細 胞 (cell)
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細胞(cell)是構成人體基本的結構和功能單位。眾多形態相似功能相近的細胞由細胞間質組合成的細胞群體叫做組織。
人類細胞由細胞膜、細胞質、細胞核構成。 細胞是生命的基本單位，即細胞是一種物理性實體。
比細胞小的物質單位不存在生命所具備的增殖、突變以及對刺激反應的能力。
我們可以把細胞打碎，用離心方法分離其中某些成分進行研究。這些碎片可以暫時繼續進行它們的許多活動，
諸如消耗氧氣、酵解糖分，甚至形成新的分子，但這些個別的活動不能組成生命。
正如亞原子質粒的行為並不等同於完整原子的行為一樣，打碎的細胞再也不能無限地延續生命活動。病毒比細胞小，
也不那麼複雜，但不能獨立生存，必須寄生在細胞中。
與原子和分子比較，細胞是大得多複雜得多的單位，是有一定邊界、內部進行著恒定化學活動的和能量運轉的小天地。
在通常的溫度下沒有化學活動的細胞是死細胞。
生物是開放的系統，不斷消耗能量、轉化能量和攝入能量。
一切物理及化學過程均趨向平衡，由有序狀態趨向無序狀態。一個系統一旦達到平衡，它內部的能量呈最大的無序狀態。
無序的能量稱為熵，不再用於作功；用於作功的總能量成分即有用能，稱為自由能。
宇宙整體的熵由於退降過程而增大，趨向最小自由能或最大熵狀態。
生物是這一過程的受惠者。綠色植物或某些細菌通過光合作用或化學能的利用，
從無序中繼續建立有序，維持高度的自由能狀態。動物和微生物利用低級形式的能，即食物的有機分子的化學能，
維持同樣高度的自由能狀態，但能量利用率低，明顯增大環境中的熵。
生命現象基本上是能量轉換和能量消耗的過程，只有在提供各種所需能量的情況下，生命才能夠繼續存在。
生物的這種特性是由於細胞的特性決定的。
這是因為細胞是一個開放的系統。不但單細胞生物還是多細胞生物，其存在都必須要求能量獲取，能量利用和能量釋放，
這過程也可以稱為能量代謝。生命一旦發生，就獲得了控制周圍環境的手段，在某種意義上支配外界能源為其自身使用。
正是因為要增強能量獲取和能量利用的能力，細胞才會積聚在一起，有所分工，形成複雜的多細胞生物，
人類正是細胞有效集結的最高體現。
在漫長的進化過程中，在存在需求和發展需求以及生存競爭和環境的共同作用下，
生命（細胞）通過某種方式獲得特定類型的結構。生命系統的能量支配不是隨意的，而是由細胞特殊部分的編碼資訊所指導的。
支配能量的結構和方式的演變，構成了生物進化的過程。
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| 動物細胞 | 植物細胞 |
細胞可分為兩大類：原核細胞(prokaryotic cell)，以細菌和藍綠藻為典型代表；
真核細胞(eukaryotic cell)，見於所有的其他生物。
病毒可能是完全退化的細胞，或細胞片段，除核酸形式的遺傳裝置以及蛋白質形式的保護和感染裝置以外，
所有其他非必需的結構均已丟失，不能獨立生存，必須感染細胞才能增殖。
原核細胞為已知的最簡單的細胞。
我們人的細胞是真核細胞，在《身體奧秘》裏知道這點就夠了。
其實，在這些年的資料研究中，我發現人類對細胞的認識真的很有限，有太多無法解釋的現象和結果。
比如我一直疑惑是什麼原因使RNA選擇性地降解，而斷裂的部分在重組時如何不出差錯。沒有答案。
輻射能一旦被細胞攝取並轉變成化學鍵能，則在細胞內進行的全部其他過程均通過化學反應完成。
細胞及其作用取決於細胞內正在發生的和已經發生過的化學反應。
酶控制細胞內及細胞之間的全部化學反應以及最終地控制全部能量使用，
所以正是細胞的酶複合體為細胞提供一種專一的物質。酶是首先被細胞利用的可見編碼資訊的表達。
心總體也是同源編碼資訊的表達。
酶是高度專一的生物催化劑。
每一類酶控制一個特殊的化學反應，不是決定反應是否發生，而是決定反應進行的速度。
細胞是一個精確的團結系統，如果正常行使功能，則細胞內發生的化學反應必須在時間、部位和速度上受到控制。
一個細胞可能具有上千種酶。
酶在細胞中一般不是自由漂浮的，尤其真核細胞，酶嚴格地分隔或定位在細胞膜內或膜上，
在核、線粒體、葉綠體（植物）、溶酶體、過氧化質體及液泡內，以及確有膜結構存在的部位，
如內質網及高爾基複合體中。
一般酶不能在遠離反應部位進行作用，就科實現酶作用的空間控制，使這個化學反應過程不受細胞內其他過程的影響。
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發育中的生長不僅只是細胞增大或增殖，它是一種錯綜複雜的形式，不同時期有不同的生長活躍中心和不同發育速度。
這些中心的協作，使生物體的形狀以及功能得以成分發展，使人於動物相區別，人與人相區別。發育還包括分化。
一個未分化的細胞，由於連續變化的過程，漸漸轉化成一個專門化的細胞。
當不同的細胞獲得（或失去）特殊的結構和功能的性質時，這些細胞就變得專門化，在不同的方面發揮各式各樣的作用，
具有功能的生物體就有了不同的細胞和組織。
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分化是一個定向的變化過程，這是無機界所沒有的現象。
在生命是有創造性的意義上講，分化過程亦是有創造性的，因為除了一切細胞共有的一般特性之外，
又增加了專門化細胞所特有的結構和功能。
分化賦予集體不同的外形、功能和行為，但無損于作為一個有機體的整體性。
已分化的細胞仍然保留著為完整生物體進行全部活動所必需的資訊，
一切細胞具有同樣的潛能和製造生物體全部蛋白質的能力。
細胞分化不是由於遺傳學潛能的變化，而是由於那種潛能的不同表現。
決定潛能如何表現的，是細胞本身所處的環境，尤其是核本身所處的環境。
細胞由於分化而經歷了許多變化，要恢復原狀，即使不是不可能，也是困難的。
愈專門化的細胞類型，要改變其分化的程度就愈困難，不管是直接改變還是通過移植細胞核改變。
在多細胞生物體中，分化是一項進行性的事，需要幾代細胞才能達到最後穩定的分化狀態。
當分化過程達到某種程度後，細胞就受到限制，不容易由此改變其分化的途徑。
在多細胞生物體中，協調的發育依賴於不同的細胞和不同組織之間的相互聯絡，激素就是參與這種聯絡的化學物質。
它產生於生物體的某一部位，而在另一個不同部位發揮效用。
對激素有反應的細胞，必須具有能接受激素作用的受體，還必須具有導致特定的生化改變的反應能力。
某些激素，即使一點都沒有進入細胞，也可以發揮它們的效用，它們在細胞表面同特定部位相互作用，
隨後，細胞內部發生相應的變化。
為什麼說細胞是生命之磚?
