燃文小说网

细胞状态与疾病防空（第1页）

细胞状态与疾病防空

王海波[

作者简介：王海波，河北省石家庄市和平西路598号河北省农林科学院遗传生理研究所，研究员，

E-mail:wanghaib。]

河北省农林科学院遗传生理研究所，石家庄，050051

摘要细胞是具有完整生命现象的最小单元。本文提出的细胞状态观点，用新的方式揭示和表现了生命的规律，解决了植物组织和细胞培养不可预见和无法推理的问题，为衰老和癌变的机理揭示与防控、环境评价、农业发展方向的开拓等提供了新的思路。

关键词细胞状态；植物组织和细胞培养；衰老；癌变；环境评价；农业发展方向开拓

按照遗传学的观点，由一个细胞发育成的高等生物，其各个部位细胞的遗传基础都应是一样的，但实际上不同部位的细胞之间往往差别很大，而且这种差别远非生理差别所能覆盖。为解决遗传学的“粗漏”和生理学的“狭窄”，笔者提出“生物状态学”观点。由于细胞是生命的基本单位，故本文着重讨论“细胞状态”。

虽然我们已处在分子生物学时代，但具有完整“生命现象”的最小单元仍然是活细胞。离开了活细胞，人们只能看到部分的生命现象或与生命活动有关的一些生化过程。生命科学和生物技术的现实表明，人们虽可以将生物拆解为细胞，并可将细胞拆解为分子，但只能将细胞再生成生物，而不能将分子再生成细胞。这说明在将细胞拆解为分子时，破坏和丢失了很多重要的东西。严格来讲，目前要想从化学水平上人工合成生物，不仅在技术上还不可能，就连知识上也有很大的差距。也许将来人们会合成或发现比细胞还简单的“基本生命体”，但这种生命体与细胞之间只有进化程度上的差异，而不再有质的差别。揭示生命的本质，须跨越分子与细胞之间的巨大未知鸿沟。细胞是个复杂体系，需要从不同层次、不同尺度上，完整地、动态地去理解和把握。这是细胞状态观点在生命科学领域不可替代的意义。本文是笔者对自己20多年从事细胞生物学研究一些发现的归纳与总结，以及在分析、解释一些相关重大问题上的引申与推测。

1七种典型细胞——认识细胞状态的突破口

通过对大量的植物培养细胞进行观察，笔者发现多种多样的细胞类型其实表现的是一系列的“细胞状态”，并从中找出了7种有助于揭示细胞状态间变化规律的典型类型：即①胚性细胞（Se），②保守型细胞（Sa），③亢进型细胞（Sb），④增生型细胞（St），⑤保守型衰败细胞（Da），⑥亢进型衰败细胞（Db），⑦强分裂型细胞（Sc）。进一步的研究表明，此7种典型细胞类型的确定不仅对探索细胞培养的规律有重要意义，对探究生物体变化的规律也同样有意义，而且不仅适合于植物，也适合于动物。

胚性、保守型、亢进型、增生型细胞，属正常细胞，是生物体得以存在和发展的基础，我们可以将其称为支撑生命的四类基本细胞。胚性细胞和受精卵的状态相近，具有全能性。以胚性细胞为参照，保守型、亢进型发生了一定程度的分化，增生型分裂能力增强。胚性、保守型、亢进型、增生型四类细胞状态可以自如地相互转变，并可以从保守型、亢进型两个方向分别衰败成保守型和亢进型衰败细胞，也可以通过变异演化成强分裂型细胞（图1）。呈现为衰败型是细胞走向衰败的结果。不管是哪种类型的衰败，其基本特点是：细胞质降解，细胞变空。对生物体来讲，细胞衰败并不一定是坏事，组织的特化、器官的分化、功能的形成、细胞的代谢更新等都是细胞衰败机制的合理体现。而细胞死亡对生物体来说则一般都是不利的。强分裂型细胞和增生型细胞有些相似，但其分裂能力要比增生型细胞强得多，一般是导致组织畸形或肿瘤的形成。其他类型的细胞则都是这七种类型之间的过渡态。

