徐飞
生命,是宇宙中最激动人心的奇迹之一。几乎所有生命体都由细胞组成,即便是病毒,其生命活动也必须通过细胞来体现。作为独立的生命单元,细胞既有生长繁殖,也有衰老死亡。在多细胞生物的个体发育过程中,细胞常常分化成各种构造和功能不同的细胞,形成组织和器官。在人体中,当癌变出现时,细胞便丧失其原有的正常功能,开始无休止地分裂,形成肿瘤。在人类认识生命的道路上,首次发现细胞的英国科学家罗伯特·胡克(Robert Hooke,1635—1703)以及以伟大著作《生命是什么》开启人类认识生命进化遗传奥秘大门的奥地利物理学家薛定谔(Erwin Schrödinger,1887— 1961)固然令人难忘,但还有一位普通美国黑人妇女,以其独特的生命为科学界贡献了一份永不凋零的细胞样本,使人类在认识生命的道路上不断开拓前行。
1951年1月,美国弗吉尼亚州种植烟草的黑人农家妇女海瑞塔·拉克丝(Henrietta Lacks)身体不适,经约翰·霍普金斯大学医院就诊,结果发现她患上了子宫颈癌。主治医生从拉克丝身上采集了癌细胞标本,交给了一直致力于在人体外培养恶性肿瘤细胞的乔治·盖伊(George Gey)博士。当时的医学界已实现了青蛙和老鼠的细胞培养,但尚未有人成功培养出人类细胞。细胞是分裂产生的,如果一种细胞可以源源不断地分裂,那它就相当于得到永生。如果能够找到永生的人体细胞,科学家就可以做那些不能在活人身上进行的实验,让人体细胞代替活人接触各种各样的毒素、辐射和感染源。但之前培养的人体细胞都活不了多久,这是因为人类的正常细胞分裂的极限大约是50次,这个数目按其发现者的名字命名为“海弗利克上限”。每条染色体末端有一段特殊的DNA叫作端粒,细胞每分裂一次,端粒就缩短一段,直至几乎完全消失,而细胞也随之停止分裂走向死亡。
拿到标本的盖伊助理起初并未十分在意,为方便起见,她将病人姓名的缩写HeLa写在试管侧面,标注清楚后就把标本放进了培养室。
几天后,人们发现试管底部血块边缘出现一圈白白的像煎蛋白一样的东西,这是细胞在生长的迹象。这种现象以前也出现过,但过不了两天就停止了。这次却非常不一样,海拉细胞在疯狂生长,每隔24小时就增加一倍。实验员把它们分到别的试管里,很快又被填满。
海拉细胞比人类的健康细胞长得快20倍,健康细胞没几天就死光了,但海拉细胞却不同,只要有合适的营养环境,它就会一直分裂生长,永不停息。盖伊凭直觉知道,这就是自己多年来苦苦寻找的那个“不死”的细胞。
无情的癌细胞最终夺去了拉克丝的生命,但海拉细胞却一直活着,成为医学研究的重要工具。在以后的岁月中,海拉细胞被提供给了世界各地的研究机构,科学家们把海拉细胞注射到免疫缺陷的大鼠体内,让它们长出与拉克丝相似的肿瘤,再依靠它们研究免疫控制和癌细胞扩散机制,用于癌症治疗和制药等。海拉细胞还曾被用于调查原子弹爆炸对人体造成的影响,也曾搭载美国和苏联的火箭升空,被用于研究失重状态下的细胞增殖。拉克丝早已逝去多年,但她又凭借海拉细胞而获得了永生,因为每一个海拉细胞里都有她的DNA。
乔治·盖伊
盖伊本人后来也死于癌症。他也曾想让自己的细胞永生,却没能获得成功。
海拉细胞甫一登场就身手不凡,在人类打败小儿麻痹症这项20世纪最重要的战役中创立功勋。
1951年,美国出现有史以来最严重的小儿麻痹症疫情,研制小儿麻痹症疫苗成为全国瞩目的头等大事。不久,匹兹堡大学便开发出第一支小儿麻痹症疫苗,但正式使用之前,必须进行大规模实验证明它的安全有效性,这个实验需要大量培养出的人体细胞。
什么细胞既容易被病毒感染,又能大量繁殖,培养起来还很便捷呢?人们意识到,海拉细胞或可担此重任。世界上首家细胞工厂由此而产生,每周从这里生产出2万管海拉细胞,数量多达6万亿个。这么多海拉细胞仅仅用来研究小儿麻痹症根本消化不完,所以只要花钱,就可以买到海拉细胞。
虽然海拉细胞是癌细胞,但许多基本特征和普通细胞是一样的,比如要制造蛋白,彼此交流,会不停分裂并产生能量,不断进行基因表达并进行基因表达调控,它们还会感染各种各样的病原……正是因为这些特性,海拉细胞成了合成蛋白的最佳工具;人们还借助海拉细胞研究过许多东西,包括细菌、激素、蛋白,尤其是病毒。海拉细胞促进了病毒学的兴起。越来越成熟的细胞培养和克隆技术,以及总价值超过数百亿美元的人体生物材料产业也由此产生。人类遗传学在日后成为显学,都离不开海拉细胞的贡献。
