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再生科學的研究，跨越了三個世紀；在幹細胞神奇威力的誘惑下，人類會往哪裡去？     

撰文／黃火鍊 ( 台灣大學分子與細胞生物學研究所教授 )
書名：海神效應
作者：帕爾森（Ann B. Parson）
譯者：楊玉齡
出版時間：2006年1月
出版公司：張老師文化     



《海 神效應》這本書介紹了幹細胞研究的來龍去脈，以及它可能的 醫療用途。作者以海神波賽頓的屬下普羅特斯（Proteus）比喻幹細胞，普羅特斯擁有不斷改變外形的能力，這樣的形容非常貼切。確實，幹細胞就如七十二 變的孫悟空一樣，可以適時適地轉變成各種不同的面貌，應付不同的情境，這就是幹細胞威力所在，舉凡禿頭、蛀牙到痴呆的醫治，都有幹細胞插手的餘地。幹細胞 的研究，為生物發生的研究點亮數盞明燈，也將在醫學領域掀起濤天巨浪。


本書作者帕爾森是一位能言善道的記者， 以饒富趣味的語言，將跨越三個世紀歷史長河的故事，娓娓道來。 作者以水螅的再生做為故事的開端，勾勒出多元發育潛能細胞的概念。1740年，錢伯利（Abraham Trembley）以簡陋的工具操作實驗，發現一小段的水螅軀體便能再生成一隻完整水螅，由此掀起一股研究再生的風潮，從脊椎到無脊椎動物都含括在內。不 同動物的再生能力差異很大，無頭無尾的一小段水螅可以長成完整水螅，失去肢體的蠑螈可以重新再長回來，但人類的再生能力卻趨近於零。再生的機制仍然不清 楚，推測再生是由類似胚胎的細胞所驅動，這類細胞具有多元的發育潛能，它們的數目決定該物種的再生能力。從以上的敘述，我們可以發現，一個概念從形成到驗 證，必須歷經一段漫長的時間，而非一蹴可幾。

胚胎是否含有多元發育潛能的細胞？明確的答案來自小鼠的畸胎瘤。1952年，里透 （Clarence Cook Little）認為某些瘤腫是由缺陷的基因所造成，當時能接受這個嶄新概念的人並不多。1953年，史蒂文思（Leroy Stevens）以近親交配的方式得到罹患畸胎瘤的品系129小鼠，驗證了里透的假說。畸胎瘤與一般的瘤腫不同，一般的瘤腫通常只含一種腫瘤細胞，但畸胎 瘤則含有多種癌化的細胞與組織。經過大規模的檢查（1萬5000隻小鼠），發現畸胎瘤是由一枚迷路的原始生殖細胞所引起的，在正常情況下，原始生殖細胞會 進入生殖腺形成精細胞或卵細胞，但是若進入了其他組織，例如陰囊，則會有基因調控失常的現象，而有瘤腫的出現。


史蒂文思推測原 始生殖細胞具有多元發展的潛能，故畸胎瘤中會含有各種不同的組織。史蒂文思的品系 129小鼠很快就受到科學家的注意，他們深知畸胎瘤中的細胞所潛藏的意義。1973年，瑪婷（Gail Martin）以微細吸管取出單一的畸形瘤細胞與餵養細胞共同培養，在適當的培養基裡，它們會分裂但不分化；改變培養基以後，就能分化出多種類型的細胞， 如心肌、軟骨細胞、神經細胞。這些發現驗證了畸胎瘤細胞具有多元發育能力的說法。由於畸胎瘤不能發育為生殖細胞，它的價值也就相形降低，使得畸胎瘤的研究 熱潮冷卻下來，直到胚胎幹細胞培養成功，才興起另一番研究風潮。

人們早已知悉人體每日必須產生大量的細胞，以補充損失的表皮細胞、紅血 球、白血球及腸道細胞，故推測 成體組織應含有幹細胞。許多廣島與長崎原爆的受害者，都因血小板、紅血球及白血球數目下降，導致死亡；動物實驗也顯示γ射線會破壞造血系統，合理的推測是 造血系統中的幹細胞易受輻射線所破壞。1960年，麥克古諾區（Ernest McCulloch）在輻射生物學家的協助下，證實骨髓中含有造血幹細胞，可以分化為多種血球細胞，這個發現引導了骨髓及臍帶血移植的發展。





隨 著麥克古諾區的腳步，科學家陸續從許多成體組織中找到成體幹細胞，如皮膚、肌肉、腸道、睪丸。出人 意表的是，連原本被認為不會有幹細胞的肝及大腦也發現了幹細胞的蹤影，而且活動相當頻繁。1960年代，奧特曼（Joseph Altman）指出，出生後的小鼠腦部有新生的神經元，成鼠亦是如此，然而他的發現卻被當時的學界漠視，此等不正視證據的態度，一直持續到1970年代 末。

