《细胞融合现象普遍存在于自然生物界的假说》

凰龍泰

序：
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根据现代细胞融合技术中的同种细胞之间和异种细胞之间都能融合成功并培养成活的科学创举提示， 细胞融合是自然生物界中普遍存在的现象。 - k% C# N7 ^  [3 F7 h

9 T6 S8 G$ s$ U: q一、  细胞融合现象普遍存在于自然生物界( L( l! s$ n( T
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细胞融合又称细胞杂交是指两个或两个以上的细胞融合成一个细胞的过程，融合形成的具有原先两个或多个遗传信息的单核细胞称为杂交细胞。
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0 k  M( J5 [- ~$ q+ M4 f      在多细胞生物中，细胞融合是一种基本的发育与生理活动，例如，有性生殖的精卵融合，就是自然界中最完美的细胞融合；哺乳动物肌细胞是一种高度特化的大细胞，由许多肌前细胞—成肌细胞融合而成，因此有多个细胞核，在2002年，以色列研究人员在两名美国同行的协助下，发现了EFF-1基因，该基因对细胞融合过程的发生非常重要，2004年，他们又成功证明了EFF-1基因导致细胞融合的发生，并且这种基因在没有其他蛋白质帮助也能够独立引起细胞融合现象。! N+ D3 A3 [7 S- k6 X

' R  t- E: `. b! |7 G     一般情况下，两个细胞接触并不发生融合，是因为每个细胞都有完整的细胞膜，但是，在生物学家的实际工作中，常采用各种促融手段，包括病毒类融合剂，如仙台病毒等；化学融合剂：如聚乙二醇（PEG）及电击融合等，使同种细胞之间或不同种细胞之间相互融合，并能将融合后的细胞培养成活。在人工条件下，在某些促融物质如仙台病毒、聚乙二醇等的介导下，使亲本细胞膜发生一定的变化，可使两个或多个或更多个的细胞发生融合，然而，在自然界里的各种单细胞之间、多细胞生物体细胞与体细胞之间、或体细胞与不同种属细胞之间，经常会遇到类似于生物学家的促融手段中所采用的各种物质，这样，自然界的细胞与细胞之间的自发的非生理性的细胞融合就会发生。因此，细胞融合现象在生物界普遍存在。例如，20世纪30年代，科学家在肺结核、天花、水痘、麻疹等病理组织中观察到多核细胞，70年代在蛙的血细胞中也看到了多核细胞，62年，日本发现血凝性病毒能引起艾氏腹水瘤细胞融合成多核细胞现象；65年，英国科学家发现并证实灭活病毒在适当的条件下，也可诱发细胞融合；1961年，Barski在研究观察到组织培养体细胞融合现象等。
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9 l- t# b. a0 u1 i, W- _) v4 o二、   病毒是自然界中促细胞融合的头号嫌疑犯
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病毒感染，首先是病毒的包膜与宿主细胞膜的融合，这是包膜病毒进入细胞的第一步，正是这一膜融合的过程导致病毒的蛋白和基因组进入宿主细胞，从而开始感染周期。包膜病毒不仅可以介导病毒包膜与宿主细胞膜之间的融合，而且还可以介导细胞与细胞之间的融合。对包膜病毒的大量研究表明，这一膜融合的过程是由表达在细胞表面的病毒包膜糖蛋白（或者称为融合蛋白）所介导的。正是由于这些病毒表面含有的糖蛋白和一些酶，能够使细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布细胞膜打开，从而导致相邻的细胞之间发生融合。因此，病毒包膜糖融合蛋白是生物促细胞融合剂。由于病毒无处不在，几乎所有的生物的一生之中都有感染病毒的病史，所以病毒感染是自然界中诱导生物体发生自发的非生理性细胞融合的头号嫌疑犯，其次是各种物理性或化学的促融物质。
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% V0 \: z% r2 Q  F+ |/ D7 W三、   细内菌也可能是生物类促细胞融合物质
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0 n3 O( T, Q$ V- C1 i; e根据病原菌与宿主细胞的关系，病原菌分为胞外菌和胞内菌两类。胞外菌是指可以在宿主细胞外的细胞间隙、血液、淋巴液、组织液等体液中生长繁殖的细菌，它们在体外可以在没有活细胞的人工培养基中生长。胞内菌又分两种，即兼性胞内菌和专性胞内菌。兼性胞内菌是指在宿主体内，主要寄居在细胞内生长繁殖，在体外无活细胞的培养基中亦可生长。专性胞内菌则不论在体内体外，都必须在活细胞内生长繁殖。) R1 `( {( K# a+ l
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在宿主细胞内生长的胞内菌，例如，结核、麻风杆菌等，它们进入细胞里生长的机制与包膜病毒进入宿主细胞的机制相似。因此，这些能够把宿主细胞膜打开进入宿主细胞内感染的细菌，也可能是自然界中的介导细胞与细胞之间发生非生理性融合的生物类促融物质。例如，20世纪30年代科学家在肺结核的病理组织中观察到的多核细胞，就很可能是由结核杆菌所介导形成的融合细胞。6 j) f) B& Q2 e2 I, d

