生命的来源和生命力的价值（上）

前 言

追求健康的生命，保持细胞生理平衡

本文探讨了核仁（Nucleolus）和线粒体（Mitochondria）在生命中的重要作用。核仁是细胞的核心，负责合成蛋白质，是生命的创造者；而线粒体则是提供能量的“动力工厂”，维持生命活力。

衰老是自然规律，无法避免。其主要原因在于，核仁和线粒体在不断合成蛋白质和制造ATP（生命能量）的过程中，都会受到炎症或慢性炎症的攻击。这些炎症会损伤核仁DNA和线粒体DNA，使其逐渐失去保护生命、维持生命力的功能。

尽管人体本身具有抗炎机制和自噬功能（清除受损细胞和废物），但这些机制会随着年龄增长而逐渐衰退。虽然现代医学在延缓衰老方面取得了一定成果，但追求健康长寿，最根本的还是养生。

生命与生命力是两个不同概念。

生命是奥妙的。说到生命的来源，似乎是一个神秘而难以理解的课题。然而，我们可以就近入手，从组成我们身体各器官的细胞来探讨生命的起源及生命力的价值。

它们的关系可以比喻为汽车的车身（生命）和汽车的燃料（生命力）。本文作者认为，生命与生命力的关系类似于《黄帝内经》所说的“先天之气”和“后天之气”，二者相互协调配合。先天之气是生命的来源，后天之气则是生命力的根本。

1. 先天之气——生命的来源

先天之气来源于父母的“元气”，也称为“人气”。元气的总量是固定的，随着时间推移不断消耗，最终趋于衰竭。

2. 后天之气——生命力的根本

图1 先天之气与后天之气图示

后天之气来自外界，包括“天气”和“地气”。天气指通过呼吸新鲜空气而获得的“宗气”。地气指从食物中摄取的营养，经由胃肠消化和脾脏转化，形成的“营气”和“卫气”。后天之气是动态的、不定量的，并随着人的生命活动而不断更新，与生命共存亡。（图1）近年来，科学界发现细胞内有两种关键的细胞器，即细胞核仁与线粒体，它们分别掌管生命的产生和生命力的维持，与中医理论不谋而合。

生命的源头与生命力的来源

生命的源头 — 核仁。位于细胞核内，呈颗粒状，是制造核糖体亚基的中心。它相当于“人气”，即来自父母的先天元气。

生命力的来源 — 线粒体，位于细胞质中，最初是通过“内共生”的方式融入人体细胞的“外来细菌”。线粒体内含有类似细菌的DNA基因，负责产生生命活动所需的能量（ATP）。ATP是维持细胞、组织和器官运作的动力来源，相当于后天所获取的“宗气”（天气）和“营气+卫气”（地气）。

人体的健康与长寿，离不开细胞中健康的核仁（人气）和健康的线粒体（天气与地气）。二者相互协调，维持细胞的生理平衡，形成中医所说的“正气”。《黄帝内经》曰：“正气内存，邪不可干。”这正是维持核仁与线粒体健康平衡、延长寿命、增添福禄的根本原理。

生命的来源

核仁与线粒体的共生关系

核仁和线粒体都含有DNA基因组，但它们无法单独依靠自己的DNA构成完整的生命体系，必须通过复杂的共生机制相互依赖。特别是线粒体的形成，涉及一个精密的协调过程：

• 新生的线粒体 并非单靠自身复制，而是由细胞核基因组和线粒体基因组共同调控的结果。

• 线粒体的正常功能需要细胞核的协作，在核仁的调控下，线粒体得以高效运作，为细胞提供源源不断的能量。

综上所述，生命的奥秘不仅体现于生物学的细胞结构，也深藏于中医学的气机运行理论。现代科学对核仁与线粒体的研究，恰好印证了古老医学关于先天与后天之气相互配合的智慧。

图2 细胞的组成及结构：细胞结构有细胞膜，细胞核，核仁，核膜，细胞质中有多种功能的细胞器；包括高尔基体，核糖体，溶酶体及线粒体。

核仁的发现与研究进展

核仁早在18世纪就被发现，但其在制造生命物质方面的功能，直到近60年来才被科学界广泛认可。

• 1774年 —— 意大利医生 Felice Fontana 发现了一团隐藏在细胞核内、功能未知的小颗粒。

• 1830年代 —— 德国科学家 Gabriel Gustav Valentin 将这颗粒命名为 Nucleolus（核仁）。当时，科学界仅知道核仁的存在，但尚不清楚其与生命的关系。

