人体的更新之源——干细胞

永亿

　　我们的身体由大约60万亿个细胞组成。这些细胞分属200多种细胞类型，各自执行不同的任务。当你在看这些文字时，你的视网膜里的感光细胞把光学信号变为电信号；神经细胞把这些信号整理归类，传输到大脑；在那里信号被另一些神经细胞分析综合，重新变为图像。你的各部分肌肉在协调张力，使你能稳稳地坐在那里，头面向屏幕，眼睛聚焦在文字上。你的肺泡里的细胞在吸收氧气，排出二氧化碳，你的肠细胞在吸收葡萄糖，红细胞又把氧气带到大脑，氧化葡萄糖，供给大脑工作所需的能量。你的肝细胞在处理内部和外来的物质，你的肾脏细胞在排出废物，你的免疫细胞在和外来入侵者作战，你的汗腺细胞在调节你的体温，你的耳朵在听是不是孩子回来了。这只是简单的几个例子。各种细胞的功能不是几句话说得完的。正是有这么多种细胞的协同工作，我们每日的生活才成为可能。

　　我们复杂的身体里面的这几百种细胞，最初全都来自一个细胞，那就是受精卵。由它可以分化出身体内所有类型的细胞。从这个意义上说，这个受精卵是全能的（totipotent）。上面说的感光细胞、神经细胞、上皮细胞、肝细胞、肌肉细胞、免疫细胞等，都叫做“分化”了的细胞，都是从这个受精卵来的。

　　而且从受精卵发育成为人的个体，任务并没有完成。人可以活到100岁或更长，而单个细胞常常没有那么长的寿命，特别是那些执行“艰巨任务”的细胞。像我们皮肤里的上皮细胞，处在身体的最外面，随时要受到外界因素的伤害（磨损、紫外线辐射、各种有害物质的侵袭，等等），需要不断地更新补充。所以这些上皮细胞每27～28天就要更换1次。血液中的免疫细胞要不断地和外来的入侵者作战，寿命也不长，像白细胞一般只能活几天到十几天。工作条件最恶劣的是小肠上皮细胞。它们负责从肠道中吸收营养物质，同时要经受肠蠕动带来的摩擦，又浸泡在消化液中，还要面对几百种肠道细菌和它们的代谢产物，所以它们的寿命极短，两三天就要换1次。在我们的一生中，我们的身体也会多次受到伤害。这些因伤害而损失的细胞也需要替补。这些任务是由我们身体里的一类特殊的细胞——干细胞来完成的。

　　什么是干细胞？

　　为了替补所有这些细胞，我们的身体在发育过程中，在生成各种细胞的同时，也保存了一些“留守部队”。它们处于未分化或低分化状态，能够根据每种组织的需要分化成所需要替代的细胞。它们陪伴我们终生，不断地更新我们的各种组织。这样的细胞就叫干细胞（stem cells）。“干”译自英文stem,有“树干”之意，意思是从树干上可以长出各种分枝和树叶来。因为它们存在于成人的体内，所以叫做成人干细胞。早期未分化的胚胎细胞也是干细胞，叫做胚胎干细胞。这里我们说的是人体。其实出于同样的理由，所有的多细胞生物体内都有干细胞。

　　成人干细胞一般存在于它们要替换更新的组织内，以便就地提供替补细胞。根据它们要替补的细胞种类的数目，干细胞可以分为多能干细胞，和单能干细胞。多能干细胞可以分化出多种细胞。比如骨髓里的造血干细胞可以分化成所有类型的血细胞；小肠上皮的干细胞可以分化出四种肠壁细胞，其中包括吸收营养的小肠绒毛细胞。单能干细胞只能分化出一种细胞。比如位于肌肉中的干细胞就只提供新的肌肉细胞。不过这种分类只是指体内情形而言。干细胞技术已经把这种区分打破了。

　　除骨髓、胃肠道上皮和皮肤外，干细胞也在许多其他成人组织里发现，包括大脑、眼睛、胰脏、肝脏、肌肉、睾丸等。随着干细胞研究的进展，相信会有越来越多的成人干细胞会被发现。

　　为了在人的一生中不断地供给替补细胞，干细胞必须能够复制自己。如果分化一个少一个，那干细胞早晚是会被用完的。干细胞保存自己的方法就是进行不对称分裂。干细胞分裂时，一个子细胞仍然是干细胞，另一个细胞则分化成替补细胞。在需要的时候，干细胞也可以进行对称分裂，这样形成的两个子细胞都是干细胞。这样，干细胞可以在不断生成替补细胞的同时，使自己的数量基本保持不变，成为我们一生中“取之不尽”的细胞更新的来源。