我們身體的任何器官或組織；都包含有這些基本的結構—-細胞.許多細胞結合在一起，就組成一種組織，
比如肌肉、神經，就是分別由肌肉細胞(如棱形的骨骼肌細胞)或不規則的呈放射狀的神經細胞聚集在一起，
細胞和細胞是由細胞間質(有如磚頭縫的泥灰)連結起來的。
身體中除組處中還有許許多多的器官，比如心、肝、脾、肺、腎、腦，還有五官、生殖器官等等。
這些器官全都是由不同的組織結合起來構成的。組織除去上面提到曲肌肉、神經組織外，還有上皮、結締兩種組織。
拿腸胃來說吧，都是由靠近胃腸內腔的一層上皮細胞、中層肌肉組織和最外一層結締組織組成的。
這些組織結合在一起，共同完成時食物的消化任務。
從結構上面，本論細胞有多麼大的差異，其基本結構都是相似的。大致可以分成細胞膜、細胞質和細胞核這三部分。
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細胞膜是包裹整個細胞外的一層薄膜，其厚度大約只有75埃(一埃是一釐米的一億分之一)。
近年來，人們用電子顯微鏡的技術把細胞放大數十萬倍觀察了細胞膜。
發現它並不是毫無構造的一層簡單的膜，而是具有一定形態結構和十分重要生理功能的一層生物膜。
再說，它也不是“天衣無縫的，而是有著小小的“豁口”，由這裏通過微細的管道，與細胞內的各種結構及細胞核相互通聯。
細胞內進行著各種人體生命必不可少的生理活動，
如新陳代謝(吸收各種營養物質排出代謝廢物)、生物電的發生、免疫活動等等，都靠這層薄膜來維持。
它對物質的通透性，具有嚴格的選擇作用，只有生命活動所需要的各種物質，它才予以“放行”，其餘的一律拒絕通行。
細胞質是包裹在細胞膜內的半透明的膠狀物質。
含有大量水分、無機鹽，當然還有蛋白質、糖類和類脂質。在這裏面，還有許多種有形的結構，
例如膜狀的內質網、溶酶體、內網器、線粒體等等，它們有的負責供應身體生理活動所需要的能量(細線粒體)，
有的負責貯存細胞合成的營養物質，待需要時再輸送到細胞外(如內網器)，有的則負責細胞的繁殖和分裂(如中心體)。
細胞核是細胞膜內最大的結構，也是細胞的主要構成成分。核的外面也有一層膜包裹，叫核膜，
核膜內就是核質，核質包含一個或數個較緻密的核仁，以及其他一些小塊或小粒，稱為染色質。
核仁含有核糖核酸(RNA)，它是負責人體蛋白質合成的。染色質中含有去氧核糖核酸(DNA)，
它含有遺傳物質和資訊，決定著人體的性別、遺傳特徵等等。
從這些結構來看，小小細胞雖然只能在顯微鏡下才能見得到，但它卻是人體生命活動的中心，
是構成人體最重要最基本的單位。
人體的最基本結構、功能單位是細胞，細胞由細胞膜、細胞質和細胞核三部分組成。
人體的細胞形態多種多樣，有扁平狀、立方形、棱柱狀、圓球形、長梭形、圓柱形和多突起的各種形態，
表現出一系列的生命活動現象，即分裂、繁殖、生長、發育、衰老和死亡。
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1. 平常狀態-- 注意centrosome 位於細胞的中央 因此而得名. 2. 同一個細胞, 未將DNA的染色加上, 可以清楚看到centrosome 是微管束的organising ventre. 3. 細胞分裂時, centrosome 移到已複製的細胞兩邊, 然後將紡錘絲往兩個相反方向拉; 紡錘絲會將染色體 (凝聚與複製的DNA) 抓住. 4. 細胞分裂的後期. 微管束集中於兩個尚未裂解的子細胞中. 5. 快要分裂完成的兩個子細胞. 細胞的形狀與結構大致恢復. http://www.hellouk.org/forum/lofiversion/index.php/t106906.html |
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體內最大的細胞
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體內最大的細胞有各種說法：
（1）按細胞直徑而言，要數卵細胞，
其直徑約200微米（1微米＝1/1000毫米）。
（2）以細胞長度來說，當之為骨骼肌細胞，長的可超過4釐米。
（3）而以細胞突出的長度來劃分，當之無愧的是神經細胞（也稱神經元）。
神經元的軸突長的可達1米以上。
故神經元可稱之為體內最大的細胞了。
它們的活動受機體神經體液因素的調節。
線粒體最多的細胞
人體內線粒體最多的細胞是肝臟的肝細胞。
每一個肝細胞內約有2000個線粒體。
正常線粒體壽命為一周，線粒體可以通過分裂增生。
線粒體的主要化學成分為蛋白質，約占65%，
其他成分為甘油脂、卵磷脂、腦磷脂和膽固醇等。
線粒體內含有多種酶（蛋白質），
主要作用是為細胞功能活動不斷提供能量，
細胞生命活動所必需的總能量中，大約有95%來自線粒體。
