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发表于 2016-4-26 21:10:22
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體細胞有「減數」分裂嗎？--談肝細胞的
多倍體化、倍數恢復與染色體數目多樣性
蔡任圃
臺北市中山女子高級中學
壹、前言
脊椎動物的生殖母細胞經分裂，產生
配子的過程中，染色體的套數由雙套形成
單套，染色體數目減半，故此分裂過程稱
為「減數分裂(meiosis)」。在生物課堂上，
我們學到：脊椎動物只有生殖細胞可進行
減數分裂，那麼，體細胞可以透過分裂的
過程將染色體的數目減少嗎？此外，於高
三生物實驗課程「豬肝細胞的探討活動」
中，常可發現許多豬肝細胞具有兩個細胞
核(圖 一)，為何部分肝細胞會有兩個細胞
核呢？
圖一 具有雙核(圖左)及單核(圖右)的豬肝
細胞。亞甲藍液染色，粗線=10μm，
白色箭頭指示細胞核的位置。
科學家發現幾乎所有哺乳動物，肝臟
中同時具有單核與雙核之肝細胞，且其細
胞核中的染色體套數，除了一般體細胞的
二倍體(2n)外，還常有四倍體(4n)、八倍體
(8n)、十六倍體(16n)或更多的多倍體細胞
核。最近科學家發現，肝細胞除了具有染
色體倍數增加的現象之外，也具有染色體
數目減少的現象。「肝臟含有雙核細胞」與
「肝細胞染色體數目的增、減」有何關連
呢？本文擬以相關科學進展進行討論。
貳、肝細胞為何形成多核或多倍
體？
在一般的細胞中，若染色體套數過度
增加(Advanced polyploidy)，常代表該細胞
處於衰老或極度分化的狀態，但肝紳胞的
「多倍體化(polyploidization)」卻是正常的
現象。例如：在剛出生的小鼠體內，其肝
細胞全數皆為二倍體細胞，在斷奶後部分
肝細胞開始進行多倍體化，當成長為成鼠
時，只剩 10%肝細胞為二倍體細胞，70%
的肝細胞為四倍體細胞，20％的肝細胞為
八倍體細胞；而在多倍體的細胞中(一個細
胞所含的染色體超過兩套)，20 至 30％的
細胞為雙核細胞(具兩個 2n 或兩個 4n 的細
胞 核)。人類的多倍體肝細胞比例較小鼠
低，成人的肝細胞中約有 20 至 30%為多
倍體細胞。
科學教育月刊 第 369 期 中華民國 103 年 6 月
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無論是多核或多倍體細胞，其細胞內
所含的染色體含量比一般單核二倍體細胞
多，可透過數量較多的基因經轉錄與轉
譯，產生更多量的蛋白質產物，例如：更
大量的酵素，可增加該細胞生理代謝的效
率，進而可使細胞質量與體積增加。另一
方面，增加細胞內基因的數量，可降低因
基因突變而造成損害的機率；多倍體就像
是具有許多基因備胎，當部分基因突變而
失去功能，仍有多餘的基因可以運作；例
如：肝細胞在進行解毒作用時(detoxification)
可能產生大量過氧化物與其他代謝產物，
這些物質可能引發細胞死亡或基因的突變
而使肝細胞轉變成癌細胞，而多倍體細胞
的染色體數目較多，就可作為備胎而保護
細胞免於死亡或癌化。
參、肝細胞如何形成多核或多倍
體？
科學家曾研究小鼠肝細胞的細胞分
裂情形，發現單核二倍體(l×2n)的肝細胞
中，有 20%的細胞行細胞分裂時，沒形成
收縮環(contractile ring)而無法完成細胞質
分裂(cytokinesis)，最後產生了雙核二倍體
(2×2n)細胞。此類雙核二倍體細胞可經染
色體複製，於細胞進行分裂初期時，在兩
極各有的中心體會形成兩個紡錘體(雙 極
紡錘體，bipolar spindle)，再各自進行姊妹
染色體分離，經細胞質分裂，最後產生兩
個「單核四倍體(l×4n)細胞」(圖二)。據此
顯示雙核細胞在多倍體化過程中，具有重
要的角色。
圖二 雙核二倍體細胞經染色體複製與有絲分裂、產生單核四倍體細胞之過程的示意圖。
體細胞有「減數」分裂嗎？--談肝細胞的多倍體化、倍數恢復與染色體數目多樣性
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肆、多倍體可以恢復成二倍體嗎？
科學家曾以實驗證明多倍數的肝細
胞具有倍數恢復(ploidy reversal)現象，此
過程稱為「體細胞減數有絲分裂(somatic
reductive mitosis)」。他們利用 X 染色體上
具有 A 基因註 1 的雄性小鼠(XAY)，從其肝
臟中分離出高純度 (>99%)的游離八倍體
肝細胞，將這些細胞種植至體染色體上 B
基因註 2 缺失的雌性小鼠(bb)肝臟中，使外
來(donor)的肝細胞在母鼠體內增殖 6~8 週