　　干细胞在更新细胞时，常常不是“一步到位”直接生成所要替补的细胞，而是先生成前体细胞。这些细胞一般不再能自我复制，而是大量增殖，同时进行分化，生成一种或多种细胞。以这种方式，一个干细胞的不对称分裂可以产生成千上万个分化了的细胞。

　　干细胞分化成什么细胞，要看它们从外界接收到的是什么信号。其中最重要的是各种诱导因子。在实验室中，加入不同的诱导因子，干细胞可以向不同的方向分化。比如在体外培养的条件下，给骨髓造血干细胞促红细胞生长因子（erythropoietin, EPO），它就会分化成红细胞。如果给它白细胞介素-7（interleukin-7, IL-7），它就会向淋巴细胞方向转化。

　　当然这只是一个大大简化了的例子。体内的实际情况是非常复杂的。比如骨髓造血干细胞在制造血细胞时，要先生成淋巴类干细胞和髓类干细胞两大类。前者分化成3种淋巴细胞，包括T细胞。后者分化成四种髓质细胞，包括红细胞。而且在分化成T淋巴细胞的过程中，细胞还要通过胸腺，在那里接受进一步分化成熟的信号。所以在人体内，细胞分化的方向是一个高度复杂和精密的调控过程。

　　在理想的情况下（没有重大的基因缺陷，没有严重的外来伤害，有良好的生活习惯，等等），这些干细胞可以维持我们一生的需要，源源不断地提供新鲜的细胞来替换补充老化死亡的细胞。有的人到了高龄仍然耳聪目明、思维敏捷、行动迅速、面色红润、肤革充盈，就是生病和受伤也恢复得比较快，说明他们身上的“留守部队”还有强大的生命力。按照中国人的说法，就是“元气充足”。干细胞和“元气”的概念之间，看来真的有密切的关系，因为二者都有生命之源的意思。

　　可惜的是，许多人都达不到这种状态。由于自身（基因、生活方式）和外界的原因，一些细胞提前衰亡，丧失功能。这使得我们的听力下降，看不清东西，牙齿脱落，头发稀疏，呼吸不畅，行动困难，关节磨损，伤口愈合缓慢，感冒久拖不愈，甚至得糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病，等等。这些都是特定细胞衰亡的结果。从干细胞的角度看，是这些负责更新的细胞本身丧失功能。从中国人的观点来说就是“元气不足”或“元气大伤”。

　　另一种情况不是细胞衰亡而是细胞变异。比如镰刀形红细胞贫血症。由于血红蛋白上一个氨基酸单位的变化，红细胞虽然生成了，却不能有效地输送氧气。更坏的情况是细胞癌变。细胞不但不死，还无节制地大量增殖。从癌症发生原因的最新观点来看，是在干细胞阶段发生了突变。细胞不能按正常的途径分化成熟，而是形成大量未充分分化的细胞。一个最明显的例子就是白血病，血液里有大量未充分分化的白细胞。所以肿瘤也有自己的干细胞，叫癌症干细胞，只有它们才能在肿瘤扩散中起作用，在身体的其他地方落脚生根，发展出新的肿瘤，并且它们不怕化疗。这是化疗能杀死大部分的肿瘤细胞，却不能根治肿瘤的原因。在这些情况下，变化了的干细胞本身就是疾病之源。

　　况且，就是在人体的最佳的状态下，干细胞的更新能力也有限。更新主要是在细胞水平上。我们无法长出一个新的肾脏，也无法再长出一只眼睛，甚至不能长出一个新的角膜。

　　为什么要研究干细胞？

　　现在世界上许多国家，包括中国，投入巨大的资源来研究干细胞，就是因为它有广阔的应用前景，有望大大改变上面所说的三种状况（细胞衰亡、细胞丧失正常功能和细胞癌变）。

　　首先是在细胞层面上可以更有效地替补和更新已经衰亡的细胞。一旦我们掌握了激**内的有关干细胞的方法，或者找出从体外引入有活力的干细胞到所需要治疗的组织中去的途径，就可以根本改变目前自身干细胞无法有效替补已经衰亡的细胞的情况。比如替补大脑中与记忆和思维有关的神经细胞，有可能反转或治愈阿尔茨海默病。替补脑中分泌多巴胺的运动神经细胞，可以减轻或治愈帕金森病。使胰岛的β细胞再生可以治疗糖尿病。使耳蜗里的听觉毛细胞再生可望恢复听力。脱发者有望重新长出头发。牙齿不全者可望重新长出牙齿。因心肌梗死缺血死亡的心肌细胞可望被新的心肌细胞替代，使心脏恢复活力。用新的神经细胞连接损伤了的脊髓，有望使瘫痪患者重新站起来。甚至吸烟者被烟雾伤害熏黑的肺泡细胞也有可能被替换，获得活力十足的新肺脏。这方面的例子可以说不胜枚举。

