▲海拉细胞的前世今生 ©TED-Ed

字幕：明白知识

2017年，由美国脱口秀女王奥普拉·温弗瑞主演的影片《永生的海拉》（The Immortal Life of Henrietta Lacks ）在美国上映，引起了轰动。

影片讲述了由奥普拉·温弗瑞扮演的黛博拉，在母亲去世多年后，忽然有一天得知，母亲身体内的细胞在她们这些家里人不知情的情况下，被医生用于医学研究。虽然这些医学研究改变了人类医学的发展进程，也拯救了许多人的生命......

▲电影《永生的海拉》海报

根据思科鲁特同名小说改编

奥普拉·温弗瑞饰演海瑞塔·拉克斯的小女儿

这部电影根据同名小说改编，作者是丽贝卡·思科鲁特（Rebecca Skloot），小说是一部非虚构作品，出版后曾蝉联《纽约时报》畅销书榜75周，同时还获得各种学术类书籍奖项。

▲《永生的海拉》

作者：丽贝卡·思科鲁特（Rebecca Skloot）

译者：刘旸
出版社：江苏文艺出版社

出版时间：2012.05

小说记录的是一个真实的故事。

海瑞塔·拉克斯（Henrietta Lacks）确有其人，她和家人所经历的遭遇，经过小说、电影介绍后，在公众里迅速得到普及。

这段传奇故事，甚至还被美国中学生变成说唱RAP「海瑞塔·拉克斯永生之歌」（The Immortal Rap of Henrietta Lacks）。

▲《海瑞塔·拉克斯永生之歌》

视频开头，学生手捧的书正是《永生的海拉》

视频来源：

1951年，海瑞塔·拉克斯，这位非裔美国妇女被诊断出患有恶性的子宫颈腺癌，她在约翰·霍普金斯接受了一系列镭射治疗。主治医生是医院组织培养实验室的主任乔治·盖伊（George Gey），他从肿瘤上取下组织样本，拿到实验室进行研究。

不幸的拉克斯痛苦地忍受治疗带来的副作用，最后，她死于并发症尿毒症，年仅31岁。她在弥留之际告诉亲友们，照顾好自己的五个孩子（其中最小的才刚满一岁）。

▲海瑞塔·拉克斯（1920-1951）和她的丈夫

©️hopkinsmedicine.org

像拉克斯这样的普通病患因治疗失败而死亡，在医疗史上不是什么稀奇的事。

稀奇的地方在于，拉克斯以一种你想象不到的方式得到了永生。

丽贝卡·思科鲁特在《永生的海拉》这本书里，记录了一位微生物学家的回忆：当时医生盖伊在拉克斯的病床旁，留下了一段简短对话，让人唏嘘不已：

盖伊：「你的细胞会让你得到永生，并拯救无数人的生命。」

拉克斯：「很高兴自己的痛苦能给别人带来幸福。」

01.

永生的细胞

让拉克斯得以永生的细胞，正是视频中提到的，盖伊没有经过她的同意（当时没有知情同意权这个说法）而取走的宫颈细胞。盖伊用这些细胞做实验时，惊讶地发现，这些癌细胞居然能够无限复制下下去，这和他之前研究的细胞样本极为不同。

通常情况下，无论是正常细胞还是癌细胞，拿出体外之后很快就死了，而这次拿来的像葡萄一样的弹性组织物，竟然在体外源源不断分裂。它的增殖速度也异常地快：差不多每24小时就增加一倍，并看似正无穷无尽地分裂下去。不仅如此，这些细胞的活性并没有因为分裂而发生改变。

▲盖伊在1951拍摄的第一张HeLa细胞图

©️美国国立卫生研究院

这个现象让医生感到兴奋和震惊，这预示着人类在医学实验时，有了源源不断的人体细胞可供实验。

在此之前，科学家在研究疾病、研制药物的过程中，不能直接拿人体进行试验，因此需要储备大量的体外人类细胞。这些细胞最好还要从同一母体复制而来，以便重复试验，比较结果。但是，人体的正常细胞没法无限复制，这就使得科学家们很难用人体细胞来做医学实验。

早在发现拉克斯的细胞可以无限复制之前，众多的生物科学家一直在寻找体外培养人类细胞的方法，这些科学家里，就包括盖伊夫妇，他们两人已经在体外培养人类细胞方面研究了将近30年，却还是没有培育成功。