肝細胞是體內生命活動最活躍的細胞。
溶酶體最多的細胞
溶酶體普遍存在於各種細胞中，不過數目不多，較線粒體為少得多。
最多要數巨噬細胞，溶酶體內含有50多種水解酶。
能夠消化細胞內衰老死亡的細胞器和吞噬進入細胞內的物質。
因巨噬細胞具有很強吞噬和參與免疫應答作用。故溶酶體最多。
內質網最多的細胞
漿細胞是含有內質網最多的細胞。漿細胞是由B淋巴細胞在抗原刺激下分化增生而來的，是一種不再具有增殖分化能力的終末細胞。
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各種血細胞模式圖（右圖）1.紅細胞、2.嗜酸性粒細胞、3.嗜鹼性粒細胞、4.中性粒細胞、5.淋巴細胞、6.單核細胞、7.血小板 |
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壽命最長的細胞
細胞是具有生命的機體結構和功能單位。人體所含細胞數量的多少，取決於個體的大小， 而且細胞數量幾乎每一瞬間都有變化。
細胞是在不斷生長繁殖之中，所以存在細胞壽命長短問題，這種長短，各類細胞差別也很大，
如很多人知道的紅細胞壽命大約120天，而神經細胞的數量，出生時有多少以後就有多少，不能增加，可見神經細胞的壽命最長。
俗話說：“萬兩黃金易盡，一線江河永存”，
腦細胞死一個就少一個、衰老便不由人願了，可見“笑一笑十年少，愁一愁白了頭”是有些道理的。
細胞的跨膜信號傳遞功能
不論是單細胞生物或組成多細胞有機體的每一個細胞，在它們的生命過程中，
都會不斷受到來自外部環境的各種理化因素的影響。
在多細胞動物，由於絕大多數細胞是生活在直接浸浴它們的細胞外液、即內環境之中，
因此出現在內環境中的各種化學分子，是它們最常能感受到的外來刺激：
這不僅是指存在於細胞外液中的激素或其他體液性調節因數；
而且就是在神經調節過程中，當神經資訊由一個神經元向其他神經元傳遞或由神經元傳給它的效應器細胞時，
在絕大多數情況下，也都要通過一種或多種神經遞質和調質為仲介，
通過這些化學分子在距離極小的突觸間隙液中的擴散，才能作用到下一級神經元或效應器細胞。
儘管激素和遞質（或調質）等分子作為化學信號在細胞外液中播散的距離和範圍有所不同，
但對接受它們影響的靶細胞並不存在本質的差別。
機體和細胞也可能受到化學信號以外的其他性質的刺激，
如機械的、電的和一定波長電磁波等來自外界環境的刺激的影響；
但在動物進化的過程中，
這些刺激信號大都由一些在結構和功能上
高度分化了的特殊的感受器細胞來感受，
引起相應的感受器細胞出現某種電反應。
仔細分析各種感受器細胞接受它們所能感受的
某種特異刺激信號的過程時發現
（如耳蝸毛細胞接受聲波振動和視網膜光感受細胞接受光刺激等），
它們也涉及到外來刺激信號的跨膜傳遞，
即刺激信號也要先作用於膜結構中的感受性結構，
才能引起感受器細胞的電變化和隨後的傳入神經衝動。
不論是化學信號中的激素分子和遞質
（包括數十種可能起調質作用神經肽類物質）分子，
以及非化學性的外界刺激信號，當它們作用於相應的靶細胞時，
都是通過為數不多、作用形式也較為類似的途徑來完成跨膜信號傳遞的；
這些過程所涉及的膜蛋白質也為數不多，在生物合成上由幾類特定基因家族所編碼；
正因為如此，由每個特定基因家族所表達生成的蛋白質分子，
在肽鏈的氨基酸排列順序上有較大的相同性（或同源性，homogeneity），功能上也較為類似。
因此，關於跨膜信號傳遞的研究，早已超出了遞質或激素作用機制的範疇，成為細胞生理學中一個有普遍意義的新篇章。
試想，人體細胞都具有相同的遺傳基因，因而一個感光細胞或一個普通體細胞，通過細胞膜上類似的蛋白質，
以類似的方式接受它們所受到的外來刺激，可引起細胞本身功能的改變；
而且各種不同的細胞通過少數幾類膜蛋白質和幾種作用方式，就能接受多種多樣可能遇到的外界刺激信號的影響，
顯然符合“生物經濟”的原則。
癌基因和跨膜信號傳遞近年發現與上述跨膜信號傳遞有關的一些蛋白質，
如受體、G-蛋白、各種生長刺激因數和營養因數、以及各種蛋白激酶等，它們在細胞內的生物合成，
是由人正常染色體中被稱為細胞原癌基因（cellular proto-oncogene,進行表達時稱細胞癌基因）的一類基因
所編碼和表達生成的。
這些基因所以被稱為原癌基因，是因為它們的鹼基排列順序同一些（近100種）能在動物引起腫瘤的病毒DNA
（或稱病毒癌基因，viral oncogene）的鹼基排列順序相一致。
關於細胞癌基因與人類腫瘤發生的關係目前尚不清楚，但它們的正常表達產物，
卻是人體無時無刻不在進行著的各種跨膜信號傳遞過程所必需的。
試設想，如果由於遺傳和變異等原因使細胞不能合成結構和功能正常的G-蛋白，對人體將會有何等廣泛而重要的影響！