　　对于丧失功能的细胞，比如镰刀形红细胞，可以在人体内引入正常的造血干细胞，或从患者的骨髓中取出造血干细胞，放入正常的血红蛋白基因，再输回患者体内，以生成功能正常的红细胞。对于白血病，也可以用正常骨髓的干细胞来取代患者的骨髓，生产出正常的白细胞。对于其他肿瘤，就要找到消灭它们的癌症干细胞的办法，比如激活它们的程序控制自杀机制（programmed cell death或apoptosis），或找到阻止这些癌症干细胞生成新细胞的方法，从源头上消灭肿瘤。

　　由于在理论上，干细胞有生成身体内所有类型的细胞的能力，科学家还有更高的目标，那就是用自身的干细胞长出新的组织或器官。比如长出成片的皮肤用于大面积烧伤患者，长出新的角膜使眼睛重获光明，长出新的血管来代替已经损坏或堵塞的血管。甚至希望在体外长出整个器官，如心脏、肝脏、肾脏等。这样不仅能解决器官移植中器官来源的问题，也避免了异体器官移植所带来的排斥。

　　如果这些目标都能实现，那我们每个人都可以储存一些自己的干细胞，以备在需要的时候可以长出自己所需要替换的细胞、组织甚至器官。我们也许不能克隆一个完整的个人，却有可能复制身体的许多部分，用以取代失去的和病变的部分。

　　为什么不同的细胞类型之间可以相互转换？

　　为什么干细胞技术有这么大的本事，可以突破体内的限制，随意把一种细胞变成另一种细胞呢？回答很简单，就是除生殖细胞和没有细胞核的红细胞和血小板外，人体内所有的细胞（叫体细胞，以与生殖细胞相区别）都含有完全相同的遗传物质，也就是生命的全部蓝图，即DNA。这里DNA的意义是狭义的，即只是核苷酸的顺序，不包括其上面的修饰，如甲基化和上面结合的组蛋白的乙酰化。没有一种细胞能使用全部蓝图。不同细胞之间的差异只是你使用这一部分蓝图，我使用另一部分蓝图。如果有一种方法能使两种细胞使用的蓝图部分互相对调，那么一种细胞就可以变成另一种细胞。

　　细胞的功能是由蛋白质来执行的。一种细胞产生什么蛋白质，就决定了它是什么细胞。比如产生胰岛素的细胞就是胰岛的β细胞，产生肌纤维的就是肌肉细胞，产生抗体的就是血液中的B细胞。因为蛋白质是由DNA的序列（叫做基因）编码的，所以它的信息是储存在DNA当中的。每个体细胞都含有所有蛋白质信息的DNA序列，所以在原则上，每个细胞都有合成所有蛋白质的潜力。

　　在细胞分化的过程中，根据细胞分化的方向，有的基因被活化了，但大多数的其他基因就被关闭了。哪些基因被活化就决定了形成的是什么细胞。所以皮肤不能分泌胰岛素，肝上也长不出牙齿来。在人体中，这种分化过程是不可逆的。一种已经分化的细胞也不能变成另一种已分化的细胞。但是干细胞技术就可以突破这种限制，根据我们的需要，把一种细胞变成另一种细胞。这就是干细胞技术的威力。

　　打个比方吧。每种蛋白质就像饭馆做出来的菜，而它对应的DNA序列就像菜谱，下指令怎么生产这个蛋白质。每个饭馆（细胞）里都藏有世界上所有的菜的菜谱，也就是每个饭馆里都有菜谱大全。不过这些菜谱都分别锁在一个个箱子里的，不能任意打开。每个饭馆在申请阶段只能领到一把钥匙，打开其中的一个箱子，做出这个箱子里的菜谱规定的菜，比如你做川菜，我做粤菜，他做法国菜，等等。其他的箱子都被锁上了，菜谱也拿不出来。DNA的甲基化，组蛋白的去乙酰化，都是把箱子锁上的机制。干细胞什么特殊的菜也不做，只维持着自己的状态，等着外面的要求，看去开什么饭馆。

　　如果你不想做法国菜了，想改做川菜，这在人体中是不允许的，不许改行，领了钥匙就不能换。哪怕这条街上有10家法国餐馆，你也不能关闭其中一家，改为川菜馆。就像我们的身体里有数以万亿计的皮肤上皮细胞，也不能用其中的一些去替换区区数千个耳蜗里的内毛细胞一样。

　　但干细胞技术说，可以。你先把原来的钥匙交了，停止做法国菜，连做法国菜的炊具和作料也完全丢掉，把装法国菜菜谱的箱子也锁上，回到什么特殊的菜也不做的状态（干细胞状态）。这样你就可以重新申请，改领打开装四川菜菜谱箱子的钥匙。因为做四川菜的菜谱原先就在你的饭馆里，只是锁起来了。你拿回钥匙就可以打开箱子，把做川菜的菜谱拿出来。这样川菜馆就可以开张了。

