體細胞有「減數」分裂嗎?一一談肝細胞的
多倍體化、倍數恢復與染色體數目多樣性
蔡任團
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) J 。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 三生物質驗課程「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(圖在)及單核(圓右)的豬肝 細胞。亞甲藍液染色，粗線 =IOllm' 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17
-二倍體 (20) 外，還常有四倍體 (40) 、八倍體 (80) 、十六倍體(1 60) 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，也真有染色體 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 (polyploidizatioo) J 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忙，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 20 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 無論是多核或多倍體細胞，其細胞內 所舍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)
可能產生大暈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 細胞兔於死亡或癌忙。 染色艘 中心體@
團←
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(I x2n) 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 (2x2n) 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鍾體(雙極 紡鍾體，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(lx4n)細胞 J (圓二)。據此 顯示雙核細胞在多倍體化過程中，具有重 要的角色。 (雙極紡鍾體) 圓圓， 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圈。18
-體細胞有「減數」分裂嗎?一談肝細胞的多倍體化、倍數恢復與染色體數目多樣性 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)
J 。他們利用 X 染色體上 具有 A 基因蛙 l 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蛙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忱。結果 發現混合肝細胞族群裡'為八倍體的肝細 胞中有 90 %、四倍體肝細胞中有的%、 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 有的%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、圓三)。科學家認 為肝細胞的多倍體他、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。,
會非 100
整主 75
體肝 50
細告 25
例(%)。
幼鼠
成鼠
老鼠
L一一--v一一~
外來肝細胞
野生型所衍生的細胞
(未進行肝臟移殖}
野生型小鼠的肝細胞與移植的肝細胞族群中，皆含有非整倍數嫂的肝細胞。* :
p
<
0.006 ;
** :
p
=
0.01
0 (引用自:Duncan
,
et al.
,
2010)
圖三19
-科學教育月刊 第 369 期 中華民國 103 年 6 月 表一 捐贈者小鼠的肝細胞在生長分裂後，其染色質量的增、減情形 (n=3)0 (引用自 Duncan ， el
al.
,
2010)
雙套 (2n) 四套(4n)
染色體數量 增加之染色體 減少之染色體36
4
,
5
,
ll
3
,
7
,
9
,
10
,
13
,
15
,
18
40
1
,
3
,
4
,
17
,
18
7
,
11
,
13
,
14
,
19
41
l 立， 3x2 ， 8 ，12
,
14
,
X
5
,
7
,
llx2
,
13
,
16x2
45
4
,
9
,
12
,
16
,
17
,
X
14
73
15
,
Y
1
,
6x2
,
7
,
IOx2
,
12x2
,
13
,
14
79
15
8x2
80
Y
82
9
,
Y
言主:數字代表染色嫂的編號 (Y: Y 染色體);
x2
:增加或減少兩條染色體;一:無增或減。 備註 註 I 文中所稱之 A 基因為 LacZ' 此基因可表現札半乳糖苦晦(Beta-galactosidase)，此 酵素可分解乳糖(lactose)成半乳糖(ga lactose)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酪乙臨乙酸水解酵蒙(fumarylacetoacetate
hydrolyas巴， FAH) ，此酵素為一種酪氯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。