另外，在細胞原癌基因中，有一類可被胞漿中產生的第二信使等物質所啟動，生成某種蛋白質；
但它們在胞漿中生成後，一般又進入核內，進而誘導另一些基因進行表達。
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| 細胞吞食細菌 | 吞食完細胞死亡化膿死去 |
這類癌基因從啟動到蛋白質生成，比一般基因表達為快，
稱為快速基因（或即早基因），
而它們生成的蛋白質的作用則是啟動另一些（可能在細胞功能活動中更重要）基因的表達，故快速基因的表達產物可稱為轉錄調節因數或第三信使。
所以稱為第三信使是因為它們由第二信使類物質的作用而生成，
而它們自身的作用又引起新的基因表達，
生成一些可能對細胞結構和功能有較長遠影響的蛋白質。
這樣外來信號（第一信使）不僅通過第二信使的合成在胞漿中引起一些即時反應，還可能通過第三信使引起細胞功能和結構長時間的適應性改變。
http://www.zgxl.net/sljk/imgbody/xibao.htm
螢光顯微鏡下美麗的細胞圖案 TemplarAlexMay 12 2006, 07:12 PM
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| 小鼠舌頭肌肉的橫截面 | 纖維細胞的微管 | 小鼠內耳毛細胞 |
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| 複雜的大腦 | 果蠅肌肉纖維 | 小鼠內耳的組織結構圖 |
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| 複雜的大腦 | 小魚的魚鰭骨 | 山羊骨放大了4倍 |
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血液世界的南丁格爾－－內皮先驅細胞 (科普知識)
在人體的循環系統中，內皮細胞形成單一細胞厚度的血管內壁，提供血液與其他系統間極重要的生理介面。 藉由內皮細胞分泌特殊細胞訊息分子，如一氧化氮，或表面上表現黏附分子， 如細胞間黏附分子，以調控血管的生理功能，並負責營養物質的穿透與傳輸，扮演著血液與血管間平衡循環的角色。
在正常生理狀況下，血管內皮細胞具有不易沾黏的表面，使得血液循環系統中的白血球或血小板不會隨意沾黏及活化， 以維持循環系統的平衡。 但當受到特別的刺激時，如細胞發炎或外傷，內皮細胞會快速活化，分泌出細胞訊息分子及細胞激素， 並改變細胞表面黏附分子的表現，以吸引並活化白血球和血小板至發炎位置巡視， 幫助免疫系統啟動清除受傷細胞或保護的功能。 除此之外，內皮細胞也會產生及分泌一氧化氮並提供給血管壁上的平滑肌細胞，以改變血管壁的收縮與舒張， 藉此調控血壓以維持循環系統的運轉。
越來越多的研究顯示血管內皮細胞的功能不良，會使得血小板或其他白血球容易黏附在血管壁上， 甚至一氧化氮產生缺失也會導致血管收放失常，並伴隨著發生失調的發炎反應，心血管方面的疾病因而逐漸形成。 因此一般認為內皮功能障礙和內皮細胞不正常死亡，會造成血管內皮層的不完整性， 而這種不完整性就是心血管疾病發展早期的病理特點。
但是內皮細胞受損或死亡後，出現空隙的內皮就不會再長回嗎？從血管再生醫學的相關研究中可知， 若血管內皮出現空隙，則鄰近的內皮細胞在活化後，會移動並增生以重新建立完整的血管內皮面。 但是由於成熟的內皮細胞的增殖能力有限，生長速率緩慢，再加上發炎後許多免疫細胞會活化，平滑肌細胞開始增生， 在複雜交互作用下就漸漸形成動脈硬化斑，而使血管內徑縮減，最後導致動脈粥狀硬化等心血管疾病的出現。 因此若能快速地修補血管內皮層以維持完整性，或許能防止血管壁上的傷害。
但只靠內皮細胞自行修補就夠了嗎？非也。在這個血管再生醫學與心肌修補的舞臺上， 近來出現了一個新興的角色－內皮先驅細胞，它充滿活力地從骨髓往心血管受損部位前進， 投身救援血管內皮層，幫助建立完整的內皮層，防止心血管疾病更進一步的發展。
粉墨登場
在成人流動的血液中，數以千萬的血球不停地漫遊著，稀少的內皮先驅細胞匿跡其中，要找到它猶如大海撈針。 它究竟是如何被發現的呢？其實早在 1932 年它就已偷偷地嶄露頭角了，當時研究人員利用體外培養血球細胞， 發現有類似微血管的結構生成，他們推測在眾多血球細胞中，應該隱藏著具有血管再生能力的神祕細胞。 直到近年，研究人員利用細胞表面特殊抗原，從成人周邊血中篩選出帶有特殊身分，即細胞膜表面抗原的細胞， 終於成功地把這位神祕客分離出來。
在體外培養系統中，也可以發現神祕細胞會形成類似胚胎血管發育的「血島」結構。在胚胎發育血管系統時， 血島中間圓形細胞便是胚胎血球先驅細胞，邊緣則是紡錘形的胚胎內皮先驅細胞。