　　还没有开饭馆的（干细胞），给你把钥匙，去开所需要的饭馆（所需要替补的细胞）。已经开了饭馆的（已分化细胞），先停业（回到干细胞状态），再另开所需要的饭馆（再分化成需要替补的细胞）。这就是干细胞技术。

　　干细胞的来源

　　既然干细胞技术在理论上完全可行，它们的开发和利用又有如此大的意义，科学家也就在尽一切努力来获取各类干细胞。下面是目前人体干细胞的几种主要来源。

　　（1）胚胎干细胞

　　由于胚胎本来就是准备发育成一个完整的人体的，所以一开始人们对胚胎里面的干细胞寄予的希望最大。得到胚胎干细胞最适当的时机是在受精后5～7天的囊胚期。这时外面的包层将发育成胎盘，里面的一团细胞（内细胞团）还没有分化，其中每一个都是全能干细胞，能够发育出除胎盘以外人体所有类型的细胞。将这些细胞取出，放在适当的培养环境中，就可以生成胚胎干细胞的细胞系（细胞系是可以在体外由人工长期培养而不显著改变的细胞），供进一步的科学研究使用。目前人胚胎干细胞的主要来源是在人工授精程序中产生，后来因种种原因没有使用的胚胎。

　　由于这个过程要破坏本来可以发育成人的胚胎（哪怕当事人已经不打算使用），这个方法引起了一些人的反对和抗议，认为是谋杀生命。所以这个办法在美国受到限制，联邦法官甚至禁止用国家的钱来资助人胚胎干细胞的研究。另一个困难是培养这些细胞的条件非常苛刻，极费人工，包括要每天更换昂贵的培养液，还需要用长到一定天数（早或晚都不可以）的胎鼠的成纤维细胞作为饲养层（并不是要吃这些胎鼠细胞，而是通过它们获得控制信号）。还有一个困难是培养液中不能有任何抗生素。要这样长时期频繁的更换培养液又不被微生物污染，不易做到。这些麻烦和困难使得许多实验室望而却步。更令人担忧的是，培养中的人胚胎干细胞还始终与胎鼠的细胞接触，这就有人的细胞被老鼠细胞污染的危险，包括被老鼠细胞所携带的病毒感染，等等。所以人的胚胎干细胞理论上用处最大，但实际操作困难。作为理论研究很有价值，但离临床应用还有相当距离。

　　（2） 胎儿干细胞

　　发育10个星期以上的胎儿已经发育出各种组织。由于这正是这些组织快速形成的时期，它们里面含有大量的组织特异性干细胞，可以从流产的胎儿中获取。这些干细胞已经不能分化成人体所有的细胞，但是能够形成与所在组织有关的细胞。是研究组织形成过程的好材料。培养条件也比胚胎干细胞容易，可以用商品的小鼠细胞系作为饲养细胞，不用自己去提取胎鼠成纤维细胞。

　　（3） 脐带血干细胞

　　新生儿出生时，脐带里还残留着胎儿的血液，里面含有大量的造血干细胞。由于这些干细胞是在人体发育的早期形成的，组织特异性抗原（引起另一个体组织排斥的细胞表面物质）的表达程度还比较低，因而可以比较容易地应用在其他人身上，而不像骨髓移植那样需要严格的配对。经过诱导，这些造血干细胞还可以发育成其他系统的细胞，所以实用性很强。许多国家都在建造脐带血的血库，以便以后为自己或者别人使用。

　　（4） 羊水干细胞

　　羊水中也含有大量的干细胞。这些干细胞来自胎儿，活性很高，可以分化成脂肪细胞、成骨细胞、肌肉细胞、肝细胞和神经细胞，甚至心脏瓣膜，而且癌变危险性低。目前科学家正在进一步发掘这些干细胞的能力和用途。这些干细胞容易获得，在怀孕的各个时期都能抽取，甚至能从分娩后的胎盘得到。它们类似于胚胎干细胞，又没有毁坏胚胎的问题，既能为婴儿自己以后使用（比如换心脏瓣膜），也可以供其他人使用，被看作是很有前途的干细胞。美国已于2009年建立了第一个羊水干细胞库。

　　（5） 成人干细胞

　　顾名思义，这些干细胞是从成年人身上取得的。它们都是具有组织特异性的，也就是在体内只能生成与某种组织有关的细胞。最容易取得和应用最广的是骨髓干细胞，其中包括造血干细胞（hemopoietic stem cells）和间质干细胞（mesenchymal stem cells）。前者分化出所有类型的血细胞，后者可以产生骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞。骨髓捐赠者被取的骨髓只占全身骨髓很小的一部分，而且可以在几个星期内恢复，不会影响身体健康。