• 1960年代——科学界开始意识到 核仁是制造生命物质的关键工厂，负责合成 核糖体亚基（Ribosome subunits），这是细胞制造蛋白质的基础。

• 1964年 —— 英国生命科学家 John Gurdon 和Donald Brown 在研究青蛙胚胎时，观察到青蛙的卵细胞核中存在三种不同的结构：

1. 25% 的卵细胞 没有核仁，无法孵化成小青蛙。

2. 50% 的卵细胞具有一个核仁，能够正常孵化。

3. 25% 的卵细胞具有两个核仁，同样能够正常孵化。这一实验表明，核仁的存在与否决定了细胞是否具有生命力。自此，科学界认识到核仁是生命的起源。（图3）

图3 1964年，John Gurdon 和 Donald Brown 在青蛙胚胎实验中发现，25% 没有核仁的青蛙卵无法孵化成小青蛙。

核仁的结构与特性

图4a 细胞核是一种高度专业化的细胞器，是细胞的信息和管理中心。细胞核由核膜、核仁、核质和核基质组成。

图4b 电子显微镜下的核仁，有三个活跃区域

核仁是位于细胞核内、无膜的球形颗粒状结构（见图片4a）。它富含核糖体基因（rDNA 和 rRNA）及氨基酸，主要功能是制造核糖体亚基（Ribosome subunits），进而为细胞合成蛋白质提供基础。

核仁的三大功能区域 （见图4b）

核仁根据核糖体亚基的合成进展，可分为三个区域：

1. 纤维中心：rDNA 和 rRNA 的主要储存地。

2 . 致密纤维成分：含有新合成的前核糖体RNA（pre-rRNA）及核糖体亚基的蛋白质。

3. 颗粒成分：储存即将与核糖体蛋白结合的核糖体亚基

图5 在核仁中，新的核糖体 RNA 与蛋白质结合形成核糖体的亚基。核糖体亚基通过核孔运输到细胞质中，在细胞质中才组装成具有功能性的核糖体。

核仁就像一个制造“生命工具”的工厂。它的核心任务是合成核糖体亚基，随后：

1. 核糖体亚基从核仁释放，聚集在细胞核内膜上。

2. 通过核孔进入细胞质（见图5）。

3. 在细胞质中组装成完整的核糖体。

4. 核糖体在细胞质中制造蛋白质，而蛋白质则是生命的基本构成物质。

核仁的正常运作，直接决定了细胞是否能合成足够的蛋白质，从而影响整个生命体的生长、发育和功能运作。

结论

• 核仁是细胞中制造生命物质的中心，其最主要的功能是生产核糖体亚基，从而支持蛋白质合成。

• 没有核仁的细胞无法生存，正如 John Gurdon和 Donald Brown 发现的那样，缺少核仁的青蛙卵无法孵化。

• 核仁的健康直接影响生命体的生存状态，因此，研究核仁对理解生命的本质至关重要。

生命的迹象

核仁在不同年龄阶段呈现出不同的特征。随着时间推移，核仁的质地、形状和数量都会发生变化。这些变化可以作为预测人体健康状况、生理功能及寿命长短的重要指标。

不同年龄阶段核仁的变化，有以下几点值得注意。

1. 活跃细胞 vs. 休眠细胞：在活跃的细胞中，核仁结构饱满，体积占细胞核总体积的 25%。在休眠状态的细胞中，核仁体积缩小，甚至难以观察到。

2. 核仁的数量随细胞需求变化：细胞对蛋白质合成需求越高，核仁数量通常越多。例如，活跃的免疫细胞和乳腺上皮细胞的核仁数量可达2-3个。

3. 发育中的核仁。初期：核仁体积较小，分布较为松散。成熟后：核仁逐渐融合，变得更大更紧实。

4. 年轻人的核仁凸显生命力旺盛，细胞核染色体饱满，对核仁提供较强的支撑，核仁显得坚实。核仁数量通常为1粒，但在高代谢细胞（如活跃的免疫细胞）中，可能有2粒或更多。

5. 中年人的核仁（生命活力开始衰退。长期活跃的核仁由于持续制造核糖体亚基（Ribosome subunits）而处于高负荷工作状态，导致基因（nDNA）受损的概率增加。这时nDNA结构变得不稳定，容易突变，导致核仁体积增大，但内部结构趋于空洞。这反映出 生命活力开始下降，细胞逐渐进入衰老状态。

6. 老年人的核仁，细胞老化加剧，细胞自噬功能（Autophagy）衰退，导致废物难以清除，细胞质内堆积大量杂质，如色素颗粒、脂肪沉积、蛋白复合物、各种代谢废物（图6）、废物堆积会诱发超氧自由基（ROS）炎症反应，进一步损伤nDNA，加速细胞老化。老化细胞还会持续分泌大量 ROS 及高水平炎症因子（图7），最终导致周围细胞也加速衰老，甚至死亡。