若進一步給予這似血島的結構適當的生長因子，如血管內皮生長因子或鹼性纖維母細胞生長因子等， 可刺激紡錘型的先驅細胞分化為鵝卵石狀的成熟內皮細胞，並表現出內皮細胞特有的功能蛋白。 若再把這紡錘狀細胞植入缺血動物模式中，發現它居然會移動至血管內皮層受損位， 並嵌入內皮層分化成新的內皮細胞，形成完整的內皮細胞層。
更驚人的是，這類細胞也會幫助缺血部位的新血管生成，甚至有轉分化為心肌細胞的報導出現。 至此，隱藏在成人周邊血中的紡錘形細胞，即內皮先驅細胞，正式成為未來治療心血管疾病的一大利器。
整軍備戰
內皮先驅細胞就跟其他血球細胞一樣，都來自骨髓。從骨髓整裝出發後，經由受損細胞所分泌的細胞激素指引後， 到血管內皮受損部位進行修補再生，完成它神聖的使命。目前可以把內皮先驅細胞的血液旅途，分為 3 個階段。
動員時期：當組織缺血導致細胞失氧或內皮細胞發生發炎反應時，會釋放出許多細胞激素或生長因子， 如血管內皮生長因子、顆粒性白血球菌落刺激因子、基質細胞衍生因子等。這項訊息猶如電報般傳遞至骨髓， 因而促進內皮先驅細胞增生並釋出至血液中，開始了它的旅途。
導引時期：當內皮先驅細胞進入血液流動後，可能會藉由內皮層受損部位所釋放出的細胞激素或其他生長因子， 再加上內皮先驅細胞表面表現出的接受器的導引，去找尋受損部位。
貼附分化時期：在血管內皮受損位置附近的細胞，因產生發炎反應而釋放出許多細胞激素， 導致本來不表現特殊沾黏分子的內皮細胞，受誘發而大量表現出許多沾黏分子，以幫助內皮先驅細胞、 血小板和相關免疫細胞的貼附。甚至脫落或死亡的內皮細胞也會空出內皮層位置，裸露出內皮下層的細胞基質， 導致血小板活化，進而幫助內皮先驅細胞的貼附。貼附好的內皮先驅細胞可藉由血流及生長因子的刺激， 開始分化走向成熟的內皮細胞，犧牲奉獻成為血管內皮層的一員，到達血液旅途的終點。
危險因子
既然內皮先驅細胞可以保持血管內皮的完整性，為何心血管疾病總是勇奪十大死因之一呢？ 目前認為心血管疾病的發生，大多是因為後天危險因子或遺傳因子所造成的， 例如抽煙、肥胖、缺乏運動、神經緊張等，這些危險因子就像毒藥慢慢侵蝕著身體，就連內皮先驅細胞也難逃其毒手。
動物實驗證實，許多後天危險因子都會造成內皮先驅細胞的數目降低， 例如肥胖會造成體內氧化型低密度脂蛋白過多，過多的氧化型低密度脂蛋白就像煙霧彈般， 影響內皮先驅細胞的血液旅程。當身體內受損細胞發出信號時，血管內皮生長因子就活化內皮先驅細胞， 幫助增生及分化。然而氧化型低密度脂蛋白會抑制血管內皮生長因子的細胞內訊息傳遞， 猶如煙霧彈遮蓋了信號，使內皮先驅細胞無法活化增生，但免疫細胞卻不斷活化， 導致血管內皮層逐漸累積傷害，最後變成動脈硬化及血管再狹窄。
另一方面，「老化」也對內皮先驅細胞有相當重要的影響。研究指出「老化」雖然不會影響骨髓內基本的造血功能， 但是對於內皮先驅細胞的動員或刺激分化的能力，卻會隨著年紀的增長，而越來越不易反應。 研究發現，銀髮族即使給予血管內皮生長因子或顆粒性白血球菌落刺激因子等細胞訊息電報， 經血液電傳給骨髓後，仍很難見到內皮先驅細胞的蹤影。
「老化」究竟如何影響這個機制目前仍然不清楚，但是艾德堡等學者做了一項有趣的實驗。 他們把年輕的骨髓取出，以體外培養方式獲得許多先驅細胞，再把它移植入老年鼠的體內， 發現可有效產生血管新生作用，改善缺血組織，並防止動脈硬化的發生。但若是用年老的骨髓實驗， 則不但無法進行血管新生，且有導致動脈硬化的危險。可見不同年齡的內皮先驅細胞，不只在數目上， 甚至在功能上都會出現差別。
這些危險因子的破壞行為與內皮先驅細胞的再生能力，就像是天平的兩端，決定了心血管疾病的發生率。 而我們能做的就是降低這些危險因子的影響，讓內皮先驅細胞永遠站在優勢的一端。
疾病指標
在心血管疾病的病人中，如高膽固醇血症、高血壓症及動脈硬化症，測量血中訊號的濃度， 如血管內皮生長因子，都發現有明顯降低的趨勢。若把內皮先驅細胞分離出，則除了數目較低之外， 其體外培養細胞所形成似血島結構的集落單位也較少。研究推論內皮先驅細胞的減少， 使得病人無法有效自行修復血管內皮層的功能。
值得一提的是，在病人進行手術或治療後，卻可以觀察到內皮先驅細胞的數目有回復的趨勢。 因此目前臨床醫學上認為，血液中的內皮先驅細胞或許可以當做新的血液測量指標，做為評估心血管疾病的發生、 治療及預後的參考。
大放異彩
當科學界知道了內皮先驅細胞的法力後，便迫不及待地希望能應用在心血管疾病的治療上， 目前已有第1期臨床試驗正在進行中。初步結果得知當病人發生急性心肌梗塞時， 若及時進行氣球擴張術後，再給予適量的內皮先驅細胞，可有效幫助降低心肌梗塞面積，並改善心收縮狀態。
在動物實驗中也發現，氣球擴張術會引起血管內皮層受損，導致血管壁上平滑肌細胞增生，造成動脈粥狀硬化。 但若及時給予內皮先驅細胞，幫助血管內皮層修補，防止平滑肌細胞增生及更嚴重的發炎反應發生， 可明顯抑制動脈粥狀硬化的發生。
