扭轉細胞命運

重點提要
■由細胞環境所產生的物理作用力以微觀的方式影響著人體，這些物理力量作用於所有細胞，影響力可能與基因一樣深刻。
■周圍還有空間的細胞會不斷分裂，而擠在一起的細胞則生長緩慢或停止，這種空間驅動的行為可能決定幹細胞的再生特性。
■蛋白質開關連接物理作用力與生物運作，扭轉開關可能會改變細胞的命運：維持正常還是成為危險的腫瘤？

我們實驗室培養的人類正常細胞看來很柔順，不像腫瘤細胞會猖獗生長，侵入並殺死鄰近組織。但是當我們拉扯細胞、強迫它們改變外形，竟然出現令人擔憂的病變。我們把原本球形的細胞拉成扁平狀，引發了細胞裡兩種蛋白質YAP和TAZ的活性增加。隨著這兩種蛋白質的活躍，良性細胞開始癌化、失控地增生。我們相當訝異這些改變並非基因突變造成，而是物理作用力引發。

當代生物學家用基因和蛋白質來解釋細胞的生命現象，基因確實會指揮細胞的行動，然而越來越多證據顯示：物理作用力也會推動重要的細胞程序，這些推拉力量來自細胞環境，例如鄰近的細胞或體液。

研究細胞、詮釋這些推拉力量的領域稱為機械生物學（mechanobiology），過去幾十年來，科學家發現這些力量相當強大。舉例來說，周圍還有空間的細胞會持續分裂，成千上萬聚集在一起的細胞生長速度會很慢或停止。組織的硬度也很關鍵，能轉變成不同類型細胞的幹細胞，如果身處模擬腦組織硬度的環境，會長成神經細胞，但要是碰上與肌肉類似的硬度，則會長成肌肉細胞。力學也能指引實驗室培養皿裡的幹細胞自我組裝成複雜的器官，例如眼睛的一部份，或是通常出現於腦部的結構。

【全文未完，完整內容請見《科學人》第153期（2014年11月號）；版權所有，轉載請註明出處。】