基因與複製

        繼「基因」（gene）及「複製」（clone）之後，經常出現在傳媒報導中的熱門生物醫學名詞，可說非「幹細胞」（stem cell）莫屬。這些名詞裡，「基因」已有近百年歷史，「複製」及「幹細胞」則出現較晚；只不過這兩個「新」名詞所代表的觀念或事物，卻比基因還來得更為久遠。同時，三個名詞之間，或多或少也有相關之處。

        「基因」是細胞遺傳物質DNA上，攜帶訊息的單位名稱，一般稱為生命藍圖之所在；但是基因攜帶的是製造蛋白質的編碼，並非完整生物體的構造圖，因此這種類比並不洽當。由於蛋白質是細胞裡真正做事的分子，只要生成了細胞所需的蛋白質，細胞構造及功能便得以維持。

        早在一九○九年，即有人提出基因這個名詞及概念，但DNA的結構直到一九五三年才遭到解開，基因的概念也才得以落實。隨著五十多年來分子生物學的進展，科學家不但有能力為基因定位、定序，甚至有辦法進行修改。二○○三年完成的「人類基因組計畫」，更進一步地解開了人類細胞核裡所有攜帶基因的DNA序列。　　

        基因也是生物體內重複性最高的物質。除了無核的紅血球及減數分裂生成的單套基因配子（卵及精子）外，其餘數十兆個體細胞的細胞核裡，DNA分子纏繞而成的染色體上，都帶有來自父母的雙套基因。每次細胞分裂前，需全盤複製細胞核裡的DNA，使子代細胞都具有完整的雙套基因。由於人類基因組帶有三十億個鹼基對，因此全盤複製的工作可是非同小可，然而那卻是體內上億細胞每天的例行工作。

        雖然人體每個體細胞都攜帶了全套的基因，但其中只有少數受到活化，執行個別細胞的所需功能，其餘則關閉不用。因此，分化成熟的體細胞，幾乎都失去了重新分化成其他種類細胞的能力，遑論形成新的個體。像人這樣的「高等」生物，除了靠精卵交配，生出新子代外，一般狀況下並無法靠自身的體細胞，「複製」出另一個分身。　　

        話雖如此，多年來還是有科學家一再嘗試利用生物的體細胞，複製出完整個體。最為大眾所知的，當屬一九九七年複製成功的桃麗羊；之後陸續複製成功的還有牛、豬、貓、鼠等動物，但報章媒體的關切卻大不如前。其實一般人有所不知，早在一九五○年代，就有科學家以青蛙細胞進行過相同的複製實驗，並於一九六二年取得成功，所以桃麗羊並非人為複製動物的首次成功案例。只不過桃麗羊的出現，顛覆了科學家多年來認為哺乳動物不可能複製的想法（青蛙屬於兩棲類）。　　

　　不論青蛙或羊的複製，皆非易事，除了得由體細胞的細胞核提供全套基因外，該體細胞核還需移入去核的卵細胞中，才能促使體細胞核「去分化」，回到原始狀態，再進行分裂及分化的過程。究竟卵細胞中的何種神祕物質能夠辦到這一點，目前仍是未解之祕。有朝一日，科學家如能全盤了解基因活化的控制方式，以及個體發生過程中，各基因活化的順序，或許就有可能從一個體細胞生成完整的個體，而毋需動用卵細胞，那才是真正地複製（正確說法是「無性生殖」）。

「試管嬰兒」

        除了引發體細胞去分化及再分化的做法，還在試誤階段外，如何控制後續的胚胎發育，難度更高；尤其是行體內受精及體內發育的動物，更是難上加難。一九七八年，第一位由體外人工受精的人類嬰兒露意絲‧布朗誕生，引發傳媒的大幅報導，一如十九年後的桃麗羊。同時，許多媒體更用上「試管嬰兒」這個聳動的名詞，給人帶來假象，以為利用體外人工受精所生出的小孩，真的在試管裡長到足月，但事實卻非如此。受精卵早期的分裂或許可在培養皿內進行，但五、六天大的受精卵分裂形成囊胚後，就必須植入母體子宮，進行著床，才可能完成後續的發育。即使是懷孕期只有二十一天的老鼠，其胚胎也無法在體外完全發育成熟，遑論懷孕期長達兩百八十天的人類了。　　