　　从其他器官和组织，比如从皮肤、小肠、大脑、眼睛、胰脏、肝脏、脂肪、肌肉等提取的干细胞，目前还处于研究阶段。最近发现，胸腺里也含有大量的造血干细胞，是成人干细胞的另一个方便和丰富的来源。

　　（6）诱导干细胞

　　这些本来不是干细胞，而是人体已经分化了的细胞，比如皮肤的上皮细胞。如果从外面引入几个转录因子（控制基因开关的蛋白质，比如Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc），这些细胞就能反分化，即退回到未分化状态，而且可以从那里分化为多种类型的细胞。这个方法最大的优点是可以从体细胞（所以容易得到）制造出患者自己的干细胞，给患者自己治病。还可以把生病的细胞变成干细胞，在体外长出带那种病的细胞，用于研究该疾病的一些特点和治疗方法，包括筛选药物。不过目前诱导的成功率还很低，从0.1%到1%，而且要用病毒的DNA作为载体把这些转录因子的基因送到细胞中去。这些病毒DNA在完成载体的任务后，就永远存留在细胞的DNA内，形成潜在的危险。科学家正在试验不用病毒载体的方法，也取得了一些进展。如果能解决效率和安全性的问题，诱导干细胞也是一个很有价值的方向。

　　如何从大量的已分化细胞中识别和分离干细胞？

　　比起已分化细胞来，我们身体内干细胞的数目很少。要从已分化细胞的汪洋大海中识别出这些干细胞，并把它们分离出来，不是一件容易的事。只有在20世纪80年代对干细胞的提取分离技术出现突破之后，干细胞研究才得到迅猛的发展。

　　首先是要识别干细胞，把干细胞和已分化细胞区分开来。这主要是利用细胞表面的一些特殊抗原（能在另一个机体中引起免疫反应的分子。很多是糖蛋白，即上面连有糖链的蛋白质）。不同的细胞表面有不同的细胞表面抗原，相当于我们的衣服上佩戴的徽章，表明我们是哪个单位的人。我们可以通过这些“徽章”来识别不同的细胞。

　　这些“徽章”的名字一般都冠以“CD”这个前缀，比如CD19、CD34，等等。“CD”是“cluster of differentiation”的缩写，直译就是细胞分化时的细胞表面分子簇，一般翻译为白细胞分化抗原，是白细胞在分化过程中细胞表面上出现的抗原。现在这个名称也被应用于其他细胞，包括干细胞的特异表面抗原。为了避免由不同实验室自行编号引起的混乱，这些抗原由国际人白细胞分化抗原的工作组统一编号。目前已经有超过320种冠以CD的抗原。

　　一个“徽章”常常不足以鉴定一种细胞，但几种“徽章”的结合就能准确地判别一种细胞，包括干细胞。比如所有的骨髓造血干细胞表面都有CD34，但有CD34的不一定就是造血干细胞。它所形成的分化细胞的前体细胞也有CD34。要区分造血干细胞和前体细胞，就要看有没有另一个“徽章”。造血干细胞表面没有CD38，一旦CD38出现，它就不是干细胞，而是朝分化方向走的前体细胞了，但是还带有干细胞表面抗原（CD34）的痕迹。我们用加号表示有某种抗原，用减号表示没有这种抗原。这样我们就可以用CD34+CD38-来表示造血干细胞表面的抗原状况（有还是没有某种抗原），而用CD34+CD38+来表示造血前体细胞表面的抗原。如果CD34消失了，也就是变成CD34-，那就是说明细胞已经分化了，连干细胞的痕迹也没有了。

　　如果CD34消失，同时CD45出现，那就是已经分化的血细胞了。也就是说，CD34-CD45+是分化的血细胞的特征。而具体是哪种血细胞，又可以从这些细胞表面的其他“徽章”看出来。例如有CD3的就是T细胞，有CD19的就是B淋巴细胞。如果有办法“看到”各种细胞表面的这些“徽章”，就可以判定它们是什么细胞。

　　但是这些“徽章”在显微镜下是看不到的，太小了。要知道它们的存在，需要一类特殊的识别分子，那就是抗体。抗体是动物体内产生的，专门用来识别外来物质的蛋白质分子，具有很高的特异性。这些抗体一旦遇到与它们相对应的抗原，就会紧密地结合在上面。如果在抗体分子上再连上荧光基团，那被抗体结合的细胞就会在激光照射时发出荧光（波长与激发光不同的光）。这些细胞就比较容易看见了。发荧光的就是有这种抗原的细胞，不发荧光的细胞表面就没有这种抗原。如果与不同的抗体相连的荧光基团能发出不同的颜色，那我们就可以凭颜色来同时识别几种细胞。如果再能按照细胞发出的荧光的颜色来分离细胞，就可以把具有各种表面抗原的细胞分开收集。这就是荧光激活细胞分离机（fluorescent activated cell sorter, FACS）的工作原理。

