四、细胞的其它运用与研究

奇妙的生物矿物

许多矿物是由大量细胞和组织位置形成的。这种矿物具有多功能性。生物矿物是在通常的细胞活动过程中形成的并精确地重复产生有组织的结构，这些细胞包括细菌、海藻、原生物和骨的成骨细胞。矿物可能存在于细胞的封闭泡囊膜内、细菌细胞壁的粘液内或孕育在细胞外空间的生物聚合物内。现在，我们已经发现了 50 多种不同的生物矿物，它除了具有基本的结构、支持功能外，还有许许多多其他的特殊功能。如磁序菌中的磁感器（Fe3O4）；双壳动物的重力平衡器（CaCO3、COSO4）；防止其它动物捕食的甲壳（SiO2、CaCO3）；血红蛋白的铁储存（Fe2O3·nH20）；三叶虫的眼晶状体（CaCO3 ）等。此外，生物矿物还不断地参与生物体内的新陈代谢。

生物矿物的研究涉及到其在工业领域的应用，包括自然生物材料的直接生物技术利用；通过自然生物矿物沉淀设计新颖的复合材料和生物无机过程的模拟；运用生物系统控制成核机制，制作人类所需要的无机材料；用可生的再生硅组织代替生物材料等。

树突细胞的重要作用

树突细胞是一种专职的抗原呈递细胞，它在机体免疫调节网格中的地位十分重要。该细胞能摄取、加工处理和呈递抗原给 T 淋巴细胞，从而导至机体产生不同的免疫应答反应。该类细胞不仅存在于淋巴组织，还存在于许多非淋巴组织中。目前科学家们已逐渐弄清树突细胞与单核吞噬细胞一样广泛地分布于机体内，并且表型随其所处的环境而变化。

树突细胞呈星状多突形，即细胞表面具有许许多多树突状突起，细胞质内无溶酶体、吞噬体，其它细胞器也很少。目前科学家们认为树突细胞可分为多种类型。其中多数郎罕氏细胞分布在皮肤表皮基底层和棘细胞间；滤泡树突状细胞多分布于脾脏淋巴结及粘膜的淋巴组织；交错突树突状细胞多分布于脾、淋巴结等富含 T 细胞的淋巴组织中，后者还可以在胸腺髓质中发现。研究表明滤泡树突细胞可激活 B 细胞，使其产生抗体参与机体的体液免疫；郎格罕氏细胞、交叉树突状细胞来自骨髓，可激活 T 细胞参与机体细胞免疫。研究还表明郎格罕氏细胞是一种未成熟的树突状细胞，它可以在皮肤表面摄取抗原体后转移至淋巴结，成为成熟的交叉树突状细胞，并将抗原呈递给 T 细胞，从而激活 T 细胞的功能，参与机体的免疫应答。

近年来，树突状细胞在机体内抗肿瘤的功能越来越受到人们的关注。目前美国、德国的科学家们正设法利用树突状细胞对肿瘤抗原呈递的调节来加强肿瘤的免疫反应，达到抑殖肿瘤增殖、扩散，延缓肿瘤患者生命的目的。以前将带有肿瘤抗原的树突细胞输给患者的做法是行不通的，现在由于技术的发展，人们已经在人类和小鼠中能够获得一定数量的纯化树突细胞，这就使输回树突细胞成为事实。

细胞因子基因药物新开发

细胞因子种类繁多，在机体中作用复杂。实验表明，肿瘤坏死因子、白细胞介素、干扰素和粒细胞集落刺激因子等具有抑制肿瘤细胞生长的作用，但是这些细胞过量生成时对正常组织有严重的毒性作用。因此，利用基因转移技术将这些细胞因子基因导入特定细胞，然后将这些细胞注入肿瘤部位，则这些细胞在肿瘤部位局部可分泌大量细胞因子，这些细胞因子能杀伤肿瘤细胞，同时又可避免全身性的毒性反应。可应用的细胞有肿瘤细胞、肿瘤浸润性淋巴细胞。

细胞通讯机制的研究

一个功能正常的活细胞，无论是原核的，还是真核的，均像一座运转良好的城市，其内部一刻不停地、有条不紊地进行着各种各样的奇妙的生物化学反应，参与其中的反应的物质达到千种乃至万种以上。但无论多么复杂的反应，都是受核基因或细胞质基因和周围环境共同调节和控制，按一定的时间和空间顺序发生的。那么这些反应是如何被调节和控制的呢？在整个调节和控制的过程中细胞通讯系统是如何发挥作用的？这一饶有兴趣的问题的解决，将使人工操纵的大量生产某些生化产品的一些细胞外反应亦像细胞内反应一样，能在常温常压下快速而有效地进行。这将从根本上消除目前生化产品的生产中能量过量消耗及造成工业化污染等问题。另外，已有的研究表明，从植物的光合作用的每一个反应过程到微生物固氮的每一个反应环节中，都存在着按一定电位梯度变化的电子传递的过程，这其中的电讯号传递机制，很容易使我们联想到人类的通讯电信号及电力系统中电能的发送和传输机制，这两者肯定既存在着相似之处又有其不同的地方。研究细胞内生化反应电信号指令的发送和传输，不仅对突破一些生物学中存在的理论问题意义重大，而且借鉴其中的一些基本原理并应用到目前的通迅系统中，必将使人类发达的通讯系统更高效、更完备。

