據發現者的名字命名為「海弗利克上限」。

端粒酶作用就是填補損耗的端粒,它能錨定在端粒上端,合成一段重複DNA序列加到已經存在的重複DNA序列上,補充損耗的序列長度。

研究發現海拉細胞擁有非常高效、活躍的端粒酶,可以一次次地把端粒重新加上去,讓端粒再生,這樣就保證了細胞無限、快速複製。

 

正常細胞的端粒(隨著分裂次數增多而減少)


這一改變是由HPV病毒將DNA插入宿主細胞中,致使P53蛋白失活,基因突變導致的。

端粒酶是一種神奇的蛋白酶,具有調控端粒長短的能力,從而控制細胞的衰亡。一直以來,科學家們都在研究端粒酶,希望有一天它能幫助人類延長壽命。


而發現海拉細胞之初,醫學研究人員更看重的,是這些小小的細胞能夠「吸納」其他基因片段。在海拉細胞被公之於世的第二年,蓋伊在研究小兒麻痺症疫苗時發現,海拉細胞不僅容易感染病毒,而且在感染後隨著它們的不斷分裂,它們還像一臺「疫苗生產器」一樣,造出了更多的病毒。 
這些細胞正在幫助人們慢慢揭開癌症的秘密,幫助人們發現原子彈爆炸對人體造成的影響。甚至,有科學家運用海拉細胞,在細胞克隆的基礎上,實現了細胞群的克隆。直到2010年2月,一本記錄這個傳奇故事的書籍《拉克絲的不朽生命》在美國出版,這位細胞之母才真正進入公眾視野。

作者瑞貝卡·斯克魯特在書中記錄了拉克絲生命的最後歲月。當時,癌細胞已經擴散到了她身體的每個角落,但這個喜歡滾石樂隊、總是為別人著想的女子,並沒有像其他病人那樣臥床不起。她依然保持笑容,像往常一樣做家務、照顧子女。拉克絲去世後不久,丈夫再婚,留下的5個子女也很少再提起她。除了當時只有1歲的小女兒黛博拉(Deborah  Lacks)總是拉著爸爸問:「我的媽媽呢?她在哪兒?」而她的爸爸只能一次一次地告訴她:「你的媽媽叫亨麗愛塔·拉克絲,她已經死了。當時你太小,所以不記得了。」 出於對病人隱私的保護,蓋伊並沒有向外界透露拉克絲的名字,而只是稱呼她為「海拉」。而拉克絲的家人也並不知道,他們的妻子、母親,仍然以這種方式活在這個世界上。直到25年後,一位研究員偶然遇見了她的家人,並向他們說明了情況。最初拉克絲的家人充滿了委屈和憤怒。他們質疑醫生怎麼能未經允許拿走拉克絲的細胞。甚至黛博拉時常擔心,在實驗室裡接受核輻射或者病毒感染的「媽媽的細胞」,會不會弄疼了自己的母親?不過,在了解到海拉細胞為人類作出的貢獻之後,他們也開始為親人驕傲起來。不久前,黛博拉終於見到了自己的「母親」:那是一小瓶被液氮冷凍起來的海拉細胞。對著那個小小的瓶子,這個已經記不清母親相貌的中年婦女輕輕地說:「你真偉大,只是別人都不知道罷了。」

本文修改自BIOX.CN  中國青年報  2010年04月01日 



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