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四、融合细胞的多样性
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7 b( M) K# @6 a- m0 p/ i4 i# d      用人工诱导的细胞融合过程中并不是所有的细胞都进行融合，有时可见多个细胞融合形成多核细胞。融合后的多核细胞大多只能存活一段时间（约十几日）就相继死亡；有时可见只有细胞膜结合在一起，而内部的细胞质和细胞核均不混合的融合细胞称为是“半融合” ；有时可见双核的融合细胞；由同一亲本的细胞融合形成的融合细胞称为同核体（homocaryons）或同核细胞，由不同亲本细胞融合形成的融合细胞则称为异核体（heteroargons）或异核细胞。人工诱导出来的双核细胞特别是双核异核细胞会存活，并通过细胞分裂使两个亲本的染色体合并在一起，形成合核体（synkaryons）或合核细胞，即杂交细胞。因此，自然界里的细胞融合也会与人工诱导的融合细胞一样，有上述的多种融合细胞类型的现象出现。
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    由于微生物细胞种类繁多，所以，可在微生物细胞之间发生融合的组合多得无法计算。
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3 \2 Z* ^% c3 |2 @7 V6 S; h2 T由于病毒是可以通过血液循环到达生物体内的任何组织或器官，还可以垂直传播给子代胚胎。由于自然界存在的化学性或物理性的促融物质，不仅可以直接影响机体里的任何类型的体细胞。有些物质还能够越过胎盘进入胚胎对胚胎有毒性。然而，生物体在何时，何处感染或是接触上述各种的促融物质是无法预知和无法固定的。而自然界的细胞融合可能是在上述的促融物质的介导下，诱导靠近促融物质源的邻近的细胞间发生的。因此，自然界的非生理性的细胞融合现象可发生在生物的任何组织和器官。以及整个生命历程中的任何一个时期和细胞周期时相中的任何一个时刻。! M0 Y" b) F! l( u' m$ ]
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     目前，生物学家的细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能，至今种间、科间、甚至动物和植物之间的细胞融合都获得成功。/ H, @5 {4 v  j, }' l" W" ?

- X. l, S# }3 ?由于各种多细胞生物都是生活在微生物世界的海洋之中。例如哺乳类动物的呼吸道、消化道、泌尿道、生殖道和皮肤等的这些组织或器官就常常会有感染微生物的情形发生,有时甚至是两种或多种微生物的混合感染。这样，在生物体感染微生物细胞，例如细菌（包括细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体和放线菌等），原生动物（如阿米巴、间日疟原虫等），真菌或各种寄生虫等的时候，又同时存在病毒感染或是接触到某些物理性或是化学性的促融物质时，就会促成了生物体细胞与这些不同种属的微生物细胞之间发生融合。因此自然界的细胞融合现象，不仅可以发生在微生物细胞与微生物细胞之间或体细胞与体细胞之间，还可以发生在体细胞与异种细胞之间。                         2 d. y7 t. M+ O/ b% N9 ?- K: H

