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第22章 人体生命之谜(4)

“生物导弹”真正的名字叫“单克隆抗体”。把“单克隆抗体”比作“生物导弹”,确实名副其实,因为这种抗体真像那些长着“眼睛”的定向导弹一样,进入人体后能直奔目标——癌细胞。而且还能像带有核弹头的导弹一样,可以带上“核武器”——放射性同位素或抗癌药物,进入人体后能不偏不倚地直奔癌细胞,将其杀死。

单克隆抗体何以有如此神奇的功能呢?原来现代免疫学认为,一种抗体是由一种B淋巴细胞产生的,人体内大约有1亿种不同的B淋巴细胞,也就是说,人体内可以产生1亿种不同的抗体。为此,医学家千方百计地培养多种人的癌细胞,当把人体的癌细胞移植到老鼠身上,使老鼠长癌,那么,老鼠体内就产生了专门对付该种癌细胞的B淋巴细胞抗体,然后,如果能把这种产生某种抗体的B淋巴细胞体外培养成功,那么在培养基中就会随着B淋巴细胞的繁殖而得到愈来愈多的抗体。可是,B淋巴细胞在体外的寿命实在太短了,因此,体外培养B淋巴细胞难度很大。

1975年,米尔斯坦和他的同事克勒,在英国剑桥大学分子实验室内巧妙地把B淋巴细胞和一种能在体外无限生长的骨髓瘤细胞合并成一个细胞,这个“混血儿”在体外培养时既能无限生长,又能产生B淋巴细胞的抗体。实践证明,这种“混血”的杂交瘤细胞在体外培养也不能无限增多,因此,体外培养杂交瘤产生的单克隆抗体数量也是有限的。但当杂交瘤的细胞被注射进老鼠的腹腔中,它就能无限繁殖,产生一批批“生物导弹”——单克隆抗体,并被源源不断地运到“抗癌战场”,向着癌细胞开火。

简而言之,这项技术利用了令人望而生畏的癌细胞和能分泌抗体的B淋巴细胞。在介导物(通常用聚乙二醇)的作用下促使这两种细胞融合,获得杂交瘤细胞。这一杂交瘤细胞既继承了癌细胞大量增殖的特性,又继承了淋巴细胞分泌单一抗体的能力,然后在培养基中培养、克隆化,最后产生大量抗体。

单克隆抗体的问世,不仅为生物科学研究提供了有效的手段,而且已越来越广泛地应用于疾病的诊断和治疗,渗透到了生命科学的各个领域中去。特别是20世纪80年代以来,科学家给这种生物导弹装配了新的“弹头”,即将它与同位素、毒素、药物等结合,制成了新一代的生物导弹,从而更为有效地杀伤癌细胞,提高治愈率,为千百万人带来了福音。目前世界上已经研制出几千种单克隆抗体,有的已经投放市场,对医学和工农业生产产生了巨大的影响。科学家们预言,单克隆抗体将有效地防治包括癌症在内的许多疾病,成为人们梦寐以求的抗击癌症、红斑狼疮或艾滋病等许多疾病的有力武器。

端粒的奥秘

20世纪30年代,缪勒和麦克林托克等就已发现了端粒结构的存在。

端粒是存在于染色体顶端的物质。端粒本身没有任何密码功能,它就像一顶高帽子置于染色体头上。在新细胞中,细胞每分裂一次,染色体顶端的端粒就缩短一次,当端粒不能再缩短时,细胞就无法继续分裂了,这时候细胞也就到了普遍认为的分裂100次的极限并开始死亡。因此,端粒被科学家们视为“生命时钟”。科学家由此又开始研究精子和癌细胞内的染色体端粒是如何长时间不被缩短的原因。

1978年,四膜虫的端粒结构首先被测定。

1984年,拥有美国和澳大利亚双重国籍的生物学家伊丽莎白·布莱克本对单细胞生物进行研究,在分析染色体端粒显微镜图时发现了一种能维持端粒长度的端粒酶,并揭示了它在人体内的奇特作用:除了人类生殖细胞和部分体细胞外,端粒酶几乎对其他所有细胞不起作用,但它却能维持癌细胞端粒的长度,使其无限制扩增。