在《永生的海拉》一书中，思科鲁特记录了盖伊的妻子玛格丽特·盖伊（Margaret Gey）看到这株细胞系疯狂生长的情景，她欣喜地说：「简直像杂草一样！」

▲显微镜下的海拉细胞

©️tebu-bio

随后不久，盖伊宣布，他终于找到了第一种能在体外永久生存的人类细胞系。然而，这些细胞并没有用拉克斯的名字命名，而是按照玛格丽特的标记方式——分别取病人名和姓的前两个字母，作为标记。

就这样，从拉克斯·拉克斯（Henrietta Lacks）人体取来的细胞，被命名为海（He）拉（La）细胞。

不过，当时的人们并不知道为什么海拉细胞有如此神奇的特性。

为什么正常细胞无法永久分裂？为什么海拉细胞却可以无限繁殖？

前一个问题，由美国解剖学家李奥纳多·海佛烈克（Leonard Hayflick）找到了答案。

▲海佛烈克极限示意图

图片来源：维基百科

海佛烈克发现，正常细胞分裂时，每一条染色体末端的端粒（telomere）在DNA复制后，都会发生缩减；DNA复制多次后，这些端粒会逐渐减少，直至消失，以至于细胞无法再继续生成。

细胞所具有的这种分裂极限，之后被称为海佛烈克极限（Hayflick limit）。一般的正常细胞，分裂的极限为大约50次。

细胞分裂存在海佛列克极限的好处在于，如果DNA复制过程中产生错误，因为端粒的消耗，会使得错误被限制在分裂极限水平，从而避免DNA发生难以控制的突变。

显然，拉克斯的细胞突破了海佛烈克极限。

为了解释海拉细胞的无限分裂特征，科学家们一直在努力。1984年，德国病毒学家哈拉尔德·豪森（Harald Hausen）发现了一种新病毒——人类乳头瘤病毒18（HPV-18），这种病毒靠性接触传播。之后，他也在海拉细胞中检测到了这种病毒的存在。

HPV-18的毒性非常强，而拉克斯所患的宫颈癌，以及海拉细胞染色体的异常突变，均是由这种病毒所导致。

科学家通过海拉细胞研究了HPV-18的感染途径和致癌原理。他们发现，人类染色体上存在一种天然的抑癌基因，叫做P53，它在预防基因突变和抑制肿瘤中发挥重要的作用。HPV-18会把自己的DNA插入宿主DNA中，使P53基因关闭，从而在宿主细胞中产生突变的蛋白质，诱发癌症。

这也只是初步解释了海拉细胞作为癌细胞的发病原理，至于比其他癌细胞更加异常且快速地分裂，海拉细胞还需要借助更进一步的解释。

最终的解释，有赖于三位杰出的美国科学家杰克·威廉·绍斯塔克（Jack Szostak）、伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth Blackburn）和卡罗尔·格雷德（Carol Greider）。他们发现，端粒酶（telomerase）可以弥补端粒在DNA复制过程中的损耗，使得细胞可以不停地分裂。

他们三人也因「发现端粒和端粒酶如何保护染色体」，获得了2009年诺贝尔生理学或医学奖。

正因为端粒酶的作用，海拉细胞，只要养料和空间充足，它就永远不会经历衰老和死亡。

02.

我们得益于海拉细胞

尽管当时的科学家不知道海拉细胞繁殖的原理，但这并不影响他们将其用于科学研究，尤其是临床试验。

比如说，骨髓灰质炎。这是一种由脊髓灰质炎病毒引起的疾病，因为易感染儿童，它还有一个更加常见的名字：小儿麻痹症。「轮椅上的总统」富兰克林·罗斯福（Franklin D. Roosevelt）就曾深受其苦，导致其腰部以下永久性瘫痪。

▲罗斯福

这是富兰克林·罗斯福坐在轮椅上的少数照片之一

©️富兰克林D.罗斯福总统图书馆和博物馆

1944年，罗斯福呼吁美国医学界大力推动小儿麻痹症疫苗的研究，并称「小儿麻痹症正在以最频繁和最具破坏性的力量威胁着儿童的生命」。当时，患病的儿童正不断增多，到了20世纪50年代初，小儿麻痹症疫情变得越来越严重，成为二战后对公共健康威胁最大的疾病之一。

1952年2月，也就是海拉细胞刚诞生后不久，病毒学家乔纳斯·索尔克（Jonas E. Salk）宣布研制出首例小儿麻痹疫苗，但因为没有足够多的体外人类细胞，无法进行大规模的实验来证明疫苗的安全性。