另一方面，臨床研究也發現在肌肉癱瘓病人中，注射自生性的內皮先驅細胞約6個月後， 受傷肌肉會開始回復知覺，並且逐漸可移動受傷肢體，或控制受傷肌肉。如此神奇的法力，若善加利用， 會成為心血管疾病病患的一道曙光。
體外培養
既然內皮先驅細胞未來可以應用於心血管疾病的治療，那麼人體內究竟有多少內皮先驅細胞可以利用呢？ 目前已知除了從周邊血可以分離出內皮先驅細胞外，在骨髓或臍帶血中也含有內皮先驅細胞， 可是這些來源都有「幹細胞再生療法」的重大缺點，即數量稀少。
在一般正常人的血液中，內皮先驅細胞約占所有單核球的 0.002％，若要進行有效細胞療法移植， 則一個成人大約需要 12 公升以上的血液。於是許多學者朝向以體外培養方式，使內皮先驅細胞增殖， 並維持分化的潛能，希望未來能有足夠的內皮先驅細胞以進行幹細胞移植療法。
那要如何增加內皮先驅細胞在體內的數目呢？例如適當的運動或給予特定藥物，如他汀（statin）或紅血球生成素， 都可以活化骨髓中的內皮先驅細胞增生，使漫遊血液世界的內皮先驅細胞變多。但若要用在心血管疾病的治療上， 或許仍要進行體外培養以獲得更多的先驅細胞。
目前已知在體外培養時，若給予適當的生長因子或藥物，如血管內皮生長因子，都可以增加內皮先驅細胞的數目。 可是當正常的內皮先驅細胞移植入病人體內時，若受到病人血液中危險因子的影響，便可能無法有效地執行任務， 如高膽固醇血症的氧化態低密度脂蛋白會誘發內皮先驅細胞走向死亡，這時需要的是更強大的武器。
我們可以利用基因療法去改變內皮先驅細胞的能力，加強其再生能力並防止死亡， 例如把血管內皮生長因子的基因轉殖入內皮先驅細胞，使其大量表現出血管內皮生長因子，再移植入病人體內。 目前在動物實驗中證實基因改良後的內皮先驅細胞，移植後存活率增加，且血管再生能力更強， 使細胞移植療法又再前進一步。但是改良後的細胞是否可以受到身體調控機制的控制，或者有其他衍生問題， 則仍需要進一步的實驗加以釐清。
投靠惡勢力
對於身體而言，內皮先驅細胞確實是讓血管再生的一大功臣。然而不幸的是，它也有可能成為細胞惡徒癌細胞的共犯。 當身體內組織發生缺氧時，內皮先驅細胞會促進並參與血管新生的作用， 但腫瘤細胞卻會利用內皮先驅細胞血管再生的能力，幫助腫瘤細胞自我增殖與生存。
意即當腫瘤細胞不斷地增生形成細胞團塊時，團塊內部腫瘤細胞逐漸缺氧，因而腫瘤細胞開始分泌許多生長因子， 除壯大腫瘤的勢力外，也可逃避免疫細胞的辨認，其中血管內皮生長因子便是導引內皮先驅細胞前進的信號之一。 於是被欺騙的內皮先驅細胞開始為腫瘤細胞工作，新生血管給內部細胞提供養分，成為腫瘤幫派的新成員。
展 望
隨著許多國家人口老齡化問題加劇，心血管疾病已成為現代人的夢魘，雖然對於狹心症、急性心肌梗塞等心血管疾病 病理機制日益清楚，可是在內皮先驅細胞的研究上，還有許多機制仍然披覆著神祕的面紗，等待我們去探索。 相信內皮先驅細胞的研究未來一定可以成為一把利刃，切斷心血管疾病對現代人的糾纏。 |
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活躍的造血幹細胞 96/06/06 (科普知識)
作者： 姚少凌 食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心 黃效民 食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心
科學家針對具有形成各種血液細胞能力的幹細胞－造血幹細胞的研究，已經有超過 50 年的經驗， 並有足夠的知識和經驗應用於臨床治療上。西元 1945 年美軍的兩顆原子彈如同死神般降臨日本的廣島與長崎， 一方面結束了第 2 次世界大戰，另一方面也開啟了造血幹細胞研究的濫觴。 當時便發現人類經過大量放射線的照射後，會造成染色體變異與造血系統傷害的後遺症。
在 50 年代，科學家在老鼠的試驗中，確認放射線對生物體最直接的傷害是造成骨髓造血功能的破壞， 奠定了在 60 年代造血幹細胞的發現與骨髓移植的基礎。之後科學家發現不僅在骨髓中， 在經過顆粒性白血球群落刺激因子（G-CSF）藥物施打後的周邊血液，或是在新生兒的胎盤臍帶血液中， 同樣可以找到豐富的造血幹細胞，並可取代骨髓移植。自此之後「骨髓移植」正名為「造血幹細胞移植」， 成為所有幹細胞在臨床應用上的領先者。
造血幹細胞的特性
人體內的血液約占體重的 7 ~ 8％，以 60 公斤的成人而言，約有 4,200 至 4,800 c.c.， 血液分為血漿和血球兩部分。血漿略呈淡黃色，其中約有 9 成是水，其餘的大部分是血漿蛋白 （包括許多抗體、激素、酵素等），以及微量的養分、代謝廢物與氣體。