从1990年开始,凯文·哈里就把端粒与人体衰老挂上了钩:首先,细胞愈老,其端粒长度愈短;细胞愈年轻,端粒愈长,端粒与细胞老化有关系。当细胞端粒的功能受损时,就出现衰老,而当端粒缩短至关键长度后,衰老加速,临近死亡。其次,正常细胞端粒较短。细胞分裂会使端粒变短,分裂一次,缩短一点,就像铁杆被磨损一样,如果磨损得只剩下一个残根时,细胞就接近衰老。细胞分裂一次其端粒的DNA丢失约30~200bp(碱基对)。最后,研究发现,细胞中存在一种酶,它合成了端粒。端粒的复制不能由经典的DNA聚合酶催化进行,而是由一种特殊的仅转录酶——端粒酶完成。正常人体细胞中检测不到端粒酶。一些良性病变细胞,体外培养的成纤维细胞中也测不到端粒酶活性,但在生殖细胞、睾丸端粒的位置、卵巢、胎盘及胎儿细胞中此酶为阳性。

令人瞩目的发现是,恶性肿瘤细胞具有高活性的端粒酶,端粒酶阳性的肿瘤有淋巴瘤、急性白血病、乳腺癌、结肠癌、肺癌等。

其他与寿命有关的基因也在被不断地发现,它们的工作原理与端粒相似。

科学家们不但希望能找到人体内所有的生命时钟,更希望找到拨慢时钟的方法。

目前很多植物的端粒酶已被提取出来,许多国家的研究组正在从事相关课题的研究。有观点声称,即使可保护端粒在分裂中不被降解的药物被发明,其对于生命常青的意义也有待商榷,因为当一个老年人被植入年轻的端粒后,其身体是否能接受还是一个问题。

凭借“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”这一成果,揭开了人类衰老和罹患癌症等严重疾病的奥秘的三位美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡罗尔·格雷德、杰克·绍斯塔克等人获得2009年的诺贝尔生理学或医学奖。

获奖者之一的伊丽莎白·布莱克本介绍说:“染色体携有遗传信息。端粒是细胞内染色体末端的‘保护帽爷,它能够保护染色体,而端粒酶在端粒受损时能够恢复其长度。伴随着人的成长,端粒逐渐受到‘磨损爷。于是我们会问,这是否很重要?而我们逐渐发现,这对人类而言确实很重要。”

瑞典的卡罗林斯卡医学院发布的新闻公报说,这三位科学家的发现“解释了端粒如何保护染色体的末端以及端粒酶如何合成端粒”。借助他们的开创性工作,人们知道,端粒不仅与染色体的个性特质和稳定性密切相关,而且还涉及细胞的寿命、衰老与死亡等。简单地说,端粒变短,细胞就老化。相反,如果端粒酶活性很高,端粒的长度就能得到保持,细胞的老化就被延缓。不过需要指出的是,近年来陆续有研究发现,端粒和染色体等虽然与细胞老化有关,进而影响衰老,但并非唯一的因素,“生命衰老是一个非常复杂的进程,它有许多不同的影响因素,端粒仅仅是其中之一”。

“这是有关人类衰老、癌症和干细胞等研究的拼图中重要的一片,”新闻公报说,“他们的发现使我们对细胞的理解增加了新的思路,并将促使我们开发出潜在的新疗法。”

基因的奥秘

人为什么会老,人为什么会得病,人为什么会长的那么相似,为什么龙生龙,凤生凤,耗子生儿会打洞,这都是基因决定的。包括种瓜得瓜种豆得豆,花开花落,麦子冬天一种夏天就要收割,这也都是基因决定的。现在社会发展到今天,科学家已经认识到基因是一切生物生老病死的主宰者。

1856年,为了探究控制杂种形成和发育的规律,奥地利学者孟德尔在奥地利布隆(现属捷克)的奥古斯丁修道院中,开始了长达8年的豌豆杂交实验。

最后他创造了一整套全新的遗传学研究方法。1865年,在布隆自然科学协会的每月例会上,孟德尔分两次向到会的40多位专家、学者和教授详细地陈述了他独特的遗传学分析方法,提出了关于遗传因子分离和组合的新观念,在人类历史上,第一次揭示了遗传的基本规律,被称为“遗传学之3Z”。

1883年,德国生物学家魏斯曼提出了种质连续学说,在生物学史上第一次区分了种质和体质,并强调种质的稳定性和连续性,为后来的染色体遗传理论的建立和基因学说的发展提供了基本的设想,对生物学、遗传学的发展产生了巨大的影响。

1909年丹麦学者约翰森提出了“基因”这一名词,用它来指任何一种生物中控制任何性状而其遗传规律又符合孟德尔定律的遗传因子,并且提出基因型和表现型这样两个术语,前者是一个生物的基因成分,后者是这些基因所表现的性状。1910年后,美国动物学家摩尔根(ThomasHuntMorgan)等人研究证明,遗传因子(基因)在染色体上呈线形排列,并证明染色体是遗传基因的载体。1915至1928年间,摩尔根通过果蝇实验,证明了细胞核内染色体上的基因决定着生物性状,从而创立了基因理论。

