生命科學

你的細胞就是我的細胞

每個人都可能在母親懷我們的時候,得到母親的細胞;母親也可能得到了胎兒的細胞。

撰文/尼爾森(J. Lee Nelson)
翻譯/黃榮棋

生命科學

你的細胞就是我的細胞

每個人都可能在母親懷我們的時候,得到母親的細胞;母親也可能得到了胎兒的細胞。

撰文/尼爾森(J. Lee Nelson)
翻譯/黃榮棋

重點提要
■最近的研究指出,每個人都有一些細胞來自不同遺傳組成的他人,這種現象稱為微嵌合。我們可能都在母親懷我們時,將母親的細胞保存了下來;而懷孕的婦女也得到了胎兒的細胞。
■外來細胞可以維持存在數十年,也可能留在組織裡,成為身體器官的一部份。
■微嵌合有時可能引來免疫系統攻擊,但有時可以協助身體療傷。這些效應讓外來細胞變成有趣的新療法,或許可用來遏止自體免疫疾病或促進受傷組織的再生。

美國詩人惠特曼在他的〈自我之歌〉這首詩中寫到「我包羅萬象」。這個想法雖非出自生物學,生物學卻有著類似的想法。最近的研究指出,每個人的身上除了有無數由受精卵所變成的細胞之外,還有一些細胞是從遺傳組成不同的他人身上而來。我們是在母親的子宮裡時得到這些細胞,懷孕婦女也同樣會從發育中的胎兒得到一些細胞。

這些細胞會穿越臍帶,並不令人訝異。畢竟,連結母親與胎兒的臍帶並非滴水不漏的屏障,而比較像具選擇性的通道,好讓胎兒發育所需的物質通過。但不可思議的是,這些外來細胞竟可以持續留在新宿主身上,繼續在血中循環、甚至定居於各種不同的組織。醫學界現正努力研究人體內他人細胞存活的現象(稱為微嵌合,microchimerism),因為近來研究指出,這個現象可能與疾病及健康有關。更了解這些外來細胞的作用,有一天就能讓臨床人員善用這些偷渡客的益處,並抑制其可能帶來的破壞。

母親與胎兒的細胞雙向運輸

早在將近60年前,科學家就發現了一些線索,指出母親的細胞可能傳給胎兒。當時有一篇報告描述母親的皮膚癌細胞轉移到胎盤與胎兒身上,到了1960年代,生物學家逐漸了解,母親的正常血液細胞也會跑到胎兒身上。

資料指出胎兒細胞也會跑到母親身上,這可以回溯到1893年,一位德國病理學家在因高血壓而去世的懷孕婦女肺部,發現到細胞轉移的徵兆。不過,健康母親得到胎兒細胞的現象,要到1979年才算確定。美國史丹佛大學的赫茲恩柏格(Leonard A. Herzenberg)及同事發表了一篇極關鍵的報告,指出在女性的血液裡找到她們所懷男嬰的細胞(有Y染色體)。

雖然找到了母親與胎兒彼此交流細胞的證據,直到1990年代,當生物學家發現少數的外來細胞通常能夠長住在健康的人體裡,仍舊非常驚訝。早期針對母親細胞轉移到胎兒身上所做的研究指出,母親的細胞可以存活於患有重症聯合免疫缺陷(severe combined immunodeficiency)的兒童身上。這種疾病的患者缺乏對抗感染的重要細胞,當時科學家認為,這種疾病造成了兒童身上的微嵌合,正常免疫系統應該會消滅留在小孩身上的所有母親細胞。

在我與同事發現到免疫系統正常的成年人(其中一位46歲),體內還留有母親細胞後,想法就不同了。胎兒細胞同樣可以長久存在於母親體內的證據,則在更早幾年就出現,美國塔弗茲大學的比安奇(Diana W. Bianchi)在數十年前產下兒子的女性身上,發現了男性DNA。(在許多研究中,研究人員會測量女性血液或組織樣本中的男性DNA量,以測試是否有男性細胞以及男性細胞的數量。)

