複製人的迷思

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複製人的迷思

91/11/01 23047

胡育誠｜清華大學化學工程系

你還記得〈侏儸紀公園〉的情節嗎？電影中，科學家憑著冰存下來的恐龍的去氧核醣核酸（DNA），就能複製出各式各樣的恐龍。

類似的情節，在西元一九九七年出現在我們真實的世界中。當年二月的《自然》雜誌刊登了一篇論文，標題為〈從哺乳類動物之胎兒及成年細胞複製的新個體〉。對你我而言，這似乎就像一般眾多的科學論文一樣，與大家關係不大。但這項由英國羅斯林研究所的威爾穆特（Ian Wilmut）博士領軍的研究工作，就如同〈侏儸紀公園〉橫掃全球票房一樣，成了全球各大媒體的頭條新聞，因為這篇論文所報告的是目前全世界最有名的羊–桃麗的誕生。

桃麗是人工複製的結果，有著與其「母親」完全一樣的基因體。它的出現，馬上讓人聯想到複製人類的可能性。德國的《明鏡》周刊甚至以複製的希特勒軍團為封面，大幅報導複製羊的故事。今（2002）年四月，一位義大利醫師也宣稱第一個複製人將於年底誕生。

這些媒體聳動的報導，讓大眾認為複製人的時代即將來臨，使得社會上對複製充滿了期待與恐懼：既希望以後我們就可以複製出另一個自己或是麥可．喬丹，又擔心複製人會帶來不可預期的災難。但事實是否如此呢？

有性生殖與複製

在產生期待或恐懼前，我們須先了解複製與生殖的不同處。哺乳動物的有性生殖是靠精子與卵子的結合受精，受精卵分裂成多個細胞後，開始分化成身體的各個組織，再進而形成新的個體。

精子與卵子在經由減數分裂形成時，染色體及其所帶基因會重新組合。因此，精子內的基因並不會和父親完全相同，卵子內的基因也不會和母親完全相同，而精子與卵子的結合更使基因產生新的排列組合。

因此，藉由有性生殖產生的新個體，所帶的基因組合與父親或母親並不會完全相同，當然也不會長得完全一樣。這樣的有性生殖方式，在演化上是有它的意義，因為它可讓生物產生多樣性而在「物競天擇」中存活下來。

而複製則是藉由將細胞核轉移至另一個已移去細胞核的卵細胞中，再使其模擬受精過程，在代理孕母的子宮內發育成新的個體。在這過程中，細胞核提供了染色體及其所含的所有基因，而卵細胞則提供了細胞質及其他細胞發育所需的物質。因此，這樣複製出來的個體，其基因體主要是來自於提供細胞核的細胞，而非如有性生殖中來自精子與卵子雙方。

細胞分化的研究開啟了複製的可能性

複製的過程在自然界中一向存在著。如受精卵可能在子宮內分裂而形成獨立的胚胎，並進而形成同卵雙胞胎。而人工的複製，桃麗也不是第一個。早在二十世紀初，德國生物學家史畢曼（Hans Spemann）就曾以頭髮將蠑螈的兩個胚葉細胞分離，結果兩個胚葉細胞均長成完整的胚胎。這是一種廣義的複製。但我們需了解，史畢曼進行這些實驗的目的乃在研究細胞的分化與胚胎的發育機制，複製只是額外的結果。不過，他的實驗與概念也成為現代複製技術的先驅。

一九五○年代，美國科學家金恩（Thomas King）更進一步將青蛙囊胚細胞的細胞核取出，植入除去細胞核的卵細胞內並製造出蝌蚪。而牛津大學的葛登（J. B. Gurdon）更在六十年代證明了可將蝌蚪腸細胞（已分化）的細胞核移入南非爪蟾卵細胞質內，並進而發育成完整的胚胎。這些研究更進一步證明了複製的可能性。

哺乳動物的複製問題複雜

然而，青蛙或爪蟾都是兩棲類動物，這些研究結果能套用在牛、羊乃至於人類等高等哺乳動物嗎？

在高等哺乳動物內，由於卵細胞直徑僅是兩棲動物卵子的十分之一至十五分之一大，數量上也少了許多，且哺乳動物的受精需在體內進行，更重要是卵細胞外有一層透明帶保護卵子及受精卵。因此，如何進行細胞核轉移而不損傷這層透明帶，在技術上困難了許多。