图1。七种典型的细胞类型及相其互间的关系。Se：胚性细胞，Sa：保守型细胞，Sb：亢进型细胞，St：增生型细胞，Da：保守型衰败细胞，Db：亢进型衰败细胞，Sc：强分裂型细胞。图中显示的样子大致反映了它们相应的状态。胚性细胞与受精卵的状态相当，通过有序的分裂，可发育为各种各样的细胞。保守型、亢进型细胞是在相反方向上发生一定程度的分化但仍有分裂能力的细胞，它们形成不同功能的组织。增生型细胞是分裂能力较强但其分裂能力可以为生物自身调节所控制的细胞，大的生长发育和创伤修复主要是由这类细胞完成。按照此图所示的关系，这四类细胞可自如地实现相互间的转换。但在不利因子的作用下，它们会不同程度地走向亢进型衰败或保守型衰败，成为衰老或死掉的衰败型细胞，也可以通过变异演化为分裂能力难以被生物自身调节所控制的强分裂型细胞。虚线所指的是使癌细胞逆转和返老还童的方向。

2细胞状态的含义及理论模型

细胞状态指的是细胞在组成、形态、结构、功能、势能、潜能方面的综合状况。影响和决定细胞状态的因素，既有遗传的、生理的，也有化学的、物理的，还有组成的、结构的。过去，人们对遗传、生理方面的因素比较重视，但二者依托的则是化学、物理、组成、结构等元素。在生命体系中，“细胞状态”既是接受各种因素、因子作用的“受体”，也是反映各种因素、因子作用结果的“窗口”，决定着生命的状态或质量（图2）。

图2。细胞状态在生命及其物质体系中的地位与作用。生物和非生物的差别在于是否形成“细胞结构”，即在热力学第一、第二定律支配的物质世界中能够形成负熵和能自我走向繁荣的物质结构体系。生物的形成取决于其物质组成，以及在化学、物理水平上综合起来的各因素，能否形成这种独特的体系。在这种物质体系中，稳定而有规律的结构（包括网络化的信息传递）关系便是遗传的基础，表现为遗传效应；动态而有规律的变化和信息传递关系则表现为生理现象。当因生理变化引起体系中原有稳定而有规律的结构关系发生改变时，便在变异、选择的作用下形成进化效应，进而影响和改变遗传的基础。遗传因子、生理因子，影响、决定细胞状态；细胞状态，影响、决定生命的质量。

为了便于对细胞状态进行分析和调节控制，笔者将其抽象为：

1）细胞状态是由一系列“细胞状态因子”控制的。

2）细胞状态因子无论是化学的、物理的，还是遗传的、生理的，或组成的、结构的，其效应均可被想象和折合为生理、生化作用。

将细胞状态因子分门别类，可归纳为三大类——亢进因子（用E表示）、保守因子（用I表示）、衰败因子（用D表示）。

其中，“E因子”和“I因子”是生命的必须因子。E因子主要是使细胞进入或保持在亢进状态，常表现为：促使生命物质合成，促进细胞分裂，松弛细胞壁和改善膜透性等；I因子主要是使细胞进入或停留在保守状态，多表现为：促使细胞分化，产生或强化某些功能，合成某些与生命活动有关联的物质或代谢物等。E、I两类因子及其效应同时具备时，才有生命活动的存在，而且二者的水平与比值决定细胞状态的类型与性质。[∑E]与[∑I]的比值为细胞状态值（用S表示）。细胞的S值越接近于1越易于分裂，否则越不易于分裂。

（1）

∑代表同类因子的总和，[]表示综合作用的水平。

“D因子”的作用本质是对细胞内各层次物质的结构和功能（如膜系统、各种生命分子等）形成破坏或其他的不利作用，但在水平较低时，特别是当细胞活力较旺时，可表现出类似I因子的效应，而且不论水平高低其作用都是从细胞状态公式中分母的位置起始。

因此，自然状况下反映生物体组织及其细胞状况的细胞状态公式为：

（2）

在有人为因素参与的情况下，细胞状态的变化除受遗传、生理、生化机制控制外，还明显地受人为作用的影响，其变化幅度会超出纯自然状况下的变幅。所以，深化认识后的细胞状态公式为：

（3）