细胞与干细胞：神奇的生命科学

从一片绿叶上取出一些细胞，在玻璃瓶里培养一段时间，就能再生整个植株；通过细胞融合产生像土豆番茄一样美好的双层楼作物，地上部分结西红柿，地下部分长土豆；培养人类的胚胎干细胞，能制备可供器官移植用的肝、肾、心、肺；单克隆抗体和抗癌药物结合后制成的生物导弹，能准确地攻到癌细胞的老巢；克隆羊多莉，这头“没爹没娘”的小羊羔曾搅得整个世界躁动不安，使新闻媒体发狂；克隆动物的肉你敢吃吗？……凡此种种，细胞和干细胞正改变着我们的生活。生命科学的发展逐步揭开了生命的神秘面纱，通过阅读和学习开始生命科学探索之旅，进而正确认识生命科学的发展对当今社会的经济、生活、健康、环境等的作用和影响。 

本书系统地介绍了细胞、干细胞知识以及细胞、干细胞产品和产业给我们生活带来的变化，讲解深入浅出，既科学专业，又趣味通俗，图文并茂，通过阅读可以了解生命和生命现象，开启生命科学探索之旅，解读令人赞叹的生命奇迹。

王佃亮教授，中国生物工程学会理事、国际人类基因变异组项目中国区专家委员会秘书长，科普作家。著有《干细胞组织工程技术——基础理论与临床应用》《细胞移植治疗》《生物药物与临床应用》等，参与《中国大百科全书》（第三版）“细胞工程”的编写。出版科普读物《神秘的生命起源》，编导的同名系列重点科普片在中央电视台一套播出。