　　例如把有CD34抗原的细胞标记成红色，把有CD19抗原的细胞标记成绿色。其他的细胞因为没有这两种抗原，所以不被标记上。让含有这些细胞的溶液通过一根透明的细管，每次只能通过一个细胞。在通过细管的过程中，细胞被激光照射，发出红光、绿光或不发光。如果机器发现发红光的细胞，就给它带上负电。发现发绿光的细胞，就给它带上正电。不发光的细胞就不给它带电。然后细胞从管子里一个个地被喷射出来，进入分类仓。在这里有外加的电场。细胞根据它们所带的电荷，运动方向发生相应的偏转，进入不同的收集管。没有电荷的细胞则不发生偏转。以这种方式，发红色光和发绿色光的细胞就可以和其他细胞分开。

　　这只是一个简单的例子。由于一种细胞要多种“徽章”才能被完全确定，在实际操作中同一种细胞常被多种抗体标记，发出多种颜色的光。通过各种滤光片，机器能够同时检测到这些颜色的光，并给出相应的分离指令，将需要的细胞分离出来。现在的FACS机器每秒钟可以分离数以千计的细胞，是干细胞研究不可缺少的工具。

　　这样分离得到的干细胞，还要进行一些细胞内状况的测定（主要是基因表达的状况），进一步证实它们是所需要的干细胞。最后，也是最重要的测试，是功能测试，即看它们是否真的具有干细胞的性质（自我复制和分化成特定的细胞）。经过所有这些测试，就可以使用它们了。

　　干细胞也会老化吗？

　　对这个问题的研究还不多。但是从人老化的状态，可以推测干细胞的功能也是会随着年龄逐渐降低的。到底是干细胞自己也会老化，还是它们的环境恶化，使它们的功能发挥不出来？

　　答案应该是两者都有。干细胞也会受到辐射和有害化学物质的伤害，数量、活力都会逐渐降低。但是干细胞有强大的自我修复能力，应该比身体的其他细胞更能抵抗老化。有一种学说认为，人到老年时干细胞逐渐失去功能，主要的原因并不是由于干细胞自身出了问题，而是它们周围的环境恶化，不能再给干细胞提供最佳的居住和工作条件，使干细胞的能力施展不出来。证据是老年鼠睾丸中只有已经不能有效生成精子的成精干细胞。如果把老鼠的成精干细胞移植到年轻鼠的睾丸中，并且每3个月转移1次，它们可以活跃地生成精子达3年之久，超出老鼠的寿命。人去世时，身体里也还有许多具有活力的干细胞。所以我们应该注意保持身体总的健康状况。这不仅是我们日常生活的需要，也是使干细胞正常工作的需要。

　　干细胞应用中的风险

　　尽管干细胞看来具有极大的应用价值和前景，但除了已经提到的技术上的困难外，其潜在的风险也不可忽视。

　　现在对于干细胞的研究主要是在体外摸索保留干细胞状态的条件，以便在人工条件下长期保留和增殖干细胞；同时用各种方式诱导干细胞，使它转变为我们所需要的细胞。重复体内保存和分化干细胞的过程可以尽可能地模仿体内的条件，但毕竟体内的环境和条件不可能完全在体外重现，势必要使用一些新的条件和技术。如果要干细胞在体外做更多的事，比如要骨髓造血干细胞转化为神经细胞或肌肉细胞，让单能干细胞变成多能干细胞，让多能干细胞变成全能干细胞，更必须采用与体内过程不同的途径。

　　换句话说，科学家希望干细胞能分化成的细胞类型越多越好，从细胞分化的意义上说就是干细胞的状态越原始越好。这样想要什么细胞，就能从干细胞长出什么细胞。而且还希望干细胞分化出来的前体细胞要有强大的繁殖能力，这样从同样数量的干细胞就能发育出尽可能多的所需要的细胞。

　　但是低度分化状态和高繁殖能力正是肿瘤细胞的特点。干细胞与肿瘤细胞在许多重要的性质上也很相似，包括高端粒酶的活性（保护DNA的末端在细胞分裂时不变短）和抵抗启动细胞死亡程序的能力。而且肿瘤细胞也从它们的干细胞而来。在人工克隆羊和用诱导干细胞形成胚胎时，常常得到畸胎瘤（teratoma），而不是正常的胚胎。各式各样的体外操作，表面上看目的是达到了（比如得到了想要的神经细胞），但这样取得的细胞和人体内的细胞有何差别，一旦植入人体后的结果如何，就是很难回答的问题。正常干细胞和肿瘤干细胞之间的差别，也许就在某个微小的转换机制上。但“差之毫厘，谬之千里”。一步走错，后果就完全不同。