血球可分為淋巴系血球與髓系血球。淋巴系血球包括Ｂ淋巴球、Ｔ淋巴球與自然殺手細胞， 構成人體的免疫系統，循環全身，搜捕外來的抗原物質，並產生免疫反應把它消滅掉。 髓系血球分為紅血球、白血球和血小板，分別具有協助氣體運輸、防禦疾病、血液凝固等功能。
不同的血球細胞有不同的生命周期，從數小時到數個月都有，人體內每天必須產生約一千億個血液細胞， 以補充血液細胞正常的老化與耗損，並達到人體正常的生理平衡。 這麼大量血液細胞的生產，全部仰賴一群極少數的造血幹細胞，由此可見造血幹細胞在人體內的重要性與活躍的程度。
造血幹細胞是指在血液或骨髓中具有下列能力的細胞：能自我更新，即細胞在分裂後的子代中， 其中至少一個子代細胞保持與未分裂前相同的特性，並且能不斷地分裂； 能分化成多種特定的血球細胞；能從骨髓移動到周邊循環血液中以及回歸到骨髓中的能力， 這是造血幹細胞移植的重要基礎。
造血幹細胞在人體內定居的位置是骨髓，約占骨髓中單核細胞的百分之一，極少數的造血幹細胞會出現在周邊血液中， 約占周邊血液中單核細胞的千分之一（若經過 G-CSF 藥物的刺激，可以提升 10 倍， 這是周邊血液造血幹細胞移植的來源）。至於原本視為產後廢棄物的臍帶血， 在發現其中含有比率接近骨髓的造血幹細胞後，一夕之間廢土變黃金， 不僅帶動了臍帶血保存銀行的蓬勃發展，也為造血幹細胞移植提供了更多樣化的選擇。
造血幹細胞的判定
最早造血幹細胞的研究瓶頸在於判定何種細胞是造血幹細胞，以及何種不是， 且僅能知道在一群細胞中是否含有造血幹細胞，這個瓶頸的關鍵點在於血液中造血幹細胞的數量非常稀少。
為了突破這個瓶頸，科學家開始研發各種的測試方法來判定造血幹細胞，最早可以追溯到 1960 年代， 主要是針對造血幹細胞的定義與特徵進行探討。造血幹細胞外型與生理表現上類似白血球， 因此很難利用型態上大小與形狀的差異來分辨造血幹細胞。造血幹細胞的判定多半需要長時間的測試， 在實驗室中，通常藉由是否具有進一步分裂與分化的能力來判斷是否為造血幹細胞。
體外的測試是在一個模擬骨髓的環境中培養細胞， 這個環境通常是由老鼠的纖維母細胞或是人類的其他細胞所組成的，經過 6 周的培養後， 能夠存活下來的細胞就被視為具有長期分裂能力的細胞。 接著把存活的細胞種入含有特殊生長條件的半固態軟膠培養基中，經過兩周的培養， 若能形成各種不同血球前驅細胞的群落，就代表這些細胞具有進一步分化成特定血液細胞的能力。 同時具備長期分裂與特定分化能力的細胞，基本上才可認定是造血幹細胞。
在動物實驗中，多年來用來判斷從老鼠骨髓中取得的細胞是否為造血幹細胞的「黃金標準」， 是把細胞移植到經放射線照射破壞自身造血功能的老鼠體內， 如果老鼠能恢復健康，且體內能重新生產各種型態並帶有捐贈細胞基因標誌的血球細胞， 就可以認定移植的細胞中包含了造血幹細胞。 同樣地，把人類造血幹細胞移植到經放射線照射後的老鼠體內， 可用來測試這些細胞在老鼠生命周期中的自我更新與恢復造血功能的能力。 但是在人類長達數十年的生命周期中是否具有相同的結果，至今仍是一個相當大的疑問！
在臨床上，由於時間上的緊迫，必須快速地判定細胞的量和特性是否適合移植， 因此判斷是否為造血幹細胞的指標通常是根據細胞表面抗原的表現。 最常做為判定的抗原是 CD34，是一種細胞膜表面上的特殊蛋白。 一般而言，移植的標準是每公斤的病人需要 500 萬個帶有 CD34 表面抗原的細胞，才能保證移植的成功率。
許多的證據顯示，雖然造血幹細胞都帶有 CD34 表面抗原，然而並非所有帶有 CD34 表面抗原的細胞都是造血幹細胞。 經過長期的研究，逐漸發現真正的造血幹細胞的表面抗原表現應該是同時帶有 CD34、CD90、CD133， 以及不帶有 CD38 的細胞。利用細胞表面抗原的表現也只能做粗略的判斷， 直到現在，屬於造血幹細胞特有的專一表面抗原尚未發現。
造血幹細胞的應用
造血幹細胞的功能是負責生產各種成熟的血球，以維持血液系統的正常生理功能。 舉凡各種跟血液有關的疾病，或多或少都與造血幹細胞的異常有關， 因此大部分都能藉由正常造血幹細胞的移植來達到治療的目的。 這類的疾病包括常見的白血病與淋巴瘤（也就是通稱的血癌）、遺傳性的貧血與代謝異常 （如鐮刀型貧血、Fanconi 氏貧血、黏多醣症等，其中 Fanconi 氏貧血是世界第1例利用臍帶血移植來治療的疾病）， 以及自體免疫性疾病（包括類風濕性關節炎、紅斑性狼瘡等）。
在治療上，病人先經過放射線治療或化學治療，並盡可能地用最大限度來破壞異常的骨髓造血系統， 然後再進行正常造血幹細胞的移植，以進駐之前骨髓所清出的空間來發揮功能，恢復病人正常的造血能力。 通常移植的造血幹細胞必須經過人類白血球細胞表面抗原（HLAs）的比對，以降低病人的免疫排斥反應。