在大多数研究中,海拉细胞都被看作模式的人类细胞。差不多每个从事过生命科学专业学习和研究的学生都绕不开海拉细胞这个名字。
人们利用海拉细胞研究致癌基因和抗癌基因,开发治疗疱疹、白血病、流感、血友病和帕金森症的药,弄清楚乳糖的消化、性病的传染、人类长寿的秘密、在下水道里工作对细胞的影响以及蚊子如何交配;没有海拉细胞,人们无法得到小儿麻痹疫苗,试管婴儿、基因复制、基因图谱等也都无法成为现实。
海拉细胞就像小白鼠一样,成为实验室的主力实验材料,成为几百年来最重要的医学成就之一。有科学家估算,迄今为止培养出的海拉细胞已超过5 000万吨,累计已繁殖18 000多代,体积相当于100多幢纽约帝国大厦。据不完全统计,与海拉细胞有关的科学论文已超过65 000份。进入21世纪以来,已有5个基于海拉细胞的研究成果获得了诺贝尔奖。
1954年,美国病毒学家切斯特·索瑟姆(Chester Southam)开始用海拉细胞做人体实验,他将大约500万个海拉细胞注入癌症病人的体内,但并未详细告知是在进行试验。1956年,为观察癌症是否会传染,索瑟姆又开始用健康人做对照注射实验。他在《俄亥俄州监狱通讯》上刊登广告,召集志愿者进行癌症研究。几天后竟然征集到96名志愿者,不久增加到150名。这种给在押犯人和不知情病人注射癌细胞的事件很快就引起了社会公众对生命医学伦理的关注,进而推动了相关生命医学伦理规范的出台,确立了知情同意权和伦理审核委员会,而后来的事实也证明,对受试者权益的保护并没有像科学家担忧的那样阻碍了科学的进展。
2013年3月,当欧洲分子生物学实验室的科学家将海拉细胞基因组研究成果公开发布时,终于再次将多年来积累在海拉细胞问题上的生命医学伦理风暴全面引爆。尽管科学家们认为海拉细胞基因组有助于检验基因变异如何对基本的生物功能产生影响,他们愿意将研究成果与众多科学家分享。但拉克丝的后代以及其他科学家和生命医学伦理学家们却纷纷表示了强烈的反对,他们不同意将海拉细胞基因序列公开发布,认为海拉细胞的提取并未获得本人同意,违反了知情同意原则,而公开发表基因序列信息则将泄露依然健在的拉克丝后代的基因特征,对他们的隐私权构成严重的侵犯。
好在研究海拉细胞的科学家们从善如流,很快就将基因组数据从公共数据库中移除。后来,美国华盛顿大学的科研人员通过与拉克丝家族的友好磋商,最终获得家族成员许可,2013年8月8日终于将海拉细胞基因组图谱在《自然》杂志上公开发表,海拉细胞再次成为人类宝贵的科学遗产。
1951年10月4日,由于癌细胞扩散,拉克丝病逝于约翰·霍布金斯大学医院。当年,拉克丝并不知道自己的细胞被用于医学研究。当海拉细胞被分送给世界多个研究单位用于癌症研究和细胞研究时,病人已病故,知情同意也无从谈起。拉克丝的遗体被埋葬于自家庭院,连墓碑都没有留下。
由于海拉细胞的神奇作用,媒体对其主人公也不断有报道,但很多时候都是以讹传讹。直到20世纪70年代,人们一直以为她要么叫海伦·莱恩,要么叫海伦·拉森,其正确的名字海瑞塔·拉克丝却一直无人知晓。
1973年3月9日,《自然》杂志发表了布鲁塞尔大学生物学家道格拉斯的一封信:
乔治·盖伊从一名黑人的宫颈癌组织中培养出海拉细胞,至今已21载。有人估算,如今世界上这种细胞的总重量已经超过这位女性的体重。这个女人真正地长生不死了,不仅在试管中,也在全世界科学家的心里,因为它为科研和医疗诊断做出了不可估量的贡献。可我们还不知道她的真名!我们都知道,“海”(He)“拉”(La)是她姓和名的缩写,可有书上写成“海伦·拉恩”,有的地方是“海瑞塔·拉克丝”。我曾写信给各种文章的作者询问名字的出处,其中包括盖伊发表论文的医院,从没得到过答复。请问有人知道真相么?如今海拉细胞发展成熟,那么还细胞主人(海……拉……)一个真实身份,让这个女人享受她应得的名誉,难道这也违背医学伦理么?