　　还有前面已经提到的，目前人体干细胞的培养在很多情况下还不得不用老鼠的成纤维细胞为饲养细胞，以模拟体内干细胞的生存条件；以及在诱导干细胞中，用病毒DNA为载体把人的基因放入细胞的做法，都有潜在的风险。但与干细胞变为肿瘤细胞的风险相比，这些还是比较暂时的困难。

　　所以，干细胞的应用前景是诱人的，但还有巨大的困难和障碍需要克服。我们在翘首期望的同时，也需要有一些耐心。

　　7.2　我们能不能通过克隆自己而达到“长生不老”？

　　“长生不老”是人类自古以来就有的愿望。作为“万物之灵”，人类的居住和生活条件远超过其他动物，而且人类还有丰富的精神生活和各种物质财富，自然想尽可能长地享受这一切。人对自然和社会的好奇心，对更好生活的渴望，也使人们希望能活得尽可能的长，以便有机会改变命运，“赶上”社会和科技的发展所带来的种种“好处”。从古代的炼丹，寻求“长生不老药”，到近代的各种“抗衰老秘方”，无不反映了这种愿望。

　　但是长久以来，“长生不老”只是一个无法实现的梦。我们的祖先早就明白了“人生自古谁无死？”的无情现实。精神和思想可以留存，而身体却做不到青春永驻。我们只能延缓衰老，但终究避免不了生命终结的“最后归宿”。

　　科学和技术的发展似乎给人带来一丝希望。早在几十年前，科学家就可以把细胞冷冻在零下196℃的液态氮中长期保存，需要时再使它们“化冻”，重新生长繁殖。人体是由细胞所组成的，细胞可以冻而复活，那人体也有希望做到吧？在这个想法支配下，国外出现了人体冷冻公司，在液态氮中保存人体，等到医学发达后再“解冻”复苏，并且治疗好原先致死的疾病。但是冷冻几十千克重，由几十万亿个细胞组成的人体和冷冻单个细胞毕竟是两回事。迄今为止，还没有任何大型动物能够从这样的深冻状态中恢复生命征象，更不要说人要从这样的情况下“醒过来”，并且还要健康地生活。而且在冷冻期间，人无知无觉。就是几千年后能复活，这段时间也不能算做生活。

　　真正给人类带来“长生不老”希望的，还是近年来出现的，动物（特别是哺乳动物）的“克隆”技术。从动物身上取下一个细胞，把它的细胞核植入去掉细胞核的卵细胞中，就可以形成像“受精卵”那样的细胞，并且发育成**动物。英国的克隆羊“多利”就是这样诞生的。2009年，中国科学家只用小鼠的皮肤细胞，在用4种外来基因的“诱导”下，也制造出了类似受精卵的细胞，并且培育出27只小鼠。这些小鼠不仅健康，还能够繁殖后代。

　　由于克隆出来的动物和被克隆的动物具有完全相同的遗传物质，前者可以看成是后者的严格的“复制品”。而且羊和小鼠都是哺乳动物，在生理结构和功能上和人非常相似。既然它们能够被成功地克隆，那理论上说人也完全可以被克隆。这看上去才是人类实现“长生不老”梦的真正希望。这个个体老了，取下一点细胞，又可以造出一个“自己”。通过这个方法，同一个人就可以通过连续不断的相同个体，一直生存下去，达到“永生”的目的。

　　不过这样一来，伦理问题就出现了。克隆的“我”也许比自己的儿子甚至孙子还小，那他们应该叫我什么？被克隆的“我”是我的儿子（女儿），还是我的“延后的同卵双胞胎”？数个“我”同时存在时，彼此如何区分？身份证怎么发？而且如果每个人都用这个办法“长生不老”，那还要不要后代？如果还要后代，那地球上能不能容纳这么多人？

　　而且在目前，动物克隆技术还很不完善。用克隆“多利”羊的细胞核转移法，成功率极低。277次试验中，只有“多利”存活下来，而且寿命（6岁）只有正常羊寿命（12岁）的一半。只有把“多利”的年龄和它“母亲”（细胞提供者）的年龄（也是6岁）加起来，才是羊的正常年龄。所以被克隆的动物年龄到底应该从它出生开始算，还是从它的“母亲”的出生日开始算，就是一个还没有解决的问题。也就是说，重新造出的“我”的年龄也许不能从新的“我”出生时开始算，而应该把原来的“我”的年龄也算上，也就是接着原来的“我”活。如果是这样，那不同的“我”活的总年龄，也许还是人的一般寿命。

