周子航

摘 要 细胞生物学是当代发展迅速且活跃的学科，其研究的新知识、新技术不断向医学领域渗透，已成为认识疾病发病机制，获取疾病防治措施的基础和推动力。文章从五个方面介绍细胞生物学与医学之间的紧密联系。

关键词 细胞生物学与医学 信号转导 干细胞 基因

中图分类号：R329.2 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.04.030

Abstract Cell biology is a rapidly developing and active discipline. Its new knowledge and technology are constantly infiltrating into the medical field. It has become the basis and driving force for understanding the pathogenesis of diseases and acquiring disease prevention and control measures. Next， we introduce the close relationship between cell biology and medicine from five aspects.

Keywords cell biology and medicine； signal transduction； stem cells； gene；

细胞生物学、分子生物学是医学的基础和支柱学科。医学要解决的问题是阐明人的生、老、病、死等生命现象的机制和规律，并对疾病进行诊断、治疗和预防。人的生命活动都是以细胞为单位进行的，细胞正常结构的损伤和功能紊乱，必然导致人体组织器官的病变，并由此引起疾病。因此，细胞生物学与医学的关系极为密切，细胞生物学的研究成果必然向医学领域渗透，从而极大地促进医学的进步。而在医学实践中不断遇到的问题，又给细胞生物学的研究提出新的课题。

1 细胞的信号转导与医学

人体的细胞每时每刻都在接受和处理来自细胞外以及细胞内的各种信号，这些信号的传递和整合在生命活动中具有重要作用。它不仅影响着细胞本身的活动，而且还能与细胞群体以及整个机体活动保持一致，可以说细胞的一切生命活动都与信号有关。

细胞间的信息联系主要是通过神经递质、激素和旁分泌因子等信号分子来完成的，这些信号分子又被称为“第一信使”。当它们与细胞表面或细胞内部的受体结合后在细胞内产生的能介导信号转导的活性物质，又称为“第二信使”。目前已经发现的第二信使有许多种，其中最重要的有环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸乌苷（cGMP）、二酯酸甘油（DAG）、三磷酸肌醇（IP3）和钙离子等。

信号转导在细胞的正常功能与代谢中起着极其重要的作用，从受体接受信号至细胞对信号作出反应过程中的任何环节发生异常均可导致疾病的发生。阐明信号转导机制，对疾病的发病机制的深入认识和对疾病的诊断、治疗有极大意义。

信号转导的研究让我们了解到某些疾病的发病机制。例如，信号转导通路中受体异常是高胆固醇血症和重症肌无力患者的发病原因。在家族性高胆固醇患者中，其肝细胞膜上的低密度脂蛋白受體减少，致使肝细胞对血液中低密度脂蛋白的摄入功能降低，从而引发高胆固醇血症；在重症肌无力患者的体内，产生了抗乙酰胆硷受体的抗体，抗体与乙酰胆硷受体结合，使通过受体进行信号转导过程受阻，无法引起肌肉收缩，出现重症肌无力症。

2 干细胞研究与医学

人类的机体由200多种不同类型的细胞组成，这些细胞的结构和功能各异，是细胞分化的结果。这些不同的细胞都来自一个细胞，即受精卵。目前，人们认识到细胞分化的实质是基因的选择性表达，是胚胎细胞逐渐由“全能”（胚胎干细胞）——“多能”（多能干细胞）——“单能”（组织特异性干细胞）——“终末细胞”的发育过程。

从受精卵经过一次、二次、三次分裂形成八个细胞之前的细胞和其受精卵一样，均能在一定条件下分化发育成完整的个体，称为“全能性干细胞”。随着发育的进行，早期胚胎形成一个中空的球形结构，称为胚泡，在胚泡内的一侧出现一个小的细胞团，即内细胞团。内细胞团细胞虽具有分化为成熟个体中所有类型细胞的潜能，但已没有形成一个完整个体的能力，所以只能称为“多能干细胞”。多能干细胞进一步增殖和分化，则形成各种组织和器官的细胞即组织特异性干细胞，它是一种“专能干细胞”。

干细胞的研究与技术的兴起，为治疗人类某些难以治疗的疾病开辟了前所未有的前景。如组织与器官移植是当代医学的巨大成就，已挽救了无数人的生命。但这一技术的发展，面临着两大难题：一是供体不足，致使许多病人在漫长的等待中不幸离去；二是移植后的排斥反应。为抑制排斥反应，患者不得不终身使用免疫抑制剂，而免疫受到抑制则导致容易感染，且用药还会导致肝、肾损伤。现在，胚胎干细胞可以在体外培养、传代，且保持其无限增殖能力和多向分化潜能，这使人们看到了彻底修复和再生人体病变器官的前景。利用胚胎干细胞，克隆人体组织器官，既解决了供体不足的问题，也避免了免疫排斥反应，为组织器官移植的开展带来了福音。

如将不分泌抗体的骨髓瘤细胞与分泌抗体的B淋巴细胞进行融合得到的杂交瘤细胞，一方面可如同骨髓瘤细胞那样无限生长，另一方面又如同B淋巴细胞那样分泌抗体，由此产生的抗体称为单克隆抗体。基于单克隆抗体的高度特异性，目前在临床诊断和治疗方面得到广泛应用。