直到一九八○年代初，德國科學家伊爾曼西（Karl Illmensee）與美國科學家霍普（Peter Hoppe）宣稱，他們成功地將老鼠已分化的內細胞團細胞核取出，注入去核的單細胞受精卵並培養出新生的老鼠。拜顯微技術的進步，他們採用微量吸管進行核轉移，並使用細胞鬆弛素來減輕對受精卵的傷害。他們的成果為複製哺乳動物之路點亮了一盞明燈。但很不幸地，別人卻無法重複他們的研究結果，甚至引發了其成果為造假的懷疑。

另外兩位著名的生物學家，蘇特（Davor Solter）與邁格瑞思（James McGrath），也進行了相當嚴謹的實驗。他們發現，若細胞核體（細胞核的提供者）來自較早期的胚胎，細胞核轉移是可能得到新的胚胎。但若細胞核體來自較晚期的胚胎（如內細胞團細胞），細胞核轉移就會失敗。他們甚至下了結論認為︰「細胞核轉移技術對哺乳動物進行複製，在生物學上是不可能的」。這樣的結論，無異是為複製哺乳動物的嘗試判了死刑。

因為今日大家所想像的複製是從一個已成熟（或已死亡）的個體來造出一個複製品，也就是若想複製一個麥可．喬丹，他已是一個成人，你只能從他的體細胞去取得他的細胞核及內含的基因體。但此時他的體細胞已經分化成特定細胞形態，如神經細胞、肌肉細胞等。

長久以來，生物學家認為只有發育早期的胚胎細胞（在老鼠為8個細胞階段）保有全能性，能繼續分化成其他細胞；已分化的細胞會失去其全能性，如皮膚細胞就無法再分化成腦細胞。蘇特等人的實驗告訴我們，複製僅能利用未分化的胚胎細胞進行，如此一來，我們想像中的複製便成了不可能的任務。

羅斯林研究所的成就

但世事是難有絕對的，桃麗的誕生就顛覆了這些生物學上的定律。

桃麗的特殊在於她的細胞核來自一頭六歲的芬多賽母羊的乳腺細胞（為已分化的體細胞），而細胞質則由蘇格蘭黑面羊的卵細胞提供。前面提到，體細胞已分化且不可能回復其全能性，那為何威爾穆特博士的團隊能成功呢？關鍵就在於他們發現到細胞周期對細胞核轉移的重要性。

我們都知道，細胞可進行DNA複製、蛋白質表現，再進一步分裂成更多細胞。這整個細胞周期可大略分為 M（有絲分裂）、 G1（間期1）、S（合成期）與 G2（間期2）。在 G1 與 S中間還可能進入另一時期稱為 G0。G0 可視為冬眠期，當細胞遇到環境壓力如養分不足等情況時，細胞會進入此時期並減少其生理活動。

威爾穆特博士的團隊發現，卵細胞中有一種蛋白質叫做有絲分裂促進因子，它會調控轉移入的細胞核周期。在高有絲分裂促進因子的卵細胞內進行細胞核轉移，才可送入代理孕母的子宮中，並繼續發育成正常個體的胚泡，然而只有 G1 或 G0 細胞時期的細胞核進入高濃度的細胞質體內才可繼續正常發育。若細胞核體處於 G2 時期，細胞核內的染色體已被複製成四套體，這些染色體在有絲分裂促進因子影響下會再被複製成為八套體，這樣的細胞也許可繼續分裂數次，但很快的就會無法正常發育而死亡。這可以用來解釋為何前人的嘗試都無法成功。

根據這些發現，威爾穆特博士的團隊在一九九五年便利用移除培養液內的生長因子的方式，成功地將已開始分化的胚胎細胞質體導入 G0 時期，俾將細胞核「再程序化」，使其恢復「全能性」。利用這種技術，他們複製出了兩頭威爾斯山綿羊–梅根與茉瑞（所以桃麗並不是最早的複製羊）。在一九九六年，他們再接再厲地以乳腺細胞的細胞核創造出了全世界最有名的複製羊–桃麗。

梅根、茉瑞與桃麗的誕生，改寫了「已分化細胞無法恢復其全能性」的生物學教條。其後在一九九八年，法國的團隊也成功地以相同的方法，利用已分化的胎兒肌肉細胞複製出小牛。同一年，美國的研究團隊也以成年老鼠細胞複製出小鼠。這些研究的成功，再次證明以成年已分化的體細胞進行複製是可行的。

在此同時，媒體的推波助瀾，使社會大眾對複製產生高度的興趣與期待，許多人要求複製一個自己，許多不孕夫妻希望複製過世的小孩，更有人想要複製死去的寵物。然而，在我們了解複製技術的本質後，便會了解這些是錯誤的想法。

