图1.七种典型的细胞类型及相其互间的关系。Se:胚性细胞,Sa:保守型细胞,Sb:亢进型细胞,St:增生型细胞,Da:保守型衰败细胞,Db:亢进型衰败细胞,Sc:强分裂型细胞。图中显示的样子大致反映了它们相应的状态。胚性细胞与受精卵的状态相当,通过有序的分裂,可发育为各种各样的细胞。保守型、亢进型细胞是在相反方向上发生一定程度的分化但仍有分裂能力的细胞,它们形成不同功能的组织。增生型细胞是分裂能力较强但其分裂能力可以为生物自身调节所控制的细胞,大的生长发育和创伤修复主要是由这类细胞完成。按照此图所示的关系,这四类细胞可自如地实现相互间的转换。但在不利因子的作用下,它们会不同程度地走向亢进型衰败或保守型衰败,成为衰老或死掉的衰败型细胞,也可以通过变异演化为分裂能力难以被生物自身调节所控制的强分裂型细胞。虚线所指的是使癌细胞逆转和返老还童的方向。
2 细胞状态的含义及理论模型
细胞状态指的是细胞在组成、形态、结构、功能、势能、潜能方面的综合状况。影响和决定细胞状态的因素,既有遗传的、生理的,也有化学的、物理的,还有组成的、结构的。过去,人们对遗传、生理方面的因素比较重视,但二者依托的则是化学、物理、组成、结构等元素。在生命体系中,“细胞状态”既是接受各种因素、因子作用的“受体”,也是反映各种因素、因子作用结果的“窗口”,决定着生命的状态或质量(图2)。
图2.细胞状态在生命及其物质体系中的地位与作用。生物和非生物的差别在于是否形成“细胞结构”,即在热力学第一、第二定律支配的物质世界中能够形成负熵和能自我走向繁荣的物质结构体系。生物的形成取决于其物质组成,以及在化学、物理水平上综合起来的各因素,能否形成这种独特的体系。在这种物质体系中,稳定而有规律的结构(包括网络化的信息传递)关系便是遗传的基础,表现为遗传效应;动态而有规律的变化和信息传递关系则表现为生理现象。当因生理变化引起体系中原有稳定而有规律的结构关系发生改变时,便在变异、选择的作用下形成进化效应,进而影响和改变遗传的基础。遗传因子、生理因子,影响、决定细胞状态;细胞状态,影响、决定生命的质量。
为了便于对细胞状态进行分析和调节控制,笔者将其抽象为:
1)细胞状态是由一系列“细胞状态因子”控制的。
2)细胞状态因子无论是化学的、物理的,还是遗传的、生理的,或组成的、结构的,其效应均可被想象和折合为生理、生化作用。
将细胞状态因子分门别类,可归纳为三大类——亢进因子(用E表示)、保守因子(用I表示)、衰败因子(用D表示)。
其中,“E 因子”和“I因子”是生命的必须因子。E 因子主要是使细胞进入或保持在亢进状态,常表现为:促使生命物质合成,促进细胞分裂,松弛细胞壁和改善膜透性等;I因子主要是使细胞进入或停留在保守状态,多表现为:促使细胞分化,产生或强化某些功能,合成某些与生命活动有关联的物质或代谢物等。E 、I两类因子及其效应同时具备时,才有生命活动的存在,而且二者的水平与比值决定细胞状态的类型与性质。[∑E]与[∑I]的比值为细胞状态值(用S表示)。细胞的S值越接近于1越易于分裂,否则越不易于分裂。
(1)
∑代表同类因子的总和,[ ]表示综合作用的水平。
“D因子”的作用本质是对细胞内各层次物质的结构和功能(如膜系统、各种生命分子等)形成破坏或其他的不利作用,但在水平较低时,特别是当细胞活力较旺时,可表现出类似I因子的效应,而且不论水平高低其作用都是从细胞状态公式中分母的位置起始。
因此,自然状况下反映生物体组织及其细胞状况的细胞状态公式为:
(2)