　　至於體外人工受精的做法，從二十七年前引人諸多疑慮，且招致大肆攻訐，至今已是許多不孕夫妻（甚至單身女性）自然而然的選擇。由此可見，人類容易對不熟悉的新事物產生排斥，習慣及了解以後，便不再心生畏懼。而體外人工受精技術的進步，更開展了產前基因診斷、胚胎篩選、基因治療、建立胚胎幹細胞株，甚至複製等一系列做法，其引發的爭議，比起體外受精來，更是有增無減。

胚胎發生

        生物如何發生、成長，向來是讓人感興趣的問題；我們也都曾聽聞送子娘娘、送子鸛鳥等描述新生命來源的神話。對行體內受精及懷孕的動物而言（包括人類在內），其發生、成長過程更讓人難以參透。比方說兩性春風一度（或好幾度），雌性的肚子就可能逐漸脹大起來；經過一定時間，一個或多個具體而微的生命，就從母體誕生，可「獨立」存活。再經過或長或短的成長時間，小生命發育成與父母一樣的成熟個體，又可重複父母所做過的事。　　

        由於體內受精與懷孕不易觀察，故行體外受精及發育的魚類與兩棲類，以及行體內受精、體外發育的爬蟲類與鳥類，就成為早期自然學者最愛觀察的對象。然而受限於過往時代的觀念及觀察工具，直到十七世紀顯微鏡發明之前，對於孕育新生命所必需的組成：精子與卵子，以及兩性對生殖的貢獻，仍多為臆測。譬如亞里斯多德認為：雄性的精液提供了胚胎的活性來源，而雌性子宮的分泌物（包括經血），則提供了營養物質。　　

        甚至到十九世紀，都還有許多人接受從古希臘哲人流傳下來的「先成學說」，認為男性精液裡帶有稱為「小人」的種子，然後在女性生殖器官的滋養下長大。這種「精原說」與《舊約聖經》的說法相符，因此得到教會的認可；甚至有人提出「人類整個種族早就都存於亞當的生殖器裡，等到存貨出清，人種也將滅絕」的說法。至於先成的個體存於卵子中的「卵原說」，也有人支持。就算顯微鏡的發明，讓十七、十八世紀的研究者看到精液中的精子及卵巢裡的卵子，由於原始顯微鏡的不夠精確，而造成許多人宣稱在精子或卵子中看到完整的小人，反而強化了「先成學說」。　　

　　描述精卵結合及早期發育的「胚胎學」，由十九世紀俄國學者馮貝爾（Karl Ernst von Baer, 1792-1876）所建立；他在顯微鏡下進行長時間的系列觀察，發現身體所有組織，皆由胚胎的三層組織發育而成。由於馮貝爾以及後繼研究人員的努力，先成學說終遭淘汰，由「後成學說」取而代之，即生物體內所有構造，皆由一枚受精卵不斷分裂生成的新細胞，分化而成。

幹細胞與再生

        早期的胚胎細胞擁有極大的彈性，是生物學家早已知曉的事實。譬如十九世紀末的研究人員將海膽的受精卵在分裂成兩個或四個細胞時，將這些細胞分開，結果每個子細胞都可以形成完整的個體；人類的同卵雙胞胎就是由這種方式產生。然而，受精卵在進一步分裂及分化後，就失去這份能耐了。即便如此，早期的胚胎細胞仍然具有相當大的潛力，能分化生成體內各式各樣的細胞。這種多功能的胚胎細胞，早在二十世紀初就為科學家所熟知，當時稱為「未分化」或「未決定」細胞，或稱「胚胎細胞」；至於「幹細胞」，則是相當晚近才流行的名詞。　　