章 神奇迷人的细胞世界

1.自然界里 简单生命 / 002

2.细胞世界 多姿多彩 / 005

3.细胞壁 保护外衣 / 009

4.细胞膜 交流通道 / 011

5.细胞质里 生命器官 / 012

6.细胞核 神经中枢 / 017

第二章 前景广阔的细胞培养

1.组织培养 微繁育苗 / 020

2.原生质体 植株再生 / 025

3.花粉培养 良种生产 / 028

4.植物细胞 中药生产 / 033

5.动物细胞 大量培养 / 037

6.人造皮肤 焕发容颜 / 042

7.培养器官 植肾换肝 / 048

第三章 奥秘无穷的细胞融合

1.杂种细胞 生产单抗 / 054

2.单抗繁多 应用广阔 / 058

3.生物导弹 消灭肿瘤 / 061

4.土豆番茄 植物新种 / 064

5.肿瘤疫苗 攻克癌症 / 068

第四章 喜忧参半的动物克隆热潮

1.绵羊多莉 动物明星 / 073

2.克隆家族 人丁兴旺 / 078

3.克隆动物 存在缺陷 / 086

4.大胆邪教 克隆人类 / 091

5.克隆人类 为何禁止 / 096

6.治疗克隆 得到宽容 / 100

7.克隆动物 其他进展 / 106

第五章 创造新个体的细胞操作

1.核质杂交 培育新种 / 115

2.狮身人面 嵌合动物 / 118

3.胚胎移植 繁育良畜 / 123

4.试管婴儿 解决不孕 / 128

5.人工种子 技高一筹 / 134

6.多倍体 生物育种 / 138

第六章 方兴未艾的细胞移植治疗

1.干细胞 生命之源 / 145

2.干细胞库 生命银行 / 150

3.干细胞 生物药物 / 155

4.干细胞 临床应用 / 162

5.免疫细胞 治疗肿瘤 / 170

6.普通细胞 疾病治疗 / 177

附录

1.细胞移植治疗大事记 / 183

2.动物克隆大事记 / 188

后记

人类认识细胞的历程大约40亿年前，生命在地球这颗美丽的蓝色星球上诞生。直到今天，我们仍然不知道这些初的生命究竟是什么，但利用已有的生物学知识推测，它们能够和外界环境进行物质和信息交流，粗略地复制自己。随着生物进化，自然界终出现了细胞形态的生命。目前，地球上发现的古老的生物化石来自澳大利亚，叫叠层石。化石里的生物是蓝藻，距今大约35亿年。蓝藻不像动植物细胞，它没有典型的细胞核，跟细菌相似，又叫蓝细菌，是一种单细胞生物。原始海洋里布满了这种单细胞的蓝藻。它们有球形的，有管状的，细胞结构复杂。像今天生活在地球上的绿色植物一样，蓝藻能够利用太阳光能，把二氧化碳和水合成自身需要的有机物，并释放出氧气。随着氧气出现，生物进化速度加快了。与此同时，为了更好地适应生存环境，若干单细胞藻类组合在一起，形成了一种多细胞的群体生物，就像今天的盘藻和团藻一样，介于单细胞生物和多细胞生物之间。随着生物继续进化，到了大约30亿年前，出现了多细胞植物，接着又诞生了多细胞动物。海洋生物开始登陆，陆地上的生物继续进化。在大约几百万年前，初的人类终于诞生。随着人类诞生，文明的曙光开始出现。不过，在人类诞生后相当漫长的时期里，生命的奥秘——细胞并没有被发现。这主要是因为绝大多数细胞实在是太小了，在0.03毫米以下，大大超过了人类肉眼能够直接观察的范围（0.1毫米）。位真正观察到活细胞的是荷兰科学家安东尼·列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）。1677年，他用自制显微镜观察了池塘水中的原生动物、人和哺乳动物的精子，后来看到了鲑鱼血红细胞核。1683年，他又在牙垢中发现了细菌。活细胞的发现促进了细胞生物学的发展。1938年，德国植物学家施莱登（Matthias Jakob Schleiden）发现所有植物体都是由细胞组成的。一年以后，德国动物学家西奥多·施旺（Theodor Schwann）发现动物体也是由细胞组成的。施莱登和施旺共同创立了细胞学说。细胞学说包括三个内容：，细胞是多细胞生物的小结构单位，对单细胞生物来说，一个细胞就是一个生物个体；第二，多细胞生物的每一个细胞都执行特定的功能；第三，细胞只能由细胞分裂而来。这个学说明确了动物和植物之间的统一性，被誉为19世纪自然科学三大发现之一。细胞学说创立后，许多科学家把注意力转移到细胞内含物上来，发现了细胞中的生活物质——原生质。利用固定染色技术发现了中心体、高尔基体、线粒体等细胞器，同时对于细胞分裂和染色体的研究取得了长足进展。随后，人们开始利用细胞，改造细胞，生产有价值的工农业产品，创造动植物新品种，为人类生活和健康服务。1907年，细胞培养技术建立，这为利用细胞奠定了基础。1958年，日本科学家冈田善雄发现紫外线灭活的仙台病毒可引起艾氏腹水瘤细胞彼此融合。到了1965年，哈里斯（Harris）诱导不同种的动物体细胞融合。出乎预料的是，杂种细胞居然能存活下来。这是一种新型工程细胞，却没有实际用途。1975年是细胞历史上值得纪念的日子。这一年，免疫学家柯乐（Kohler）和米尔斯坦（Milstein）用仙台病毒诱导绵羊红细胞免疫的小鼠脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，选择出一种能够分泌单克隆抗体的杂种细胞。今天，单克隆抗体在疾病诊断和肿瘤治疗中被广泛应用，有“生物导弹”的美誉。通过植物细胞培养，生产出了大批名贵花卉，如君子兰、风信子、康乃馨等，还可以生产名贵中草药，如人参、当归、三七等。动物细胞大量培养也十分诱人，一是可以生产疫苗，二是可以生产治疗肿瘤、心血管疾病等的高价值蛋白药物。动物克隆的研究则使细胞技术成为举世瞩目的高科技。1952年，美国科学家用一只蝌蚪的细胞创造了与原版完全一样的复制品。1996年，世界上只成年体细胞克隆羊“多莉”，在英国爱丁堡罗斯林研究所出世，首次证明，动物体细胞和植物细胞一样具有遗传全能性，打破了传统的科学概念，轰动了世界。1998年，美国夏威夷大学的科学家用成年鼠细胞克隆出50多只老鼠，从此开始克隆批量化。2008年，美国食品药品管理局宣布，批准克隆动物的奶制品和肉制品上市，并宣称这些有争议的食品可以像正常动物制品那样被安全食用。近年来，细胞移植治疗受到广泛关注。1999年，干细胞研究被《科学》杂志推为21世纪重要的十项科研领域之一，且排名，先于“人类基因组计划”。2000年，干细胞研究再度入选《科学》杂志评选的当年十大科技成就。2011年起，韩国、美国、加拿大等国相继批准了干细胞新药，使一些疑难杂症得到了有效治疗。2012年，中国进行干细胞治疗规范管理，同时免疫细胞治疗得到了空前发展。2013年，《科学》杂志将肿瘤免疫治疗列为年度十大科学突破的首位。2015年，中国取消第三类医疗审批，并发布干细胞制剂质量控制及临床前研究指导原则，大大促进了干细胞药物的研究和发展。细胞是奇妙的。细胞科学改变了我们的生活，使我们生活变得更加美好。编著者 2017年3月18日于北京