複製技術的迷思

現在所謂的複製是將細胞核及其內的染色體送入細胞質體，因此，細胞核體內的基因決定了新胚胎「大部分」的基因組合。但是，在細胞質體內的粒線體也含有DNA。因此，現在的複製動物，嚴格來說並不是完全相同的複製品，他們在基因組合上還是有些許的不同，雖然我們尚不知道這些許不同會造成多大影響。

另外一個最大的誤解便是，由於近年來各種重要基因，如抗癌基因、纖維性囊腫基因的發現，以及人類基因體計畫的進行與完成，基因的重要性受到過度渲染。的確，基因可決定我們的各種遺傳特徵，但基因並非唯一的因素。

目前已知基因會與環境不斷交互作用，單一細胞會與身體的其他細胞接觸，胚胎在子宮內會與母體內的其他部位接觸，嬰兒出生後又會與各種環境接觸。這些接觸與產生的信號，都可傳入細胞內而影響基因的開與關，以及其後的基因表現。這些基因表現所得的產物包括各式各樣的核醣核酸（RNA）與蛋白質，而這些蛋白質才是決定生物體特徵與生理機能的分子。

任何兩個個體不可能在如此長時間下，與外界有完全相同的交互作用，因此，他們不可能有完全一模一樣的蛋白質表現方式。即使是同卵雙胞胎為同一受精卵分裂成兩個胚胎再形成兩個個體，它們細胞核內的DNA或細胞質的成分在發育初期都完全相同，但它們在子宮內的位置不同也可能導致不同的發育結果。這些差異可能很細微，也可能變得很明顯。

另外，社會環境也會影響個體的發展，若我們把愛因斯坦的複製品置於臺灣的聯考制度下，他還可能成為愛因斯坦嗎？若麥可．喬丹出生在臺灣，缺少與眾多籃球高手過招的機會，他還會成為美國職業籃球聯盟（NBA）的超級巨星麥可．喬丹嗎？

這些影響，其實從與桃麗同一時期出生的其他四隻複製羊中便可看出。這四隻羊是從相同的胚胎細胞複製出來的，它們有著相同的基因體，但它們在體型及個性上卻大不相同。因此，希望藉由複製得到另一個「自己」的人，可能要大失所望了。

這些在不同母體孕育出的「自己」，有可能在個性與外形上均與自己不同。更可能的是，在腦細胞發育階段，由於胎兒所得到的營養（如現在廣告常宣稱對嬰兒腦部發育有益的DHA）及外界所給予的刺激（如音樂）與你的發育過程不同，而使腦細胞發育情況產生不同，而這些都會對未來複製的個體的智力乃至於性情造成影響。當然，這些可能是「好的」影響。但無論如何，這些複製出來的個體就是可能不相同。所以，你所複製出的「希特勒」可能成為一個文學家，「愛因斯坦」可能成為運動員。

另外一個問題是複製技術的成熟度。在桃麗誕生的研究中，他們製造了385個胚胎才得到一隻桃麗；在另一隻複製羊的研究當中，成功率也才達到0.89％！在實驗的過程當中，有許多胚胎無法正常發育，即使生下胎兒也容易早夭。而且在道德上我們能容忍製造出許多畸形兒或早產兒的風險嗎？因此，要成熟且安全地複製動物還有一長段路要走。

由於這些難以預知的變數太多，因此複製人在科學上也引起極多的討論，更別說在社會、倫理、道德及宗教上造成的爭議。所以，美國在一九九九年就已禁止以聯邦經費贊助複製人研究。即使是威爾穆特博士的研究團隊，也一再重申反對複製人類的立場。

複製技術的未來

儘管複製人類並不能得到社會普遍的贊同，但複製技術本身還是有它相當大的科學意義及應用價值。

如前所述，科學家應用相關技術可以了解分化與發育的機制，並進而探索生命的秘密。就應用上來說，其實威爾穆特博士認為他們最重要的成果是結合基因工程與複製技術所得到的一隻基因轉殖羊–波麗（一九九八年出生）。波麗是由轉殖入第九號人類凝血因子基因的胎兒纖維母細胞所複製出的，他們的目的是利用羊的乳汁分泌第九號凝血因子，以作為治療血友病的藥物。這種以「藥物繁殖」來大量生產生技藥物的方式，已經成了近年來熱門的研究領域。

另外，複製技術也可以用來複製優良家畜，複製即將滅絕生物以保持生物多樣性，甚至可應用在另一新興的生物科技–組織工程上。

因此，儘管複製在社會上引起如此的期待或爭議，不論是正面或負面，但它對科學進展的貢獻是無庸置疑的。而我們對複製人的評價，也有待你在了解複製技術後，自己做明智的判斷了。

資料來源

《科學發展》2002年10月，358期，46 ~ 51頁

有性生殖(6) 科發月刊(5221)

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