世界上的复杂细胞是怎么诞生的（新知贡献卓著在实验室）

人的成长过程，就是身体细胞不断代谢的过程，细胞会分裂产生新细胞，但是它的分裂不是无限的。不过，有一种神奇的细胞，它可以无限增殖，帮助科学家们开发出多种疫苗，为人类健康作出了巨大的贡献，它就是海拉细胞。

DNA大分子。新华社发

发现海拉细胞

24小时数量翻一倍

1951年2月5日，海拉细胞诞生了。

细胞的供体海瑞塔·拉克斯（Henrietta Lacks）是一位30岁的混血黑人女性。她被确诊患上了宫颈癌，在此期间，海瑞塔体内的肿瘤迅速长大，诊断结果也出来了：宫颈鳞状细胞癌，Ι期。

当时，医院的乔治·盖伊医生一直希望，通过研究“体外培养恶性肿瘤细胞”，找到癌症的原因，为此他已经努力了30多年。

但是，大多数细胞离开人体之后，都会很快死去，剩下的也都奄奄一息。盖伊想要找到一种永生不死的人类细胞——可以不断分裂，源源不断更新。

海瑞塔的子宫颈组织切片，代号是“海拉”。“海拉”刚交到盖伊手上时，实验室里的人都不抱什么希望，以为海瑞塔的细胞肯定会和其他细胞一样，难逃死亡的命运。

但有一天，盖伊的助手突然发现了海瑞塔的细胞出现了生长的迹象：在试管底部边缘出现了一圈像煎鸡蛋白一样的东西。并且，海瑞塔的细胞不仅仅是“苟活”，它们长势很快，隔天早上数量已增加了一倍，而且只要空间够大，它们就能继续生长。

这是第一种被发现的长生不死的人类细胞，它被以试管上的文字命名——海拉细胞（HeLa cell）。

“细胞作为生物体的单位，如同构成一部机器的零件，自然也会老化，最终走向报废。”石家庄学院化工学院教授马闻师介绍，正常的人类细胞平均在分裂50次左右就会凋亡，这个现象被称为“海夫利克极限”，细胞每分裂一次，染色体就开始受到损害，诱导细胞走向生命尽头。临床医学倾向于认定这便是导致我们的身体衰老、死亡的原因，即“56次”为人类细胞自行分裂、维系身体新陈代谢周期的极限。

但通过对海拉细胞病灶组织培养发现，24小时里，海拉细胞的数量翻了一倍，很快就达到百万个。

“这是一个载入历史的里程碑式发现，标志着人类成功地分离出第一株体外培养的细胞系。”马闻师说，在过去的几十年里，只要科学家试图在人类细胞实验找到治愈疾病的方法，这些细胞都会迅速死亡，根本没有足够的时间对样品进行不同的测试。然而，海拉细胞的出现解决了这个困境，这些细胞能够存活下来，并且一次又一次完成自我复制，给了研究人员足够的研究时间和空间。

海拉细胞就像小白鼠一样，成为实验室的主力实验材料，成为几百年来最重要的医学成就之一。有科学家估算，从提取到现在，海拉细胞已经存活了70年，已经增殖的细胞可能重5000万吨，累计已繁殖18000多代，若细胞一线排开，可以绕地球3圈。涉及的领域也很广泛，拥有近11000项专利，带来了很多医学上的突破。

永生的秘密

高度活跃的端粒酶

海拉细胞的样子称不上凶恶，但是内在堪称乱七八糟。

“相比于正常人类细胞的23对、46条染色体，海拉细胞的染色体暴增至76-80条，同源染色体也不再保证成对，此外还有若干条变异的找不到来源的无法归类染色体。”马闻师说，这种现象的原因是人类乳头瘤病毒（HPV）将自己的病毒基因插入到p53基因的上游，而p53是矫正DNA复制过程中出现错误的一个重要的蛋白。

校正机制的缺失，使海拉细胞像一本被无限次粗放盗版的书一样，继承了各种不可思议的谬误，其中的一个谬误就是过于高效的端粒酶。

据介绍，端粒是由不断重复的DNA序列（TTAGGG）所构成，具有维持染色体结构稳定性的功能。

“不同物种或同一物种的不同染色体，其端粒的长度是不同的。人类体细胞中端粒的平均长度介于6kb-12kb（1kb等于1000个核苷酸）之间，随细胞的年龄和细胞种类的不同产生差异。”专家说，在DNA复制过程中，负责复制的酶不能复制线性DNA分子的尾部，就会在端粒区域产生一段单链区域，导致部分端粒DNA的丢失。于是，细胞每经过一次复制，大约丢失50-100个碱基，端粒便会慢慢地缩短。

当端粒缩短至一定程度（约5kb-7kb）不能再缩短时，细胞无法继续分裂，并在形态和功能上都表现出衰老，在此期间，绝大多数细胞由于染色体无法维持稳定而走向死亡。“而端粒酶的主要工作则是维持端粒中的DNA。”马闻师解释，端粒酶是一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶，可赋予细胞复制的永生性。