所謂的人類白血球細胞表面抗原，簡單來說就是白血球的血型，一共有 6 個位點， 病人與捐贈者的比對必須達到 6 個位點完全符合，才能進行骨髓或是周邊血液造血幹細胞的移植。 通常在親兄弟姐妹中，約有四分之一的機率可以完全符合，至於無血緣者間比對相符的機會很低， 大約是十萬分之一。由於新生兒的免疫系統尚未發展成熟，因此利用臍帶血移植的優點是在比對上比較寬鬆， 只要達到 4 個位點以上的符合就能夠進行移植，這也是為什麼許多國家都有公營或私人的臍帶血庫的建置。
造血幹細胞應用的展望
造血幹細胞的體外增殖：造血幹細胞移植的成功與否，除了人類白血球細胞表面抗原比對是否符合外， 另一個關鍵的因素就是造血幹細胞數量是否足夠。臨床上最常遇到的數量不足的情況有兩種， 一是進行臍帶血移植的時候，二是癌症病人進行自體造血幹細胞移植的時候。
臍帶血中雖有較高比率的造血幹細胞，然而所能收集的血液體積有限（約 100 c.c.或更低）， 導致移植時一般局限於體重 20 公斤以下的患者。此外，在癌症患者由周邊血液收集造血幹細胞以進行移植時， 常常因為疾病的本身就屬於造血功能方面的疾病，導致所能蒐集到的正常造血幹細胞不足，無法達到治療效果。
因此目前在造血幹細胞的發展上，最急迫的就是開發符合臨床要求的造血幹細胞體外增殖培養系統， 使少量且珍貴的造血幹細胞得以大量地增殖，以達到臨床移植數量的標準。
固態腫瘤的治療：造血幹細胞除了一般認為具有恢復造血的功能外，還有一個令人驚訝的特性， 就是它能夠攻擊腫瘤細胞。在臨床上，針對患有轉移性腎癌的 38 名病患進行異體造血幹細胞的移植， 發現約有一半患者的腫瘤體積會縮小。目前推測原因在於雖然病患體內的腫瘤能夠躲過自體免疫系統的攻擊而長大， 然而新移植的異體造血幹細胞，能夠在病患體內建立新的免疫系統，具有對癌細胞進行毒殺的能力， 也就是所謂的 Graft-Versus-Tumor，進而抑制腫瘤的生長或是消滅腫瘤。
目前這類的研究已經擴展到其他固態腫瘤的治療，包括肺癌、前列腺癌、卵巢癌、結腸癌、食道癌、肝癌與胰腺癌， 在未來相信可以為癌症的治療帶來新的療法。
基因治療：自 1989 年的第一例人類基因治療到目前為止，已有上千件的臨床試驗計畫， 其中超過一半以上是針對癌症進行治療，也就是說基因治療應用於非遺傳性疾病更甚於遺傳性疾病， 由此可見基因治療的多樣性與重要性。然而多年來的研究仍有許多待突破的瓶頸， 例如病毒感染效率不佳、體外操作程序的複雜、外源基因無法長期表現、免疫排斥反應的產生等， 其中又以無法達到全身性的矯正是最大的難題。
利用造血幹細胞做為基因治療的靶細胞，有著勝過以其他細胞做為靶細胞的優點， 例如造血幹細胞具有自我更新與無限制分裂的能力，能解決外源基因無法長期表現的問題； 並且當造血幹細胞分化為血液細胞後，是屬於全身性的分布與循環，能夠達到最大範圍的基因矯正。 因此當前許多基因治療的計畫，都是以造血幹細胞為主要的研究對象。
多樣性分化：一般認為造血幹細胞只具有分化為各種血球細胞的能力，但是目前許多研究發現， 造血幹細胞另外有著令人訝異的跨胚層分化能力，能夠分化成為非血液系統的細胞， 例如血管內皮細胞、肝臟細胞、心肌細胞、神經細胞等。雖然這一部分的發現仍有許多爭議， 有人質疑可能是細胞融合所造成的假象，或是這些現象並非單獨由造血幹細胞造成的， 而是由多種的幹細胞或是更原始的幹細胞所表現出的結果。但無論是融合或是真正跨胚層分化能力， 只要有醫療功能，都為再生醫學帶來無窮的希望。
血癌幹細胞的研究：血癌發病的原因，一般認為是體內造血系統的調控機制產生錯誤， 造成特定的血球細胞大量增生，或是特定的血球前驅細胞無法進一步分化成熟。
近來有一些研究認為，血癌的產生是由一群血癌幹細胞所造成的。血癌幹細胞的特性接近造血幹細胞， 會不斷地產生血癌細胞，導致病人在經過治療後有相當高的復發機率。 因此有許多人提出針對血癌幹細胞的專一毒殺療法，來取代傳統全面性的破壞療法， 希望能提高血癌的療效，並降低復發率和治療過程對病人的副作用。
由於血癌幹細胞與造血幹細胞的性質相近，因此對造血幹細胞長期的研發經驗，可做為研究血癌幹細胞的基礎， 並且為開發血癌的新療法提供更有力的後盾。
經過五十多年來的研究與臨床試驗，造血幹細胞已經成為最被人們所了解的幹細胞，並且也是應用最廣的幹細胞。 直到今天，依然不斷地有快速的突破與發展，也為許多新的臨床治療奠定了良好的基礎， 甚至帶動了許多新興產業的出現。儘管如此，如何有效率地大量體外增殖造血幹細胞仍是首要的研究課題， 也是突破許多研究與臨床應用瓶頸的利器。相信在眾多研究人員不斷的努力下， 造血幹細胞的應用一定能發展得更「成熟」、「活躍」，為人類的生命帶來更好的保障。 http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2007&popsc_aid=77 |
(10月29日完稿)
