人體細胞有多少種?差異為什么那么大?為什么脂肪細胞容易變大變多,腦細胞卻不會?
生命是地球上最寶貴又奇妙的東西,生命形式的多樣化也讓人匪夷所思;但無論生命看來有多么復雜及與眾不同,其基本構造卻大同小異,都是由細胞所組成。
生命的源起早已湮沒在億萬年歷史當中,大概永遠也難以讓人窺知全貌;但可以確定的是,由一圈脂質薄膜將一些可自我復制的分子包裹起來的構造,是地球所有現存生命的始祖,那也是類似細菌的單細胞生物。
如前文所述,生物從單細胞結合成多細胞,絕對有適應生存的好處。像人體由一個受精卵開始發育,經過十多年時間、無數次細胞分裂及分化的過程,最后形成由50兆(5×1013)左右細胞組成的個體。人體細胞數雖多,但可大致分為四種:表皮細胞、神經細胞、肌肉細胞與結締組織細胞,往下又可再做細分,如扁平或柱狀表皮細胞、單極或多極神經元、橫紋或平滑肌,以及脂肪、骨骼與血細胞等結締組織細胞。
除了經減數分裂產生的生殖細胞外,人體每個細胞的細胞核里,都攜帶了相同的23對染色體,以及染色體上30億對堿基的排序。因此,不同種類的體細胞之所以不同,不是因為基因組成有什么不同,而是由于基因表達的差異。不同基因在不同細胞、不同時期發揮作用,制造出特定構造與功能的蛋白質,也就造成了具有不同形態與功能的細胞;這個過程稱為“細胞分化”(differentiation)。
受精卵最早分裂形成的胚胎細胞,具有分化成所有種類細胞的能力,故此稱為“全能干細胞”(totipotent stem cell)。之后,這種全能細胞逐漸失去該能力,變成“多能干細胞”(pluripotent stem cell)及/或“單能干細胞”(unipotent stem cell),甚至完全失去再生與分化的能力。至于干細胞如何分化成體內各種細胞的詳細機制,目前仍是生物學里最大的奧秘之一。
因此,體內各種細胞的不同,也就在于其中基因的表達不同,而造成了不同的形態與功能。像脂肪細胞里富含貯藏脂質的顆粒,可以不斷擴充,直到撐滿細胞質里大多數的空間,成為一個圓球形為止;神經細胞的形狀則屬不規則,一頭有許多的突起分支,好接收其他神經細胞傳來的信息,另一頭則伸出細長的管線,以傳送信息給其他的細胞。
分化完全的脂肪細胞仍保持部分增生(也就是細胞分裂)的能力,神經細胞則大幅喪失這種能力;其理由可能是神經細胞擔負著記憶的功能,不應輕易更動。但近年來發現,還是有一些腦區的神經細胞具有復制增生的能力(也就是擁有一些單能干細胞),不像前人所認定的那么死板。
近年來干細胞研究的最大進展,就是利用各種方法來改變已分化體細胞(如表皮細胞)里幾個基因的表現,可讓細胞去分化(de-differentiation),回復到較為原始的多功能干細胞狀態,然后再誘導其分化成其他種類型的細胞。如果這種做法臻于成熟的話,那么有朝一日,脂肪細胞與腦細胞將可能互相轉變,兩者之間的差異也就不如表面上那么大了。