這些轉入的細胞為什麼能活這麼久?多數細胞只能活一陣子,幹細胞是一個例外,可以無止盡的分裂,製造全身各種特化細胞,例如免疫系統或器官的組織等。長時間存活的微嵌合,意謂著原先移入的細胞中有些是幹細胞或幹細胞衍生出的細胞,後來的研究證實了這種想法。有時我會將移入的幹細胞或相近的細胞,想成是身體撒出的種子,最後落地生根成為身體的一部份。

母親細胞是把雙面刃

出現於子代體內的母親細胞(稱為母源微嵌合,maternal microchimerism),可能是一把雙刃刀,有時帶來幫助,有時造成災禍。從壞的一面來看,母親的細胞可能會造成一般歸類為自體免疫引發的疾病,也就是免疫系統向自身組織開火所造成的疾病。舉例來說,來自母親的細胞,似乎涉及了幼年型皮肌炎(juvenile dermatomyositis)這種主要影響皮膚與肌肉的自體免疫疾病。2004年美國梅約醫院的里德(Ann M. Reed)發表報告指出,患者身上血液分離出來的母源細胞,會對患者體內其他細胞產生反應。因此里德與研究夥伴認為,這種疾病可能是因為母源免疫細胞偷襲兒童組織所造成的。

母源微嵌合似乎也會造成新生兒紅斑性狼瘡(neonatal lupus syndrome),只不過原因稍有不同。目前科學家相信原因之一是母親血液中的抗體對發育中的胎兒造成破壞。這些抗體顯然瞄準了胎兒組織,新生兒身陷罹患各種疾病的風險,最嚴重的是致命的心臟發炎。

受害嬰兒的母親血液中雖然有致病的抗體,身體通常確是健康的,而且同一位母親後來生的嬰兒一般也不會有問題。這現象讓我與研究伙伴懷疑,抗體固然是致病的重要原因,卻非全部。的確,我研究團隊的史蒂文斯(Ann M. Stevens)檢查患有新生兒紅斑性狼瘡而因心臟衰竭夭折的男童心臟,發現其中含有女性細胞,我們假設那是來自他母親的細胞。其他病因致死的胎兒,不會出現這類細胞,即使有,數量也極為稀少。這些細胞80%以上會製造蛋白質,表示它們不是循環的血液細胞,而是組成心臟肌肉的細胞。

這些觀察結果發表於2003年,意指造成新生兒紅斑性狼瘡的免疫攻擊,可能是針對胎兒心臟中源自母親的心肌細胞。這些發現也支持從母體進入胎兒的細胞是幹細胞或相關細胞的想法,因為受害幼兒的細胞顯然已經分化並將這些細胞併入心臟。此外,這些結果加上其他發現,都指出某些我們認為是自體免疫的疾病,可能不是因為免疫系統錯誤的攻擊自己的細胞,而是攻擊移居到那些組織的外來細胞。

不過其他研究則指出,有時候母源細胞的分化與整併,不一定會招致免疫攻擊,反倒是併入組織的細胞能夠協助修復受傷的器官。我與研究夥伴在2002年開始研究,母源微嵌合是否與第一型(胰島素依賴性)糖尿病有關。這種自體免疫疾病會破壞胰臟製造胰島素的β細胞,主要受害者是孩童與青少年。我們推測,懷孕期間母親的細胞會進入胎兒的胰臟,並分化成β細胞,之後成為免疫系統攻擊的目標。

我們只對了一半。比起手足或其他沒有血緣的健康人,第一型糖尿病患者的確較常發現到較多的母源微嵌合,我們也從患者胰臟的組織切片,找到了會製造胰島素的母源細胞,之後的發現就令人驚訝:我們也在非糖尿病患者的胰臟找到會製造胰島素的母源細胞,沒發現任何證據指出這些細胞就是患者體內遭到免疫系統攻擊的目標。這個結果反而讓我們做出結論:糖尿病患者胰臟裡的母源細胞試圖讓受損的器官再生。2007年發表的這些發現指出,微嵌合有朝一日或許可以用來做為治療之用,如果能夠找到方法,誘發外來細胞的增生與分化,就可復原受損的組織。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2008年第73期3月號】