1944年埃弗里发现细菌转化因子是DNA,即脱氧核糖核酸,首次证实DNA是遗传物质。1953年4月25日,英国《自然》杂志刊登了25岁的沃森和37岁的克里克合作研究的成果——DNA双螺旋结构的分子模型,这一成就后来被誉为20世纪生物学方面最伟大的发现,也被认为是分子生物学诞生的标志。

1957年法国遗传学家本滋尔以T4噬菌体作为研究材料分析了基因内部的精细结构,提出了顺反子学说,这是基因概念的伟大突破。从1961年开始,尼伦伯格和科拉纳等人逐步搞清了基因以核苷酸三联体为一组编码氨基酸,并在1967年破译了全部64个遗传密码,这样把核酸密码和蛋白质合成联系起来。然后,沃森和克里克等人提出的“中心法则”更加明确地揭示了生命活动的基本过程。1970年,特明以在劳斯肉瘤病毒内发现反转录酶这一成就进一步发展和完善了“中心法则”,至此,遗传信息传递的过程已较清晰地展示在人们的眼前。

发展到今天,被誉为生命科学领域“阿波罗登月计划”的人类基因组计划正在紧锣密鼓地进行,并且取得重大突破。随着无数科学家前赴后继的努力,基因的神奇面纱必将一层一层被揭开。

难攻的艾滋病

在1980年10月至1981年5月间,5个同性恋年轻男子在美国加利福尼亚州洛杉矶的三所医院里被诊断为卡式肺囊虫性肺炎接受治疗。很快,其中两名病人相继死亡。经化验,5名病人都在过去或当时患有巨细胞病毒和黏膜病毒感染。对这些病人的观察表明,他们似乎细胞免疫功能缺损,一般接触便可以感染病毒,例如肺囊虫性肺炎和念珠菌等。这就是世界上早期关于艾滋病的报道。

艾滋病,即获得性免疫缺陷综合征(又译:后天性免疫缺陷症候群),英语缩写AIDS(AcquiredImmuneDeficiencySyndrome)的音译。艾滋病病毒HIV是一种能攻击人体内脏系统的病毒,它把人体免疫系统中最重要的T4淋巴组织作为攻击目标,大量破坏T4淋巴组织,产生高致命性的内衰竭。这种病毒在地域内终生传染,破坏人的免疫平衡,使人体成为各种疾病的载体。HIV本身并不会引发任何疾病,而是当免疫系统被HIV破坏后,人体由于抵抗能力过低,丧失复制免疫细胞的机能,从而感染其他的疾病导致各种复合感染而死亡。

不管怎么说,艾滋病是20世纪下半叶最严重的一种传染病。到1988年初,美国已经发现5万多名艾滋病患者。1992年,世界卫生组织预言,2000年时全世界的艾滋病人将达250万,但这个预言远远低估了艾滋病的传播速度。据联合国艾滋病防治组织发布的疫情报告,当人类跨进2000年之际,全球感染艾滋病毒的人和艾滋病患者已达3400万。该组织发布的1999年艾滋病报告说,艾滋病被发现以来,全球已经有至少1880万艾滋病患者丧失了生命。艾滋病造成的孤儿已达1320万。

更可怕的是艾滋病对人类的危害已经几乎渗透到地球的每一个角落。当人们还在嘲讽这种最先发现在发达国家的疾病是“富贵病”时,艾滋病的触角迅速延伸到了发展中国家的乡村。在印度,73%的艾滋病感染者生活在相对落后的农村。科学知识贫乏、生活质量低下和防治能力有限的发展中国家、撒哈拉以南非洲地区为艾滋病肆虐准备了温床。其中非洲是艾滋病流行的重灾区,世界70%的艾滋病患者或艾滋病毒感染者集中在非洲大陆。1998年,非洲有20万人死于战争和地区性冲突,而死于艾滋病的人却10倍于战争,达200万之众,平均每天有5500人被艾滋病夺去生命。

2006年,世界艾滋病专家在伦敦召开学术会议,首次就艾滋病毒发端于何时和怎样传播给人类等问题进行了深入讨论。与会专家达成共识:艾滋病是从非洲一种黑猩猩身上传染给人类的。不管艾滋病怎样开始在人类传播,但这种不治之症的蔓延肯定要归咎于人类自己。人类只要首先洁身自爱,远离吸毒、嫖娼、同性恋等,就能基本上有效预防这种可怕的病毒。

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