9 P& u/ U/ h( N5 A+ {      在自然界，各种细胞生物在接触到上述的促融物质时的剂量并不是像人工诱导的细胞融合一样控制着使用促融物质的量，而是多少剂量无法估计的，因此被诱导融合的细胞数量可能是两个，又可以是两个以上的多个或者是数十个甚至是数百个相同组织的，或是不同组织的，甚至是不同种属的细胞。
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& G6 k3 X% a, o4 f1 X# r  l" X因此，在自然界里，如此千姿百态的细胞组合，如此多变的参与融合的细胞数量，和分秒不同的细胞周期时相的组合，便形成了无数的细胞融合的组合。还有多核大细胞、半融合细胞、同核体或异核体等等。因此自然界里自发的融合细胞具有多样性的特点，与细胞的多样性和临床上各种肿瘤的形态结构具有多样性的特点相吻合。8 f! Z4 }7 [+ \3 z

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五、周期细胞间融合的组合的唯一性（特异性）
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: ^8 A, b' J4 o: C0 s 细胞生长和细胞分裂是所有生物增殖的基本形式。细胞生长和分裂的周期即为细胞增殖周期，简称细胞周期（celll cuecve）。它是指连续分裂的细胞从上一次分裂结束开始到下一次分裂结束为止所经历的全过程。
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& S6 t1 o& R& r           人类在100年前就利用光学显微镜发现细胞在分裂前有着显著的形态变化，如出现纺锤丝，染色体分离等现象，就将此阶段命名为有丝分裂期（mitosis phase，M期），而把有丝分裂之间时期称为间期（interphase）。20世纪50年代后，由于细胞学，细胞分光度计和放射自显影等技术的应用，发现间期细胞的核与质均进行着极其复杂的生物学变化。因此表明，整个细胞周期的核与质均为动态变化进程中。
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+ _, A( F0 N- I, [* U9 h* ~由于细胞周期从一个时相进入另一个时相是沿着一个方向进行的连续的动态变化的进程。因此表明细胞周期中每一个时刻,细胞中的所有的原生质的形态和结构都不相同。由于自然界中自发的非生理性的细胞融合，是单细胞生物相邻的细胞间，或是多细胞生物体内某个器官或某个组织中相邻的两个或多个或更多个相同组织的、不同组织的或不同种属的细胞间，在某个时刻受某些促融的物质介导下发生的。所以，相互融合的细胞的细胞周期时相很难同步，由于不同细胞增殖周期时相的细胞内的核与质的各种有形的原生质的形态结构均不相同的原因，导致每一组周期细胞的融合的组合形成的融合细胞里的物质存在差异。这些差异包括细胞核的遗传物质的增加或变质，细胞周期进程和细胞分化决定的改变，还有细胞膜和细胞质等所有的有形成分均存在不同程度的改变等等。这些差异说明了处于细胞增殖周期的细胞间发生非生理性的细胞融合组合的唯一性（特异性），即使是相同组织中的两个细胞周期进程中的细胞融合的组合也几乎是世上唯一的，很少雷同的。0 u0 a" y$ A+ N* y
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2 L$ O9 E* N7 K1 }+ w六、自然的融合细胞存活并增殖的的机率是甚微的: ?% o  T" Q- |0 {
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      细胞与细胞之间发生融合后，新形成的融合细胞具有原先的两个或多个细胞的遗传信息，与原先的单个细胞存在着明显的区别，所以，由单细胞生物的细胞间发生融合组合形成的融合细胞，可以说是新的细胞种类出现了，即原先两个简单的细胞经过融合后便形成了一个基因剂量、细胞器以及细胞膜的形态等均增加了的复杂的大细胞。因此，融合细胞可以说是新的细胞种类形成了。
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! A% K( T! o: s: h  a如果在多细胞生物体内出现的非生理性的融合细胞可以说是机体内出现了转化的细胞了。
