海夫利克極限

生命開始於一個細胞，每一個人都是自生殖細胞複製、分裂和成長而來。人的身體約由1億億個細胞組成，它們攝取養分、供給能量、排出廢物，維持人體的正常機能。我們身體的細胞每時每刻都在更新，每一分鐘都有細胞的死亡與新生，其中絕大多數細胞存活的時間不超過一個月，細胞的死亡與新生本就是人體新陳代謝的一部分。事實上大約最多6至7年，我們身體的細胞會被全部更新，所以從細胞層面來說我們都是年輕人。關於這一點恰好契合一個著名的哲學悖論——「忒修斯之船」，說一艘名叫忒修斯的船隨著時間，船身上每一塊木板和部件慢慢的都更換為新的，哲學家問當最後一塊木板被換掉以後，這艘船還是不是原來那艘船？如果換作人體的話就是說既然組成一個人的身體的細胞被全部更換過了，那麼這個人還是不是原來那個人？或者說我們為什麼會認為這個人還是原來那個人？這是個有趣的問題，不過並不是今天要關注的點。

細胞的更新毋庸置疑，但是從邏輯上來說，這就出現了一個問題——既然差不多每7年我們每個人都煥然一新，那為什麼人還會衰老呢？既然人體老舊的細胞都會被新的細胞來代替，那麼邏輯上來說人似乎更應該永生不老才對，就像一輛更換了所有部件的舊車，或者換掉最後一塊木板的「忒修斯之船」。關於這個問題就涉及到細胞的複製與分裂的「海夫利克極限」問題了。

細胞的更新大體上是一個逐漸衰老，然後凋亡，再由吞噬細胞吞噬排除體外，最後由有絲分裂產生新的這樣一個過程。人體每天有許多細胞在衰老、死亡，如一個體重70千克的成人，每天衰老、死亡的細胞約為2×1011個，這些細胞就需要適時更新。1965年美國微生物學家海夫利克發現人體細胞的不能無限分裂，它有一個極限，通過實驗她認為是「56」次。換言之，似乎在細胞內部有一部時鐘，由它來決定細胞何時停止分裂，從而使機體進入衰老，這個極限就叫做「海夫利克極限」。醫學界認為這個極限很可能就是導致我們身體衰老、死亡的原因，而「56」次也就是人體細胞自行分裂，維繫身體新陳代謝周期的極限。

那麼這個極限又是如何產生的呢？答案是端粒。1975年美國人伊莉莎白·布萊克本發現染色體的末端的DNA結構，似乎像帽子一樣保護著染色體的兩頭。它的主要任務是保持染色體的完整性，它的長短影響著細胞分裂周期，她把它叫做端粒。每次染色體分裂端粒都會損失一小段記作TTAGGG的DNA，沒複製一次端粒就縮短一點，直至損失殆盡，細胞就衰亡。換句話說，端粒消耗殆盡，染色體末端失去保護，細胞停止分裂，達到了「海夫利克極限」，這就是「末端複製難題」。

如果來說，人體的衰老是因為細胞分裂更新達到極限，細胞分裂更新之所以有個極限是因為端粒磨損殆盡，那麼端粒磨損就是人體衰老的原因了。既然如此，如果我們有辦法修復磨損的端粒，是不是就可以避免人體衰老呢？答案是可以，不但可以，而且自然界本身就存在這樣的設計。

1984年一種被命名為端粒酶的蛋白質被發現，這種蛋白質負責參與合成新的TTAGGG片段，把DNA複製損失的端粒填補起來，藉由把端粒修復延長，可以讓端粒不會因細胞分裂而有所損耗，使得細胞分裂的次數增加。那麼如果人類生產使用這種端粒酶是不是就可以長生不老了呢？事情恐怕還沒那麼簡單。

一般來說人體細胞中是沒有活性的端粒酶的，只有在造血細胞、幹細胞和生殖細胞這些必須不斷分裂的細胞之中，才可以偵測到具有活性的端粒酶，看起來人體似乎對這種酶的控制使用相當謹慎，即使有細胞分裂極限導致衰老死亡的情況，也並不沒有進化出使用端粒酶來修復端粒的功能，現實來看這種謹慎似乎是很有必要的，因為有一種細胞正是因為利用端粒酶的活性而不受「海夫利克極限」的制約，那就是癌細胞。癌細胞正是通過反覆激活端粒酶的活性，讓自己無休無止的分裂，最終形成惡性腫瘤。

目前關於端粒和端粒酶的研究正是生物及醫學研究的最前沿，它們是用以攻克癌症及揭開人類衰老之謎的鑰匙，研究證明端粒丟失似乎一些心血管病、動脈粥樣硬化等疾病有關係，也有研究認為抑制端粒酶的活性也許是治療癌症的新方法。人體有1億億個細胞，這些細胞分為幾百種不同的類型，有線狀的神經細胞、盤狀的血紅細胞、杆狀的視覺細胞等等，為了控制這些細胞運作，我們身體內活躍著至少20萬種不同類型的蛋白質，而我們人類對它們的了解很少——也許不超過2%——如果用數量來形容，我們人類自己的身體很大程度上對我們來說還是一個謎。