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什么是干细胞?

身体备着一群空白的细胞,它们悄悄怀有两种超能力:既能复制自己,又能变成几乎任何东西。来认识一下干细胞——你与生俱来的修复队。

一个还没拿定主意的细胞

你体内几乎每一个细胞都已经选定了工作。心脏细胞负责跳动,皮肤细胞负责筑起屏障,肠道细胞负责吸收养分。它们就像早就结束培训的工人,往后一辈子只做一门手艺。干细胞是那个罕见的例外:一个还没决定自己要变成什么的细胞。想象一团新鲜的、还没被塑形的橡皮泥——依旧柔软,依旧充满可能,被身体留作储备,好让原料随时都在手边。

身体何苦留着这些空白的细胞?因为你整天都在悄悄地损耗。你脱落皮肤,丢失血细胞,肠道的内壁每隔几天就磨损、被换掉一次。总得有什么来制造这些新的。干细胞就是那个修复储备库——身体赖以日复一日地修补自己的常备来源,而你从来不会察觉。

两种超能力

干细胞之所以特别,靠的是两种本领——普通细胞根本没有。这两点合在一起,就是它的全部定义:一个细胞若两样都做得到,就配得上这个名字。

  1. 自我更新——干细胞分裂时,能造出一份自己的全新副本,于是这份储备得以不断补充,而不至于很快耗尽。想象一叠纸:你抽走最上面一张,整叠却大体和原来一样高。一小群干细胞,差不多就是这样在一辈子里不断把自己补满——不过实际上,这个细胞池也会随年岁而缩小、变得疲惫。
  2. 分化——干细胞还能成熟为一种特化的细胞,担起一份固定的工作。这就是细胞分化:那团空白的橡皮泥终于被塑造成肌肉细胞、神经细胞、血细胞。关键在于,这一切通常并不改动细胞的基因——每个细胞大体都带着同一本说明书,分化在很大程度上无非是看它读了哪几页。

请留意这两种能力配合得有多巧。干细胞每分裂一次,可以把一个子细胞留作自己的副本,把另一个送去特化。仅凭这一招,一小群细胞便能既维持自身、又重建组织——储备不断补充,活儿也照样干完。

半路定向的中间一步

干细胞很少一步就跳到成品细胞。它通常先经过一个中间阶段:祖细胞,一种半路定向的细胞。如果说干细胞是刚入学、几乎还能挑任何专业的大学新生,那么祖细胞就是已经选定方向、正奔向某一具体职业的毕业班学生。它收窄了选择,却还没结束培训。

  STEM CELL            PROGENITOR            FINISHED CELL
  (blank clay)         (half-committed)      (one fixed job)

  [ undecided ]  -->   [ blood-bound ]  -->  [ red blood cell ]
   copies itself        divides a few          beats / carries
   for a long time      limited times          oxygen / etc.
        |                    |                       |
   could become         already aimed          done — no
   almost anything      at ONE tissue          turning back
从空白的储备,到收窄方向的中间一步,再到完全特化的工人。

有两点把祖细胞和它上方的干细胞区分开来。它只分裂有限的次数,而不会无限地自我更新;而且它偏向于某一种组织——血液祖细胞造血细胞,肌肉祖细胞造肌肉。可以把祖细胞看作组织建造里忙碌的中层管理者:它们接下上头的订单,批量生产组织真正需要的那些特化细胞。

是谁在管着它们?

这里有个合理的担忧:如果一个干细胞能长时间复制自己、又能变成多种东西,那是什么拦着它不撒野?答案很大一部分在于它所处的邻里。每个干细胞都待在一个精确的小家里,叫作干细胞龛——由周围的细胞、化学信号,以及一层支架般的支撑物质围拢而成。想象一座调到精确条件的温室:只要温暖、光照和土壤都恰到好处,里头的植物就规规矩矩。

干细胞龛的运作方式,就是不停地低声下达指令。围在四周的细胞释放出信号,意思大致是“保持原样,先别特化”。一旦身体需要修复,同一个龛便可能把口信改成“现在分裂”或“现在分化”。所以一个干细胞的行为从来不是由它自己说了算——而是细胞与周遭之间的一场对话

你早就拥有的那支队伍

要找到干细胞,你不必去看胚胎——你此刻正带着它们。住在成年身体各组织里的干细胞,叫作成体干细胞,许多组织都常备着一支自己的小修复队,随时待命:在你的骨髓里,在你的皮肤、肠道里。它们往往安静地歇着,只在需要时才分裂——这样既省着储备,又减少出错。

成体干细胞通常比胚胎里那种白纸一张的细胞更受限:每一种大体都只对应自己的组织,所以造血干细胞主要造血,皮肤干细胞更新皮肤,单靠它们造不出身体的全部种类。正是这种较窄的本领,引出了下一篇要攀的潜能阶梯——一种按“还能变成多少种东西”给干细胞排座次的方式。