後，其數量已超過混合肝細胞族群的 70%
時，利用酵素分離此母鼠肝細胞，再將此
混合肝細胞族群藉由染色體螢光染色 註 3
與檢測 A、B 基因活性的技術，偵測此外
來 (donor)的八倍體肝細胞在母鼠體內增
殖的後代，細胞染色體倍數的變化。結果
發現混合肝細胞族群裡，為八倍體的肝細
胞中有 90 %、四倍體肝細胞中有 83 %、
二倍體中有 59 %的細胞表現 A 基因(代表
屬於外來細胞)。另一方面，八倍體肝細胞
中有 89 %、四倍體中有 86 %、二倍體中
有 67 %的細胞表現 B 基因(代表屬於外來
細胞)；且八倍體與二倍體細胞的分裂速率
一樣，證明此結果並非增殖速率差異所
致。換句話說，原本八倍體的肝細胞族群，
部份細胞可經倍數恢復過程，轉變成四倍
體與二倍體細胞。
伍、肝臟細胞具有染色體數目多樣性
剛斷奶的小鼠，大部分的肝細胞屬於
二倍體，而生長至成年時，約 60%肝細胞
的染色體數量不正常，也就是形成非整倍
數體(aneuploid)(圖三)。在上述肝細胞移植
的實驗中，科學家亦發現捐贈者的肝細胞
在生長分裂後，大部分細胞的染色體數目
亦為非整倍數體(表一、圖三)。科學家認
為肝細胞的多倍體化、倍數恢復與非整倍
體現象，可增加肝細胞族群的遺傳多樣
性，以適應外來毒物或代謝過程對細胞的
可能傷害。
圖三 野生型小鼠的肝細胞與移植的肝細胞族群中，皆含有非整倍數體的肝細胞。
*：p < 0.006；**：p = 0.01。(引用自：Duncan, et al., 2010)
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表一 捐贈者小鼠的肝細胞在生長分裂後，其染色體的增、減情形 (n=3)。(引用自 Duncan,
et al., 2010)
染色體數量 增加之染色體 減少之染色體
雙套(2n)
36 4,5,11 3,7,9,10,13,15,18
40 1,3,4,17,18 7,11,13,14,19
41 1,2,3×2,8,12,14,X 5,7,11×2,13,16×2
45 4,9,12,16,17,X 14
四套(4n)
73 15,Y 1,6×2,7,10×2,12×2,13,14
79 15 8×2
80 1 Y
82 9,Y —
註：數字代表染色體的編號(Y：Y 染色體)；×2：增加或減少兩條染色體；—：無增或減。
備註
註 1： 文中所稱之 A 基因為 LacZ，此基因可表現 β-半乳糖苷酶(Beta-galactosidase)，此
酵素可分解乳糖(lactose)成半乳糖(galactose)以及葡萄糖(glucose)。
註 2： 文中所稱之 B 基因為 Fah ，此基因可表現延胡索醯乙醯乙酸水解酵素
(fumarylacetoacetate hydrolyase, FAH)，此酵素為一種酪氨酸代謝途徑的關鍵酵素。
註 3： 文中所稱之螢光染色是指 Hoechst 33342 染色法，Hoechst 33342 為一種螢光染
劑，常用於 DNA 的染色。
參考資料
Duncan, A. W., Taylor, M. H., Hickey, R. D., Newell, A. E. H., Lenzi, M. L., Olson, S. B.,
Finegold, M. J. and Grompe, M. 2010. The ploidy conveyor of mature hepatocytes as
a source of genetic variation. Nature 467: 707-711.
Guidotti, J-E., Brégerie, O., Robert, A., Debey, P., Brechot, C. and Desdouets, C. 2003. Liver
cell polyploidization: A pivotal role for binuclear hepatocytes. J. Biol. Chem. 278(21):
19095–19101.
Ugo, D. M. 2007. Focusing experimentally on polyploidy in physiology and pathology of
mammals. Caryologia 60(3): 226-232.
http://www.sec.ntnu.edu.tw/Month ... 9C%88%E5%88%8A).pdf |
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发表于 2016-4-26 20:24:25
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