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经过十几亿年的进化，细胞有了识别的功能，它不会让非亲非故的东西进入到自己的领地，它对外来的侵略者始终是要抵抗的，即便进去了，也会把它杀死，这是细胞的一个天性。所以，不管是新的细胞种类还是转化的细胞，很难逃脱细胞的识别并毁灭的功能
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如果侵略者没有被毁灭，则可能会导致整个细胞系统停止运作（罢工）了。由于突然融合进去的东西（细胞质和染色体）会导致它们相互之间的关系很不协调，例如，两个或多个的细胞在有丝分裂过程中，形成的纺锤体和纺锤丝混合在一起必然会造成混乱，再加上间期细胞的染色质是松散的，所以，融合细胞内的染色体的排列必然是混乱不堪的。这些物质的混乱，将导致融合细胞很难把遗传物质平均分配到两个子代细胞中，另外这些混乱还会增加染色体发生断裂、丢失或异位重接等的机率，由于纺锤体、纺锤丝及染色体等是细胞有丝分裂的关键物质，因此，这些混乱会直接影响融合细胞的增殖功能而成为不育细胞。所以融合细胞能够存活并异常增殖的机率是甚微的。
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根据生物学家在实际工作中，能将人工获得的融合细胞培养成活和很多融合细胞的死亡的事实提示，自然形成的融合细胞（新的细胞种类或是变异细胞）均存在死亡或是存活又或是形成杂交细胞继续增殖分裂的可能性。
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根据人工诱导出来的双核细胞特别是双核异核细胞会存活，并通过细胞分裂使两个亲本的染色体合并在一起，形成合核体（synkaryons）或合核细胞（即杂交细胞）提示：由两个不同亲本的细胞融合形成的异核合核体，具有生存的优势。
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7 X( H* A% @  h& E$ ]) X, H根据达尔文的自然选择学说提示，在生存的竞争中，只有‘最适者生存’的融合细胞（新的细胞种类或是变异细胞）才能够存活下来，自然形成的融合细胞及其后代在自然选择和生存竞争中，一些融合形成的新的细胞种类灭绝了，一些融合形成的新的细胞种类保存了下来。
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) x" K! h5 k' S  f+ j: F9 C) Y2 M在多细胞生物体内，免疫反应是生物体内在进化过程中所获得的“识别自己，排除异已”的一种重要生理功能。在正常情况下，免疫系统通过细胞和体液免疫机制以抵抗外界入侵的病原微生物，又可监视、识别并销毁体内出现的突变细胞，排除异体细胞。由于非生理性的融合细胞的出现，是源于体内的正常细胞与正常细胞或正常细胞与异种细胞融合后转化形成的，因此属于突变细胞的范围，所以，在正常的情况下，非生理性的融合细胞出现后，经过自然选择后存活下来的，也难以逃过生物体内免疫系统的销毁。只有在机体的免疫功能低下的情况下，或是因为生物体内长期存在着诱导细胞发生融合的物质，导致机体内长期的、反复的出现这些相同类型的转化的融合细胞，使机体的免疫系统对这些融合细胞产生耐受的时候，才会被机体组织所容纳和接受，这时的非生理性的融合细胞才有可能在机体内存活下来，并发挥异常的功能或是连续增殖。所以，自然界里的多细胞生物体内出现的非生理性的融合细胞能够在生物体内存活并异常增殖的机率是甚微的。9 T4 W6 i; K% [! ~, M+ h

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7 \. E& Z8 F7 K& [; n七、   细胞融合过程是造成细胞死亡的原因之一
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由于多核融合细胞的死亡率高，由于融合细胞经自然选择后有死亡或存活的可能性，由于融合细胞很难逃过机体内免疫系统的销毁。所以，细胞融合过程是造成生物体内体细胞死亡的原因之一。
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