        幹細胞之所以廣受四方矚目，與再生醫學的應用脫不了關係。人體各組織及器官，基本上都具有相當的再生及修補能力，其中尤以皮膚、胃腸道內膜、骨髓、肝臟等器官組織的再生能力，最為人熟知。此外肌肉、骨骼等組織，也可適度地進行修補與再生；只不過與能夠再生出完整四肢的爬蟲類及兩棲類相較，人類的再生能力實為有限。因為這些成體組織所擁有的「成年幹細胞」，只能形成該組織中有限的幾種細胞，而無法分化生成其他種類的組織細胞。

        而再生能力最差勁的人體組織，則非神經組織莫屬。長久以來，科學家認定神經細胞雖然可以產生新的突起及連結，卻無法再生；因此，人腦發育完全之後，其中的神經細胞數目就此固定，往後只會減少，不會增加。這種悲慘的前景，在脊髓受傷導致半身或全身不遂的病人身上，更是明顯，同時也強化了「老狗學不來新把戲」的說法。許多神經退化疾病，如帕金森氏症及阿茲海默症等，患者皆以老年人為主；看來人上了年紀，神經細胞數目逐漸減少，所以記憶變差、甚至智力下降，似乎都是無可避免的宿命！ 　　

        二十世紀結束前，除了人類基因組計畫熱鬧畫下句點外，還有一樁較少人宣揚的重大發現，就是成年人類的神經細胞仍有再生的能力。由於這項發現顛覆了科學界百年來的認知，所以從事這方面研究的科學家在未得到確切證據前，都不敢大聲喧嚷。早自一九六五年起，即有科學家陸續報導成年大鼠腦中的海馬有神經新生的現象，但都遭到學界的漠視。一九八三年，另有學者報導金絲雀腦中掌管歌唱的區域，有神經細胞再生的現象，且受雄性荷爾蒙的刺激。這項設計精巧的實驗雖然說服了不少人：脊椎動物的神經細胞有可能再生；但不相信靈長類動物（包括人）的神經元可再生的，還是佔大多數。　　

　　終究，人類神經元可以再生的確切證據，於一九九八年問世；那是以癌症末期患者為對象所進行的實驗，加上神經染色技術的進步，神經細胞的辨識比起以往更加方便且確定，也更容易取信於人。如今，成年人腦中的海馬及腦室壁具有神經幹細胞的存在，可不斷進行神經細胞的新生，已逐漸為多數人接受。問題是，這項能力與人類的記憶、經驗與智慧有何關聯；如何利用神經細胞的這份能耐，來治療或對抗一些神經損傷及退化疾病，則仍屬未知。

胚胎幹細胞的爭議

        由於胚胎初期的幹細胞擁有最大的潛能，可以分化成體內任何細胞，因而廣受醫學研究人員青睞。顧名思義，胚胎幹細胞的來源是胚胎；更確切地說，是卵子受精後四到六天、分裂形成的囊胚當中的細胞。經過無數次嘗試，從動物的胚胎再到人的胚胎，科學家終於在一九九八年成功建立第一株人類胚胎幹細胞。理論上，細胞株一旦建立後，即可不斷分裂形成新細胞，也可以冷藏、永久保存，待需要時再解凍使用。

        胚胎幹細胞的應用潛力固然無窮，但因牽涉到胚胎，一開始就爭議不斷；對於相信人的靈魂始於受孕的基督宗教而言，不論什麼理由，操弄胚胎本身就是不被接受的舉動。所以，從體外受精到體細胞核轉植，再到胚胎幹細胞的取用，一路遭受西方宗教界及衛道人士的反對，甚至訴諸政治面。譬如美國布希總統以一紙行政命令，禁止接受聯邦經費補助的研究單位建立新的胚胎幹細胞株，也不准使用二○○一年八月以後所建立的幹細胞株；理由即為保護胚胎。