當諾德本（Fernando Nottebohm）報告金絲雀大腦的歌唱中樞有新生的神經元時，也遭到與奧特曼相同的對待，得不到人們的認同。當時人們仍然抱持著陳腐的教條：哺乳類的 神經元主要在出生前及胚胎發育時期，就已建構好了。奧特曼及諾德本仍然堅持他們的信念，他們的發現終於為學界所接受，也開啟了以細胞療法來醫治幾種腦神經 退化疾病，如帕金森氏症。科學原本在對抗偏見，難免會受到偏見所困擾，縱使如此，總有撥雲見日的時刻。

一般認為成體幹細胞的發育潛能比 較低，只能發育為該組織的某些特定的細胞，若欲治療身體各式各樣受損 的組織，必須取得具有多元發育潛能的胚胎幹細胞，進行細胞汰換，這個概念在1960年代即已顯露端倪。閔茲（Beatrice Mintz）將畸胎瘤細胞注入早期小鼠的胚胎，它們能與宿主的細胞共同發育出各種不同的組織。針對上述的目標，有兩組人員從事人類胚胎幹細胞的分離與培 養，其中一組由湯姆森（James Thomson）領軍，由早期的囊胚期胚胎著手；另一組由吉爾哈特（John Gearhart）率領，從胎兒的生殖脊（將來發育為生殖腺）尋找原始生殖細胞。這兩組人員都遭遇到幹細胞培養的難題，後來在生殖生理學家的協助下，調配 出適合幹細胞分裂且又能阻止其分化的培養基，1998年他們分別完成了胚胎及胎兒幹細胞的培養，這些幹細胞都能夠分化出身體的各個類型的細胞，包括外胚 層、中胚層及內胚層的細胞。


正如試管嬰兒及複製羊桃麗一樣，人類幹細胞的研究也遭遇了巨大的倫理衝擊。湯姆森 的幹細胞來自多餘的 人工授精胚胎，它們通常是備而不用的，最終會被毀棄，而吉爾哈特的幹細胞則取自流產或被墮的胎兒，已屬死亡；湯姆森與吉爾哈特認為，利用這些即將毀棄的胚 胎或已宣告死亡的胎兒從事基礎生物學及醫學研究、造福人群，是道德的，不應受到限制，反之不加以利用才是浪費、不道德的。上述衝擊的核心問題為「早期的胚 胎或胎兒是否等同於人」，這是一個爭論不休、永無答案的議題，不同的文化、宗教、社會都有不同的道德觀，不同的政府也有不同的科技策略。在美國，聯邦政府 的經費只能補助現有的60多個幹細胞株的研究，在英國則有較寬鬆的規定，准許從人工授精的胚胎及醫療性複製的胚胎取得幹細胞，只要嚴格遵守所使用的胚胎年 齡少於14天的規定即可。第14天的胚胎正是原條（primitive streak）形成期，之後才有神經及其他器官的出現，故前14天的胚胎應無感覺。



理論上，幹細胞可以 分化為任何種類的細胞，若再配合基因修改技術，可以治療任何疾病，如癌症、腦衰 竭、腎衰竭、遺傳疾病，這些疾病均非藥物所能輕易治癒，它們需要健康的細胞。幹細胞科學家儘管態度樂觀，但也都承認，他們所面臨的障礙巨大無比，首先得有 培養大量幹細胞的方法，再來要設法讓幹細胞轉變為所需要的細胞，最後則要將它們送入身體的適當部位。截至目前為止，幾乎無法得到任何足量的特化細胞。至於 移植手術，令人生畏的莫過於引發癌症的潛在危機，畢竟幹細胞的增生能力實在太強，要是失控，後果不堪設想，這是科技所面臨的兩難，威力越強大，所造成的傷 害也越嚴重，就像石化工業、核能。書中描述了一則移植胎兒腦細胞以治療帕金森氏症，卻引發畸胎瘤的恐怖情境，足資警惕。我們對於幹細胞的知識仍然很貧乏， 它的一切仍在「雲深不知處」，面對這個變化莫測的巨靈，我們能不謹慎嗎？


很多人十分鍾情於幹細胞及基因改造的神奇威力，冀望讓我們遠離病痛，使我們人人都成為年輕、健美又聰明的「百歲人瑞」，一旦美夢成真，這樣「不朽」的生物將會對生物圈造成何等巨大的衝擊呢？這個世界需要這樣「完美」的生物嗎？不妨三思。











【本文轉載自科學人2006年7月號】

 
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