由于干细胞具有自我更新，并能分化产生某种（或多种）特殊细胞的生物学特性，因此可用来治疗某些疾病。如帕金森病，就是由于大脑黑质能产生多巴胺的神经元退化所引起的一种疾病。由于多巴胺的不足或缺失，患者会出现运动障碍，即不随意的颤搐及反复肌肉运动。神经干细胞具有被诱导分化为多巴胺神经的潜能，将体外扩增的人神经干细胞移植到患帕金森的大鼠模型中，能在大鼠体内分化为成熟的分泌多巴胺的神经元，从而改善了大鼠模型的帕金森病症状。

应用于细胞工程开展的细胞治疗，用来治疗心肌梗死、糖尿病、血液病等提供了良好的前景。

3 细胞增殖与医学

细胞增殖是细胞生命活动的重要特征，是个体生长发育的基础。组成人体的细胞多达2014个，是细胞增殖的结果。细胞增殖以周期性循环的方式进行，一个细胞经过一系列生化事件而复制它的组分，然后一分为二，这种周期性的复制和分裂过程即为细胞（增殖）周期。在个体发育中，胚胎期细胞分裂增殖极为活跃，成体期除部分细胞不断分裂增殖之外，大多数细胞的增殖速度减慢，有的甚至停止分裂。

细胞增殖失控与人类某些疾病如肿瘤的发生密切相关。肿瘤细胞的主要特征是细胞的无休止和无序分裂并形成肿块。因此研究细胞增殖与细胞周期的调控机制，也是了解肿瘤发生机制和控制肿瘤的重要途径。

癌基因及抑癌基因在细胞周期调控中有重要的作用。原癌基因是一种显性基因，在正常情况下较少表达或表达较低，但却为细胞生长、增殖所必需。原癌基因突变或过度表达，将导致细胞增殖发生异常，引发癌变。抑癌基因亦为正常细胞所具有，能抑制细胞恶性增殖，可作为负调控因子调控细胞周期的进程，如缺失或失活，将导致细胞增殖失控，发生癌变。

随着对肿瘤细胞周期变化研究的深入，一些新的肿瘤治疗方法，如基因疗法已经建立。基因疗法的主要特点是直接将肿瘤抑制基因注入到肿瘤细胞中，以弥补其细胞中因基因缺陷引起的功能紊乱，从而使肿瘤的快速生长及恶性转化受到遏制。

4 细胞衰老死亡与医学

细胞衰老与细胞死亡是生物界的普遍规律。人体内有200多种细胞，它们的寿命各不相同，例如红细胞的寿命仅为120天，肝细胞的寿命约为18个月，神经元的寿命与机体寿命大致相同。阐明这些细胞的衰老与死亡的机制，对于揭示生命的奥秘和延缓个体的衰老具有重要意义。

细胞衰老是指随著时间的推移，细胞的增殖能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程。机体的衰老是指绝大多数生物性成熟以后，机体形态结构和生理功能逐渐退化的过程。对多细胞生物来说，细胞衰老与机体衰老是两个不同的概念。个别细胞甚至局部许多细胞的衰老死亡并不影响机体的生命；同样，机体衰老并不代表所有细胞的衰老，同时机体衰老与细胞衰老之间又有着密切的联系。细胞是组成生物有机体的基本结构和功能单位，也是机体衰老的基本单位，因此机体衰老是以细胞总体的衰老为基础的，细胞总体的衰老反映了机体的衰老，也是老年病发病的基础。

迄今在细胞衰老机制研究上已取得了一些进展，如随着细胞分裂次数的增加，发现了染色体端粒的末端不断缩短；发现了影响线虫寿命的衰老基因和抗衰老基因；在过早老化的Werner综合症患者中，由于DNA复制时解旋障碍，其体外培养的细胞与正常人的细胞相比，只分裂了较少次数，就发生了衰老死亡。可以想象随着细胞衰老规律的阐明，人类延缓个体衰老的愿望将会实现。

细胞死亡是指细胞生命活动结束，可区分为坏死和凋亡两大类。细胞凋亡是指细胞在特定条件下，遵循自身的程序，而结束自己生命的过程，它是由基因控制的主动性死亡。细胞调亡异常将引起发育畸形，如并指（趾）、肛门闭锁、两性畸形和神经管发育缺陷等。一些神经退行性疾病如帕金森病、阿尔茨海默病等也与神经元凋亡密切相关。研究调亡的机制，不仅对揭示生命活动规律，也对了解疾病的发生、发展有重要意义，并有可能为细胞调亡的相关性疾病，提出有效的治疗手段。

5 细胞基因组学与医学

基因组是指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有不同染色体上全部基因和基因间的DNA总和。

我国已宣布启动“中国十万人基因组计划”。这是我国在人类基因组研究领域实施的首个重大国家计划。我们已经知道，基因是控制生物性状的结构和功能的基本单位；是有遗传效应的DNA片段；人类的生、老、病死等都与基因有关，这个计划就是要绘制中国人精细基因组图谱。一旦基因组图谱绘制完成，就等于彻底破译了中国人体25000个基因的密码，中国人的疾病、健康与基因遗传的关系将一览无余。比如癌症是人们眼中的噩梦，但是说到底是一种遗传病，解铃还需系铃人，要从根本上征服癌症还得通过基因。如果将基因科学与人工智能结合起来，对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加，将可以改造人体内的“基因软件”，即人体内的25000个基因小程序，通过重新编程，从而帮助人类远离疾病和衰老。

综上所述，细胞生物学、分子生物学与医学密不可分，它们的最新研究成果，都将推动医学不断向前发展，造福人类。

参考文献

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