人體細胞的驚人秘密：你的細胞年齡多大了？

出品：科學大院

作者：吳建永（美國喬治城大學神經科學系）

監制：中國科學院計算機網絡信息中心中國科普博覽

演藝明星的年齡是商業機密，而人體細胞的年齡卻是科學里的機密。

但是你知道嗎？你身體里的細胞并不都是和你一起出生的。

血液里的中性白細胞可能是昨天才出生的；舌頭的味蕾細胞大約是十天以前出生的；肝細胞的出生在一年前；而肚皮下的脂肪細胞但卻已經和你一起生活了多年，也難怪大家經常抱怨減肥太難。

多年以來，科學家認為身體中皮膚，血液，粘膜上的細胞是不斷更新的，而大腦皮層的神經細胞卻不更新，從你生下來后就一直跟著你。

這就像一所大學中，學生們 (皮膚細胞) 一茬一茬永遠年輕，而教授（神經細胞）卻在一年年變老。

怎樣才能測出細胞的年齡？

為了探究細胞的年齡，科學家像偵探明星年齡的狗仔隊一樣，追蹤各種細胞，從它們生下來一直追蹤到死。

“追蹤”，用的最簡單的方法就是把細胞染上顏色，觀察有顏色的細胞能活多少天。

你可以做個小實驗：用紫藥水或染頭發的染料在手臂皮膚上涂一點。由于皮膚表層是死的皮膚細胞堆積成的，一染上就退不了色了，過幾天觀察，就會發現顏色會越來越淡，最后完全消失。

這是因為皮膚表面的細胞不斷地脫落，由表皮下面的新細胞不斷補充，染上顏色的老細胞脫落了，越來越少，皮膚顏色就越來越淡。

用這個方法可以測量一下皮膚的年齡，染色的細胞脫落一半大約需要十幾天。

從這個意義上講，明星的年齡和你的顏值主要取決于臉上皮膚細胞的年齡，也就是十幾天左右。

于是，一些保養品就會又腐蝕掉表層的死細胞的作用，使得下面的新細胞加速生長，補充表皮，從而讓你顯得年輕些。

利用以上類似的標記方法，我們還可以測量年齡更長的細胞年齡。

我們知道，細胞內的遺傳密碼DNA是在細胞出生時候合成的，如果讓細胞用用標記物合成DNA，然后測量某細胞內標記過的DNA存在了多久，我們就能夠得到這個細胞的真實年齡。

雖然這個方法成功地測量了許多細胞的年齡，卻在測量腦細胞年齡上碰了釘子。

那就是，我們即使有無害的辦法標記胎兒的大腦細胞，又怎么能等個七八十年，到被觀察者去世了再來觀測當年標記的DNA呢？

即使有研究者愿意做這個難題，但實際困難卻太大了，因為研究者一般都熬不過比他們年輕幾十年的被觀察者，會先去世了。

因此，大腦細胞長壽的說法長期以來只能說說而已，雖有有間接證據但從來沒有被實驗直接證實。

原子彈能測量細胞年齡？

測量腦細胞年齡的方法讓科學家困擾了許久，沒想到的是，卻被一位聰明的瑞典女科學克麗絲·思寶丁(Kirsty L Spalding) 輕易地解決了。

她的辦法就是利用幾十年前冷戰時代爆炸的原子彈。

大氣中爆炸的原子彈，核反應釋放的大量熱中子把空氣中的氮-14變成碳-14

正是因為原子彈的爆炸帶來了碳-14，成就了標記細胞內DNA的理想辦法。

我們的生活中到處需要碳，米飯，饅頭都是碳水化合物，肉里面的脂肪和蛋白質也是碳氫氧氮的化合物。

細胞的遺傳物質DNA，是生命最重要的戰略物質，因此必須使用最普通的材料，由細胞能完全自力更生地合成，這些最普通的材料當然就是碳，氮，氫，氧了。

地球表面的碳主要是碳－12，碳－13和極少量的碳-14。

所謂碳-12，13，14 是指其原子核內質子數量的不同：碳-12含6個質子，13是7個，14是8個。碳-14是來自太空的宇宙射線創造的：在距離地球表面9000-15000米的大氣外層，宇宙射線的能量會把一個中子打入一個氮原子核，后者繼續蛻變成碳-14。