图6 细胞核形态和结构是区分年轻健康细胞和老化细胞的标志。年轻细胞核仁结实，核质清细，老化细胞核仁比较松散，扩大,核质多种污染杂物的累积。

图7 本来健康的细胞在受到外界环境或者不良情绪的压力，细胞容易老化。老化细胞即使受到轻微的刺激即会自然的分泌高炎性的细胞因子影响周围邻近细胞。

核仁的变化可用于评估细胞的健康和寿命。年轻细胞的核仁坚实，数量少但功能强大，代表生命活力旺盛。中年细胞的核仁体积增大但内部变得空洞，代表生理功能开始衰退。老年细胞由于废物堆积和炎症反应，核仁功能严重下降，加速细胞衰老。核仁的变化不仅反映了细胞的代谢状态，也与整体生命健康息息相关。因此，保持细胞健康、增强自噬功能、减少炎症反应，是延缓衰老、维持生命活力的关键。

本来健康的细胞在受到外界环境或不良情绪的压力时，容易加速老化。老化细胞即使受到轻微刺激，也会自然分泌高炎性的细胞因子，从而影响周围邻近的细胞，加剧整体衰老过程。

癌症细胞核仁的病变

图8a 正常细胞与癌症细胞形态的差异。正常细胞：细胞质体积大，单细胞核，单核仁及清细的染色质。 癌症细胞：细胞质体积小，单粒或多粒大的细胞核，多粒大的核仁，粗糙的染色质。

图8b 显示正常细胞与癌症细胞核仁的区别；正常细胞的核及核仁细小，结实平滑（右）。癌症细胞核及核仁扩大，核仁周边呈现渗凸的“外泌分子体”。

癌症细胞是一种恶性、不良的异常细胞，其繁殖能力极强，且核仁结构异常，表现出以下特点：

1. 核仁结构松散，体积较大，且数量增多（见图片8a）。

2. 癌症细胞的核仁极其活跃，能大量合成异常蛋白质，并形成外泌分子体。这些分子体会渗透到核仁周围（见图8b）。

3. PNC 的数量与癌症的恶性程度成正比：在普通癌细胞中，PNC 的数量较少；在高度恶性、容易扩散的癌细胞（Metastasis）中，PNC 数量远比普通癌细胞更多（见图8b）。

这些变化表明，核仁异常增生与癌细胞的恶性扩散密切相关，PNC 甚至可以作为评估癌症恶性程度的生物标志物之一。

清除细胞废物及修复 DNA 基因的机制

核仁和线粒体都是高度活跃的细胞器，分别承担蛋白质合成和ATP 能量生产的关键任务。然而，在这些代谢过程中，难免会产生大量毒性废物，并偶尔导致自身 DNA 受损。

图9 细胞自噬机制。在细胞内自动清除细胞内废物（包括老化的线粒体，破碎的DNA,ROS/RNS等毒气）保持细胞内环境清洁，维持细胞内生理平衡。

幸运的是，健康的核仁和线粒体各自都具备清除废物的自噬机制（Autophagy Mechanism）以及DNA 修复功能，以维持细胞的正常运作。

1. 核仁的自噬机制（Nucleolar Autophagy）—— 负责清除细胞内的所有废物（包括受损或死亡的线粒体），从而维持细胞的生理平衡，并降低 DNA 突变的风险（见图9）。

2. 线粒体的自噬机制（Mitochondrial Autophagy）——这一机制更具专一性，仅针对老化或失去功能的线粒体进行吞噬和降解，同时帮助健康的线粒体再生，确保其继续提供稳定的能量供给。

这两种自噬机制的协调运作，在细胞层面上起到了维持代谢平衡、延缓衰老、降低病变风险的作用，对生命的健康和长寿至关重要。

细胞另一个对核仁至关重要的功能，就是其DNA 修复机制。通过及时修补受损的 DNA，细胞能够维持核仁 DNA 的完整性，从而保护生命的基本信息结构，对预防疾病与肿瘤的发生具有重要意义。

图10 修复受损DNA的功能随着年龄增加而衰退。在年轻的细胞里（左）受伤的DNA很容易得到完整修复。老化了的细胞则常受到不准确的修补（右）。这些修复不完全或不准确的DNA，容易进一步发生断裂或突变，形成毒素并在细胞核中累积，从而对细胞健康造成极大的破坏，甚至诱发病变。

然而，DNA 修复机制会随着年龄增长逐渐衰退：

• 在年轻的细胞中，受损的 DNA 往往能够迅速而准确地完成修复（见图10 左），从而有效避免细胞功能受损。

• 而在年老的细胞中，DNA 修复能力明显减弱，受损的 nDNA（核 DNA）不仅修复速度慢，而且修复的准确性下降。即使完成修复，也常常出现错误修复的情况（见图10 右）

核仁功能障碍

核仁是细胞中负责制造核糖体（Ribosomes）的核心结构，其功能对细胞的正常运作至关重要。然而，长期受到活性氧（ROS）的攻击，核仁功能可能发生障碍，从而引发一系列疾病。这些疾病通常涉及贫血、神经退行性病变、身体发育异常、早衰、寿命缩短，以及其他与基因表达异常相关的病症。核仁功能障碍是导致早衰、短寿和发育异常的主要原因之一，其影响深远，不容忽视。

作者为加拿大华裔资深微生物医学博士