《细胞之歌》评论:体内的奇妙旅程 - 《华尔街日报》
David A. Shaywitz
一只单细胞的草履虫。图片来源:弗兰克·福克斯/科学图片库1665年,英国博学者罗伯特·胡克出版了一本意外走红的图画书《显微图谱》。书中展示了通常难以用肉眼观察到的家居物品和生物——尤其是害虫的绘图。但这些图像通过当时的前沿技术——复合双透镜显微镜的极大倍率放大后呈现。在蚂蚁、跳蚤和虱子等与书页等大的图像中,夹杂着一幅看似平淡的放大软木塞切片绘图。胡克注意到其中存在"大量小格子",并将其命名为"细胞"(实际是植物细胞构建的环状细胞壁)。此后三百年间,细胞从微小的结构奇观逐渐成为生物医学宇宙的核心,被确立为生命的基本单位。细胞既是疾病的起源点,也是医疗的靶标,更日益成为治疗手段本身。
悉达多·穆克吉在《细胞之歌》中聚焦了细胞生物学偶然的诞生与蹒跚的发展历程。这场关于细胞生物学与科学探索的巡礼大胆惊人,时而令人沉醉,时而使人眩晕,间或略显冗长,但始终引人入胜。这位哥伦比亚大学肿瘤学家兼《众病之王:癌症传》(2010年)作者以饱满热情进行科普,多数时候妙趣横生——带领读者穿梭于一个庞大复杂到近乎荒诞的知识图景中。
在快速连续的叙述中,我们先后认识了安东尼·范·列文虎克——这位“神秘的荷兰商人”于1675年首次通过自制的简易单透镜显微镜,观察到排水沟水滴里游动的单细胞原生动物群落;以及胡克,他的智慧“如磷光般闪烁且富有弹性,就像一根会发光的橡皮筋”。但胡克并未意识到他所命名结构的基础性意义。这一荣誉属于19世纪初的植物学家马蒂亚斯·施莱登与动物学家西奥多·施万。同样关键的是鲁道夫·菲尔绍,这位“孤僻、进步且轻声细语的德国医生科学家”在柏林发表《细胞病理学》演讲时提出“细胞皆源自细胞”,彻底颠覆了当时盛行的“生命源于充斥自然的‘活力液’”教条。他还断言“所有病理紊乱与治疗效应”——即疾病与治疗——都可追溯至细胞活动。
穆克吉博士以宇航员探索陌生太空船为喻,引领我们穿越细胞膜边界进入内部世界:在黏稠的细胞质中前行时,我们会邂逅线粒体(细胞发电厂)、内质网(合成分泌蛋白的带状膜系统)以及储存DNA遗传指令的指挥中心——细胞核。随着章节推进,旅程节奏骤然加快:从细胞复制的精妙过程到发育生物学揭示的单个细胞(受精卵)如何构建复杂生命体。尽管叙述者妙语连珠,但海量信息与复杂概念仍令人应接不暇。
幸运的是,当穆克吉博士开始聚焦他钟爱的主题——血液细胞,尤其是免疫系统组成部分时,故事的节奏重新变得易于把握。1882年,一位"游历的动物学教授"埃利·梅契尼科夫将荆棘刺入海星半透明的足部,观察到细胞向伤口处移动。他随后记录下宿主细胞对抗梅契尼科夫引入的各种入侵者时"生物体内上演的戏剧"。
在接下来的一个世纪里,人类对免疫的理解不断深化。我们认识到,人体对病原体的反应既来自先天免疫系统(这种相对非特异性的第一反应者),也来自负责定制化防御的适应性免疫系统。穆克吉博士写道,中性粒细胞作为先天免疫系统的组成部分,“进入循环系统后仅存活数日。但这是何等惊心动魄的几天!在感染刺激下,这些细胞从骨髓成熟后涌入血管,为战斗而亢奋,颗粒状的面容与扩张的细胞核——犹如投入战场的少年士兵军团。”
适应性免疫反应的关键要素(也是HIV病毒的攻击目标)是"辅助性T细胞",不过穆克吉博士指出,将这类T细胞称为"辅助者"就像称托马斯·克伦威尔为中级官僚"。实际上,辅助性T细胞是"免疫系统的总调度师",协调着"几乎所有免疫信息"的流动。他写道,令人振奋的是,经过改造的免疫细胞现已应用于癌症治疗:通过定制受体改造,使这些细胞能够靶向肿瘤并激发免疫攻击。穆克吉认为,在这些工程化组件的帮助下,患者被"重建"成了"新人类"。
在描述细胞生物学发展历程时,穆克吉博士提醒我们技术创新的关键作用,比如列文虎克和胡克使用的显微镜首次揭示了细胞世界的存在。同样,电子显微镜的发明,以及洛克菲勒大学科学家乔治·帕拉德将其刻意应用于生物学,才让研究人员获得了观察单个细胞组成部分所需的分辨率。
穆克吉博士经常穿插自己的个人经历。他描述在解剖实验室捧着人脑时"有种无限奇异的感觉":“我捧着他,心想,这个人的名字或身份我永远无从知晓。在这个器官的某处,曾存储着记忆母亲面容的神经元…某处还回荡着他最爱的旋律。“他略带矫情地回忆道,自己第一次在显微镜下看到细胞,惊叹于它们"内在的光芒与充盈的辉光”,是在牛津大学作为罗德学者时——这对一位斯坦福大学生物学专业学生而言有些出人意料。更令人心酸的是,我们感受到他在癌症医学局限性面前的无力感,眼睁睁看着朋友离世,充满希望的研究成果却令人失望。
穆克吉博士作为临床肿瘤学家和细胞生物学家的双重身份,在他应对癌症复杂性时形成了统一的声音——“病理学镜面映照出的细胞生物学”。他指出肿瘤的异质性,观察到"两种’乳腺癌’在病理学家显微镜下可能完全相同”,但癌症在基因层面存在差异,需要不同治疗方案。他写道,甚至单个乳腺肿瘤"实际上是突变细胞的拼贴画——由非同一性病变组成的集合体"。由于癌细胞与正常细胞令人抓狂的相似性,靶向治疗癌症充满挑战:一种前景光明的疗法可能失败,就像他某位朋友的案例,因为它同时会攻击健康细胞。
最终,穆克吉博士似乎得出结论,我们必须接受而非合理化我们在细胞生物学中观察到的、并在癌症行为中反映出的令人困惑的特质。为何他朋友的癌症扩散至某些器官却避开了其他?为何朋友接受的治疗清除了皮肤中的肿瘤却对肺部无效?“谜团之外还有谜团,“他写道,并告诫我们不要屈服于简化主义的解释。细胞本身"不足以解释生物体的复杂性。“他强调,我们必须理解细胞所处的环境,其局部微环境。即便如此,他也承认,我们常常"甚至不知道我们不知道什么。”
穆克吉博士来之不易的经验给我们所有人传递了一个信息:在生命科学中——尤其是细胞生物学——我们应抵制简单通用的解释,它很少如此配合。他讲述的历程也提醒我们,要感谢那些研究者们,尽管前路艰难且难以预测,他们仍鼓起勇气和决心,勇往直前。
谢维茨博士是武田制药的医师科学家,哈佛医学院讲师,美国企业研究所兼职研究员。
刊载于2022年10月29日印刷版,标题为《体内的奇妙旅程》。