新研究揭示细胞繁殖缘何复杂而耗能

图片说明：有机体组织细胞更新方式繁冗复杂，目的在于避免大量变异的产生。（图片来源：STEVE GSCHMEISSNER / SCIENCE PHOTO LIBRARY）

一直以来，有机体组织产生新细胞的方式令人迷惑不解，它们并不是简单地复制成熟细胞，而是通过一系列复杂而耗能的步骤来完成。美国科学家近日提出新理论认为，这可能是一种自然选择的方式，以避免因单一个体的进化而产生危害。这一研究有望对癌症的早期检测和防治提供重要的线索。相关论文即将发表在《PLoS计算生物学》上。

领导最新研究的是美国亚利桑那大学的进化生物学家John Pepper。他和同事通过对单细胞细菌的研究发现，细胞分化会导致突变异种占据遗传优势。从理论上来说，这种情况在人体中也会同样发生。而一旦大量不能行使正常功能的变异细胞占据遗传优势，将会对有机体产生极大的危害。

那么，多细胞有机体是怎样避免这种危害的？Pepper和同事表示，上皮组织会保留一些未分化的干细胞，一旦有更新需要，这些干细胞中的一部分就会分化成短暂增殖细胞（TACs），TACs又经过多次分化，逐渐成为成熟组织细胞。

不过，有机体为什么要选择这种看起来很繁琐且耗费能量的细胞更新方式？研究人员解释说，这种方式的最大好处在于，细胞自我复制和增殖的功能被分开在不同的细胞群里进行。只有很少部分的干细胞进行复制，所以产生变异的几率就很小；增殖的TACS虽然很可能变异，但因为它们并不是简单地复制自己，所以细胞之间不存在直接的竞争，不会产生进化压力，从而个体的进化就不会开始。研究人员随后运用计算机模型证实了，这种机制能够抑制多细胞有机体的进化。

研究人员表示，这种机制在免疫系统中并不适用。因为在免疫系统中，进化能够帮助引进抗体对抗病毒，是有益的。不过，这也使得免疫系统更加容易产生癌变，白血病和淋巴瘤就是例证。

研究人员相信，这一理论将有助于人们更好地了解癌症。美国费城威斯达研究所的Carlo Maley说，这一理论如果得到证实，通过追踪体液中中断细胞分化的生物分子信号，人们或许能够在身体表现出肿瘤生长的迹象之前就检测到癌症。（科学网 梅进/编译）