“打个比方，端粒好比一个细胞的‘生命时钟’，让细胞准时凋亡；而端粒酶像一群勤劳的修复工，只要它们出现在细胞中，就会及时将磨损的端粒修好，让它恢复到原来的长度，这样端粒就能永不磨损，而细胞也可以‘长生不老’。”马闻师表示，海拉细胞染色体顶端的端粒永远保持恒定的长度，这就导致其变成“不死的小强”。

2011年，美国哈佛大学医学院的科学家发表文章称，他们研发小组研究了一只体内缺乏端粒酶的老鼠，因缺乏端粒酶，而过早衰老，并且各种疾病缠身。如嗅觉迟钝、脑容量变小、不孕等。但当小鼠经过注射治疗重新激活端粒酶后，其受损的组织不仅得以修复，同时老化迹象也出现了逆转。

“这一项研究再一次验证了机体衰老与端粒酶的关系：端粒酶可以修复受损器官和组织。”专家介绍，由于海拉细胞的端粒酶异常活跃，科学家们从海拉细胞中分离出的端粒酶直接革新了基因检测领域。

上世纪60年代中期，科学家将海拉细胞与小鼠细胞融合，首次创建出跨物种杂交细胞。利用这些基因混合技术，科学家们逐渐绘制出人类基因组的部分图谱，催生了全球科学家参与的人类基因组项目。科学家还利用海拉细胞研制出细胞克隆技术，为动物克隆、基因疗法和干细胞技术等极端生物医学奠定了基础。

卓著的贡献

疫苗拯救无数人生命

由于海拉细胞具有无限增殖、生长迅速、对多种病毒敏感等特性，它成为理想的细胞模型，在科学领域作出了卓著的贡献。

“海拉细胞是目前使用最好的医学研究模型之一。”专家说，这套模型可研究细胞分裂、细胞增殖、细胞死亡，是解决生命科学基本问题的最佳工具。

虽然许多研究不为人们所熟知，但是通过海拉细胞研制的两种疫苗拯救了数十亿人：一个是脊髓灰质炎疫苗，另一个是人乳头瘤病毒（HPV）疫苗。

“脊髓灰质炎是由脊髓灰质炎病毒引起的急性传染病，就是我们常说的小儿麻痹症，这种疾病的传染性极强，在患者家庭中，15岁以下易感染人群100%会发病。”专家介绍。

在20世纪50年代早期，医学家乔纳斯·索尔克（Jonas Salk）已经研制出了一种脊髓灰质炎疫苗，但无法推广使用，必须先要进行大规模实验。实验的前提，是能得到大量的体外培养细胞。理论上，需要找恒河猴细胞进行测试，可考虑到疫苗会杀死细胞，对于如此大规模的研究来说过于昂贵。

那么，什么细胞既容易被病毒感染，又能大量繁殖，培养起来还很便捷呢？人们意识到，海拉细胞或可担此重任。

由此，世界上首家细胞工厂产生，每周从这里生产出2万管海拉细胞，数量多达6万亿个。这使得索尔克能够成功地测试这种疫苗。此后60多年里，这些疫苗在全球范围内消灭了99%脊髓灰质炎。

同样，20世纪80年代，哈拉尔·祖尔·豪森（Harald zur Hausen）发现海拉细胞含有HPV-18，并证实其是导致海拉罹患宫颈癌的“元凶”。海拉在感染HPV病毒后，其体内正常抑制肿瘤形成的基因表达被关闭。基于这些认知，科学家们开发出预防宫颈癌的HPV疫苗。

2006年，世界第一种癌症疫苗——HPV（人乳头瘤病毒）疫苗获准上市。据估计，HPV疫苗接种将有助于减少70%的宫颈癌死亡人数。

自从被发现以来，海拉细胞就被提供给世界各地的研究机构。

1952年，研究人员从腮腺炎、麻疹到疱疹疾病组织分离出病毒感染海拉细胞，由此现代病毒学诞生。1953年，得益于海拉细胞，基因检测的原理被发现。1954年，海拉细胞帮助科学家实现了细胞克隆。1956年，海拉细胞先于人类，随一颗苏联卫星进入太空，开始被用于太空生物学研究。

科学家们一直在利用海拉细胞研究艾滋病、疱疹、寨卡、麻疹、腮腺炎等病毒，并找到战胜它们的办法。

“比如，通过向海拉细胞加入CD4蛋白后再用艾滋病病毒感染，研究人员创建出测试艾滋病药物的海拉细胞模型。麻疹病毒在感染海拉细胞后会不断变异，找到该病难以治愈的原因。”专家说，最近，生物学家们还发现，寨卡病毒在海拉细胞内无法扩增，进一步找到原因后，将帮助研制出对付寨卡流行的药物或疫苗。

专家表示，海拉细胞的诞生，为生命科研带来了众多新的发现。而其永生的秘密，将为人类生命健康的发展指引新的道路。 （河北日报记者 王璐丹）

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