        然而，自一九七八年第一位「試管嬰兒」誕生以來，人工輔助生殖診所如雨後春筍般冒出，以迎合不孕夫妻的需求。為確保懷孕成功，通常醫生會從婦女卵巢取出十來個卵進行體外受精，然後挑選最健康的幾個植入婦女子宮，其餘分裂至囊胚期的受精卵則冷凍保存，以備人工受孕不成時，可解凍使用。如果早先植入的受精卵著床成功，那麼這些冷凍的受精卵可能永遠也派不上用場，終將遭到拋棄的命運。由於每位進行人工受孕的婦女，都會冷藏四、五個或更多用不上的健康受精卵，日積月累下來，這些冷凍受精卵的數目相當龐大，單單一個人工生殖診所每年就有多達五千個用不上的受精卵紀錄，長期保存已成為一項負擔。

        由於這些注定報廢的人類胚胎數量龐大，提供了充分的材料，也才有人類胚胎幹細胞株的建立；再加上使用體細胞核轉植的複製技術，如今量身訂做的胚胎幹細胞株也出現了。這是說，該細胞株所攜帶的基因組，來自植入的體細胞核，因此與捐贈個體的基因完全相同，少了細胞不相容及引起免疫排斥等問題。這種以生成幹細胞為目的的複製做法，稱為「醫療性複製」，與產生新生命的「生殖性複製」有所區分。

        除了胚胎幹細胞的臨床應用前景可期外，試圖避免使用胚胎的科學家發現，位於體內其他器官的成年幹細胞也有可能「轉分化」成其他種類的細胞；譬如骨髓中的造血幹細胞，可能轉變成神經、肌肉或表皮等細胞。甚至最近還有科學家利用體細胞與胚胎幹細胞融合的方式，造成體細胞的去分化，而重新取得幹細胞的分化潛能；只不過如何將多出的兩套染色體從融合的細胞除去，還是尚未解決的問題。

細胞理論與胚胎幹細胞

        生物學裡最重要的理論之一，是一八三九年由許旺（Theodor Schwann, 1810-1882）及許萊登（Matthias Schleiden, 1804-1881）所提出的「細胞理論」。經過修正的該理論，有以下幾項要點：（1）所有生物皆由細胞構成；（2）細胞是所有生物構造及功能的基本單位；（3）所有細胞都是由既有細胞分裂生成；（4）細胞帶有遺傳物質，並於分裂時傳給子細胞；（5）細胞的基本化學組成都相同；（6）能量可在細胞之間流動。

        根據細胞理論，構成生物的所有細胞都是相似的，差別只在於分化程度的不同，以及分化後，構造與功能出現特化的情形。人們對於具有發育成完整個體潛能的胚胎細胞，一向懷有敬畏感，也出現種種禁忌。如今研究顯示，就連一般的體細胞也可能重拾胚胎幹細胞的能耐，因此挑戰了胚胎幹細胞的「神聖性」。此外，反對胚胎幹細胞研究的人，必須回答下面的問題：究竟是幾十個尚未分化、且注定死亡的細胞重要，還是利用這些細胞，發展出可以造福無數惡疾患者的療法更有意義？

　　在報章雜誌充斥著幹細胞的相關新聞報導及片段評論之際，《海神效應》適時出版，可謂意義重大。作者以數年光陰，走訪投身幹細胞研究的許多重要人士，並從圖書館裡找出許多塵封已久的資料，為讀者重建胚胎發生學、組織再生學及一般細胞學的一頁研究發展史，可說是在意識型態凌駕一切的時代，注入一道知識的清流。我們不只能讀到許多從事不同研究主題、使用不同材料及方法的科學家，殊途同歸地投身幹細胞研究的過程，同時還能從書中一覽他們的成長背景以及走入這一行的心路歷程，這的確是一本不容忽視的好書！

《海神效應》The Proteus Effect: The Stem Cells and Their Promise for Medicine, by Ann B. Parson, Joseph Henry Press, 2004，楊玉齡譯，潘震澤審訂，張老師文化，2006