关于细胞间通讯的研究虽已引起了世界各国科学家的重视，但对其认识的深度还远远不够。总的来看，现在这方面的研究还只是局限于通过细胞间的连接来认识细胞之间的通讯机制。我们知道，细胞之间的通讯可以看作单个细胞与其周围的细胞液以及其它细胞发生相互作用的一个复杂过程。仅用我们现在的生物学知识去研究这一问题，显然不容易找出细胞通讯的基本规律与机制。比如，对于由多细胞组成的哺乳动物，尤其是人，当外界的信号和物质作用于大脑，大脑神经细胞能在几个纳秒或微秒内作出反应，并将这一反应（即命令）传送到躯体相应部位的肌神经，肌神经马上作出反应。整个传递反应、指令反应至发生反应过程仍只有微秒的几十分之一。这么快的速度，仅仅用细胞间的连接来解释说明其通讯机制，显然是有些勉强的。因此，未来的细胞通讯研究必须综合数学、物理学、化学、电子学、逻辑学、语言学、密码学、信息学、控制论以及生物学的必要的知识去进行。这一问题的阐明，将使人类对细胞运动规律的认识和研究取得突破性进展，对未来人工智能计算机的研制有很大的启发和帮助。总的来说，细胞通讯工程系统的完善以及人工智能的开发都具有非常深远的意义。它可能是未来生物学研究的另一个前沿。

细胞内信号转导的发现

20 年前，当施利伯是一位化学家时，他用极微量的材料（10^-12 克美洲大蠊性诱剂）喷到空中，在场的蟑螂有一半会轻拍翅膀而站起来，而站起来的

蟑螂均是雄性的。这个实验无意中把施利柏这个有机化学家引入细胞生物学界，为研究外部世界的信号如何进入活细胞内的过程打开了一扇大门。从此，施利伯开始致力于生物学细胞内信息的传递研究。而细胞内信息的传递有一定的信号路线，组成信号路线的是处于细胞内的蛋白质。在没有外界信号的情况下，这些蛋白质是不发生交互作用的。信号有两种形式：其一，蛋白质分子由其它蛋白质分子给予或剥夺若干带电荷的小分子而改变其形状，参与另外蛋白质分子对接，使信号接通；其二，研究人员已经理论证明，两个蛋白质分子只要充分靠近，并拴在一起，那么信号便能通过。于是施利柏与克拉勃利化了 18 个月的时间把由日本合成的两个 FK506 新化合物粘在一起，制

成了一个哑铃状分子，叫做 FK1012。它与细胞膜的成分很相似，所以能溶入并透过细胞膜。一旦进入细胞膜，它将抓住两个蛋白质分子，“并把它们拴在一起”。于是，信号路线将接通，导致某些化学反应。

这个实验给科学家们提供了无限的力量。“从细胞膜开始，直至细胞核，所有线路的生物控制，几乎没有我们办不到的。”施利伯和克拉勃利已经利用促二聚剂分子开通了细胞膜内的信号线路，而不依赖激素在细胞外的作用。他们已能从中途开通信号线路，甚至直接朝着细胞核内的 DNA，把基因激活。所有这些，靠的都是微哑铃上的变异虽是诱导接近效应。这些变异虽是从实验及其失误中发现，但施利伯的实验室已建立若干技术，以加速“击中或未中”的过程，供研究人员用来发现能随意开关信号路线的促二聚剂。

虽然基因工程专家们知道如何把新的基因插入人类细胞，然后输回人体，但他们还不知道如何启动所需要的基因，以及如何关闭产生有害蛋白质的基因。通过用特殊的基因工程技术生产的促二聚剂，施利伯和克拉勃利已经找到了正确解决上述问题的方法：FK1012 能渗透细胞膜，可设计使之能启动或关闭有关信号线路，只要舒舒服服地坐着服一颗微粒药丸就行了。克拉勃利说：“服 FK1012 所用剂量微乎其微，较之服阿司匹林，简直不能同日而语，但 FK1012 将运行全身，驻足于合适的部位并开启或关闭信号路线。届时，我们只要有一个小药丸在手，就万病皆除了。”