　　不仅如此，在被克隆动物时形成的胚胎中，绝大多数不能正常发育。流产和畸形胎是常事。这对动物关系还不大，我们只需挑选正常存活的就是了。但是这对人可不得了。那些又能存活，又是畸形的“我”怎么办？

　　就算所有这些问题都能解决，那克隆的“我”是不是真的另一个“我”呢？从现在人类的知识水平来看，答案是否定的。即使被克隆的“我”具有和我完全一样的遗传物质，那也不可能成为真正的“我”。

　　原因就在于，一个“我”的形成，不仅有先天（遗传）的因素，也有后天的因素。遗传因素只能决定我们身体的性质，如肤色、血型、遗传缺陷（如各种遗传病）以及患各种病的概率等，但是不能决定我们的思想、经验、知识和技能。这些都是后天形成的东西。既不能“存储”于DNA中，也无法当作信息输入到另一个人的大脑中去。通过克隆过程能传下去的，只能是DNA所携带的信息。

　　人在出生时，脑中的神经元之间已经建立了初步的联系，比如控制心跳、呼吸、消化、排泄的神经回路。但是大量的神经联系还处于“待命状态”，根据外来的信号和刺激决定保留和增强那些常用的联系，废弃和淘汰那些不用的联系。而且这个选择淘汰过程有一个关键期。过了这个时期，正常的神经联系就再也不可能建立。比如把小猫的一只眼睛挡住，不让它接收视觉信号，以后这只眼睛就看不见东西。被狼养大的“狼孩”，由于错过了学习语言的关键时期，再回到人类社会以后也学不会说话。

　　所以人一旦降临到这个世界上，外部刺激对大脑的“改造”就立即开始。由于每个人每天的经历不同，输入的信号不同，脑中所建立的联系也不同。这就把人与人区别开来了。

　　例如我们在幼年时，吃的主要是家乡的食物，特别是母亲做的食物。这些味觉和嗅觉信号会在脑中建立联系，使我们习惯和喜好这些食物。所以我们在长大以后，即使在离开家许多年之后，也还是喜欢吃这些幼年常吃的食物。许多北方人一辈子喜欢面食，而许多南方人一辈子偏好米饭。四川人长大后也多喜欢川菜，而广东人一辈子首选粤菜。如果北方人在南方出生长大，他（她）也容易喜欢南方的饭菜，说明对于食物的偏好大多是后天的。这也是为什么许多美国人明知垃圾食物对健康不利，也照吃不误。因为他们中的许多人就是吃这些食物长大的，只有吃这些食物时才感觉“舒服”。

　　新信号所建立的联系，又是在已经建立的联系的基础上完成的。彼此之间会有联系和相互影响。比如听到中学时常唱的歌或者闻到那个时候闻过的特殊花香，就会立即引起年少时的感觉。学第二外语的人，很难不带有母语的口音。南方人到了北方，说话也改成普通话，但是南方人的一些发音特点（比如l和n不分，lin和ling不分），一辈子也难改过来。

　　如果把人脑比作一台计算机，那不仅硬件（神经细胞之间的突触联系和神经回路）要随着经验改变，软件（已经有的信息对于新刺激做出反应的影响）也在不断地改变。即使计算机出厂时装有相同的基本程序（DNA中的遗传信息），但是每台计算机的硬件和软件都随使用的情形在不断改变。这样日积月累，就没有两台完全相同的计算机。

　　所以克隆的“我”不可能是完全相同的“我”，还有可能与我的想法和习惯格格不入。我的知识、经验、习惯、爱好，也无法“过继”给他。所以“他”只能有与我类似的身体，但却完全是另外一个人。以前有人忧虑万一希特勒被克隆，世界岂不又要遭浩劫。其实就算希特勒的身体被克隆，也会是一个不同的人，也许还是反对纳粹的斗士。同理，被克隆的宠物猫和宠物狗，如果是在不同的环境中长大，也不会认识你，继续当你的宠物，弄不好还会咬你。

　　这样说来，克隆技术就没有用了吗？克隆技术虽然不能复制真正的“我”，应用前景还是很广的。我们可以用它来克隆珍稀和濒临灭绝的动物，甚至使已经消失的物种（比如猛犸）重新复活。对于人类来讲，克隆技术所形成的人的多功能干细胞，就有望修补和替代我们身体里已经处于病态和死亡的细胞、组织，甚至器官。克隆技术虽然不能使我们“永生”，却可以为身体的“部件”生产“替补件”。就像给老汽车换新部件能延长汽车的寿命一样，给我们自己换身体里已经“用坏”的“部件”也能延长我们的寿命，活得更健康。不过“生老病死”是自然规律，是不能用技术手段来打破的。