同年的4月20日,道格拉斯再次发表后续文章,宣布确定海拉细胞是以海瑞塔·拉克丝的名字命名的。至此,这位在生命科学领域默默奉献多年的无名英雄终于重见天日,拉克丝家属也由此知道海拉细胞依然活着,还在继续为人类健康发挥积极作用。
美国科普作家瑞贝卡·思科鲁特(Rebecca Skloot)耗时十年追踪采访,将改变人类医学史的海拉细胞及其主人的生命故事写成了纪实作品《永生的海拉》。书一问世即成为席卷《纽约时报》《华盛顿邮报》《泰晤士报》等全球60多家顶级媒体的“年度好书”,《自然》《科学》《柳叶刀》三大期刊也联合推荐。书中详细记述了拉克丝一家如何用一生的时间来接受海拉细胞的存在,以及这些细胞永生的科学原理,首次揭开了人体实验的黑暗过去,探讨了生命医学伦理和身体组织所有权的法律问题,以及其中的种族和信仰问题。这本关于生命价值、医学伦理、个体尊严的真实故事,成为感动美国的现象级畅销书,入选美国亚马逊“一生要读的100本书”。有趣的是,《永生的海拉》只是作者的处女作,出版后即登上《纽约时报》和亚马逊畅销榜第一名,并被翻译成20多种文字,成为海拉细胞不朽传奇的又一证明。
2017年,美国HBO公司将海拉细胞故事改编成电影,著名脱口秀主持人奥普拉·温弗瑞(Oprah Winfrey)倾情主演,影片随即获艾美奖、美国评论家选择奖等多项提名。正如美国莫尔豪斯医科大学罗兰德·帕蒂略教授所言“海拉的故事,在科学界、伦理界以及社会上引起了巨大议论和反响。她是圣女贞德那样的历史英雄。”然而拉克丝身后连墓碑都没有,2010年3月,人们捐款为拉克丝树立了墓碑,碑上镌刻着这样一行字:“她的细胞,将永远造福于人类”。
围绕在拉克丝墓碑旁的家人
《永生的海拉》中译本
链 接
海拉细胞贡献编年
1952年,研究人员用各种从腮腺炎、麻疹到疱疹等疾病组织分离出的病毒感染海拉细胞,由此孕育产生现代病毒学。
1953年,海拉细胞的实验者发现,一种名叫苏木素的着色剂能让细胞核染色体清晰可见,利用这一发现,科学家们成功找出唐氏综合征等疾病的遗传联系,逐渐掌握遗传疾病的诊断方法,基因检测原理由此被发现。
1954年,海拉细胞帮助科学家实现了细胞克隆。科学家利用其具有顽强生命力的特征,发明了一种分离单一细胞的方法,并让其存活足够长的时间来复制和创造一个自身的完美拷贝。这一重大突破为动物克隆、基因疗法、试管受精和干细胞分离等尖端生物医学奠定了基础。
1956年,海拉细胞先于人类,随一颗苏联卫星进入太空,开始被用于太空生物学研究。美国宇航局后来又在首次载人航天飞机中携带了海拉细胞,并发现癌细胞在太空中繁殖更快。
1965年,海拉细胞帮助实现了基因混合。通过将海拉细胞和小鼠细胞融合,人类首次创造了跨物种混合体。基因混合技术不仅让科学家们成功绘制出人类基因图谱、进行血型鉴定,也带动了抗癌药物赫塞汀的发明。
1973年,科学家利用海拉模型沙门氏菌的扩散,测定其传染性,并研究其在人体细胞中的活动。
1984年,德国病毒学家利用海拉细胞证明了人乳头状病毒(HPV)会导致癌症,这项发现最终获诺贝尔奖,也向HPV疫苗的成功研制迈出了第一步。
1986年,科学家发现如何让海拉细胞感染人体免疫缺陷病毒HIV,俗称艾滋病病毒。通过它找到了一个关键受体,揭示了这种病毒的感染机制。
1989年,科学家查明,海拉细胞不死的奥秘在于其含有端粒酶,它可以不断将端粒重新加上去,让端粒再生进而保证细胞不断分裂,从此控制生物衰老的神秘物质——端粒酶走进了人们视线。
1993年,研究人员让海拉细胞感染结核杆菌DNA,初步查明了细菌侵袭人类细胞的机制。
2013年,来自欧洲分子生物学实验室和德国海德堡大学人类遗传学研究所的研究人员首次成功将海拉细胞基因组测序。这项最新的研究主要设计和分析海拉细胞不正常的基因特点,以及更好地利用海拉细胞作为人类生物学的模型。研究人员发现海拉细胞的基因组数量以及染色体的结构都不正常,这些不正常就像癌细胞丧失了大量的正常的基因拷贝一样。特别是,科学家们发现,在每个细胞的染色体上有大量的区域包含了错误的基因排序,正常的基因拷贝数也更少。这是一个染色体碎裂的警示信号,这一现象与2%~3%的癌症有关。这些基因现象为进一步研究海拉细胞提供了丰富的信息,可从中得出更重要的生物学结论。
正在生产海拉细胞的塔斯基吉研究所