由于宇宙射線的水平是基本穩定的，自然界中的碳14/12比例也是千百萬年來大致不變，大約是萬億分之一，即每一萬億個碳-12原子中就會碰到一個碳-14原子。

實際上，生物在利用碳的時候是完全分不清的碳12還是碳14 的。

但是到了1945年，人類爆炸了第一顆原子彈，原子彈產生的大量中子在大氣中產生了大量碳14。

這樣每一顆原子彈爆炸后，全球的碳-14/12比例都會上升一下，從1950到1963年美國和蘇聯在大氣中爆炸了幾百顆原子彈，形成了一個碳-14/12比例的高峰（圖一）。

“炸彈高峰”，由于大氣中核試驗制造出大量反射性碳，空氣中的碳14/12比例的逐年變化，在1963年美蘇達成禁止大氣層核試驗的共識后又逐年下降。

在1963年美英蘇協議共同停止了在大氣中的核實驗。這樣大氣中的碳14/12在1963年達到最高峰，之后比例又開始逐年下降。

這樣，從1950年代到2000年，每年大氣中的碳14/12都不一樣，從1953到1963年比例不斷快速升高，而之后又慢慢下降，形成了一個“炸彈高峰”（the bomb pulse）。

我們吃的糧食是由當年大氣中的二氧化碳制造的，同樣每年人體內的新出生細胞是由當年的糧食來合成DNA的。

這樣，由于年年空氣中的碳14/12比例不同，當年新出生的細胞DNA中的碳14/12也隨之波動；哪年細胞中的碳14/12比例與當年空氣中的碳14/12比例完全相同。

舉例來說，如果你想測量一位50歲遺體捐獻者神經細胞的年齡，只要先測其中DNA的碳14/12比例，然后到炸彈高峰表里去查一查。

如果發現其與50年前（1967年）大氣中的碳14/12相同，說明這些細胞是50年前出生的，與人的年齡一致。

相反，如果測量該捐獻者皮膚細胞里的DNA，就會發現其與捐獻者死亡當年（2017）空氣中的碳14/12比例一致，這就說明皮膚組織在不斷地更新，而大腦皮層神經細胞卻是與生俱來的。

細胞死了，然后呢？

克麗絲·寶丁測量腦細胞的方法太聰明了，前面提到的先標記嬰兒，再等他去世后測量這樣的困難就完全被解決了。

又一次說明，科學上看來一個似乎不可能回答，可以被一個想法輕而易舉地給出了滿意的答案：人生百歲，大腦皮層中很多種神經細胞也是百歲。

大腦皮層神經細胞死一個少一個，這不是件很悲觀的事嗎？

但其后的研究發現，腦中有些非常重要的細胞是不斷再生的。

用同樣的碳14/12 方法，克麗絲寶丁小組發現人腦中一個重要結構“海馬回”中竟然有很活躍的神經細胞再生。

我們知道海馬回對記憶非常重要，沒有海馬的人記憶只能維持不到15秒鐘，而克麗絲寶丁小組發現人的海馬每年以1.75%的速度更新，這樣一生中竟有大約三分之一的神經細胞可以更新。

腦中雖然神經細胞長壽，但腦中的膠質細胞是不斷再生的，平均壽命在1-2年左右。

這些膠質細胞維持著腦組織中的生態，供給養料，清除垃圾，修補損傷，當有感染或損傷的時候膠質細胞就會活動，做好防御和修補的工作。

所以，照這樣來看，減肥那么難很大程度是因為脂肪細胞很長壽，成年人脂肪細胞的數量是胖瘦的主要因素。

克麗絲寶丁小組發現，不管你現在是減肥還是增肥，體內脂肪細胞的數量基本不變。因為體內脂肪細胞的數量是童年和少年時代決定的，而在成年以后每年只有約10%的變化。

這樣，當你努力減肥的時候每個脂肪細胞都瘦一點，而一頓猛吃則讓每個脂肪細胞都胖點。

按這個說法，童年時代吃成小胖墩等于給一輩子埋了一顆健康的定時炸彈，因為心血管病，糖尿病和癌癥都與肥胖有很強的相關性，所以成年時代怎么努力減肥都不如童年時代遠離可樂和果汁之類的軟飲料。

研究人體細胞的年齡，除了滿足科學家的好奇心，也為醫療健保和藥品開發帶來很多意想不到的收益。

人類社會和平地發展，就不開避免地進入老齡社會，長壽細胞是否有壽命的極限，人體快速更新的短壽細胞的產生能力是否有自己極限，都是未決問題。

可惜所謂“炸彈高峰”到了21世紀已經快變平了，用克麗絲寶丁方法測量“90后”，“00后”體細胞的年齡已經不夠靈敏。科學家必須靠發現新的方法來繼續這個領域的研究。

（本文首發于科學大院，轉載請聯系cas@cnic.cn）

發表于 2017-04-06 00:00
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