于是小儿麻痹症基金会向盖伊求助，盖伊随即提供了海拉细胞进行测试，这是它第一次大显身手。

海拉细胞相比其他体外培养细胞的优势，就是只要养料充足它便可以无限地分裂。不仅如此，它比其他的细胞更易受到病毒的感染，因此，它成为了测试疫苗的绝佳样本。

通过海拉细胞测试证明，索尔克疫苗是安全有效的，不会对人体造成伤害。于是，疫苗正式投入临床使用，经过广泛的疫苗接种，小儿麻痹症如今已基本被消灭。

▲克服小儿麻痹症是人类医学上重大成就

美国国家脊髓灰质炎免疫计划（National Polio Immunization Program）

在乔治亚州哥伦布开展的大型疫苗接种活动

图片来源：维基百科

海拉细胞对疫苗安全性的验证，间接拯救了数百万人的生命。它虽然是癌细胞，但仍保留了很多正常细胞的基本特征，比如基因表达、制造蛋白质以及细胞之间的彼此交流。所以，海拉细胞不仅可以用来研究病毒，科学家们还借助它研究许多生命活动，包括细胞与细菌、激素之间的关系等等。

最重要的是，因为海拉细胞大规模无限增殖的特性，它成为了订制各类生物学标准，比如病毒学的基石。作为疫苗试验体，它不仅促进了病毒学的兴起和发展，而且因为可封冻、易于随用随取，海拉细胞也推动了人类组织培养领域的标准化和进步。

海拉细胞对后来兴起的遗传学也有很重要的贡献。在《永生的海拉》中，思科鲁特就讲到，因为一次误打误撞，科学家通过海拉细胞解开了人类染色体的奥秘。

20世纪中期以前，科学家通常认为，人类的染色体是48条，每条染色体是一条DNA长链。1953年，一位遗传学家在做实验的时候，不小心把一种错误的液体加进了海拉细胞和其他细胞里，结果细胞里的染色体全都膨胀散开了，人们第一次看到清晰可辨的染色体结构。

由这个「失误」引出了对染色体的进一步发现，科学家们得出结论，正常人类的细胞里的染色体实际上只有46条，而海拉细胞则有76-80条严重突变的染色体。

▲正常人体细胞和海拉细胞染色体对比图

HeLa细胞的核型与正常人的核型非常不同

有一些染色体的额外拷贝和其他染色体的缺失拷贝

©️加州大学伯克利分校Duesberg实验室

思科鲁特写道，知道了正常人类应该有多少染色体，那么当人类出现异常，比如染色体发生增加或缺失，科学家们就能做出有效判断。

而这是遗传筛查的前提。

除此之外，冷战时，海拉细胞还被投入到各种极端环境中做测试，有着各种惊心动魄的经历。

比如，为了测试核武器对人体可能造成的影响，科学家用大剂量的核辐射试验海拉细胞，观察其对细胞的破坏。

还有科学家把海拉细胞放进高速离心机里离心，研究人类细胞在深海或太空等极端环境下的反应。

到了1960年代， 苏联发射的人类第二颗人造地球卫星上就搭载了海拉细胞。美国宇航局NASA随即发射的「发现者18号」也有它。科学家们惊奇地发现，正常细胞不受太空失重影响，仍然正常生长；而海拉细胞到了太空，还会长得更加旺盛，分裂速度变得更快。

当然，海拉细胞也有短板，有时甚至还会带来麻烦。

比如，由于其旺盛的增殖力，如果维护不当，稍不注意，海拉细胞便会侵入其他的组织细胞系。一旦被污染，许多辛辛苦苦研究出来的科学成果就面临失效的风险。20世纪70年代，苏联研究人员认为他们发现了一种导致癌症的病毒，最后事实证明，那是海拉细胞污染捣的鬼。

一开始，科学家认为「海拉污染」就是杞人忧天，根本不存在。后来，依然有少数科学家认识到污染可能带来的严重后果，他们开始研究新的基因检测法，希望能测试细胞系的纯度，检验出培养细胞里受污染的海拉细胞。

不过，海拉细胞以其无可替代的优势，仍然是全世界实验室使用最多的细胞系。

美国《自然》杂志在2013年的报道中说，超过60000篇研究论文都使用了海拉细胞，平均每天就有10篇论文发表。根据美国专利商标局的数据，近11000项专利都与海拉细胞有关。

海拉细胞为各类疾病的突破性研究铺平了道路，因此许多人称海拉细胞为「现代医学之母」，实不为过。

正是因为海拉细胞能无限增殖，且拥有与正常人类细胞差异极大的染色体，美国进化生物学家范·瓦伦（van Valen）声称，海拉细胞已不再属于人类，而成为一种类似单细胞微生物的新物种。

范·瓦伦还赋予了海拉细胞以新的物种名字：「Helacyton gartleri」，这个名字是为了纪念生物和遗传学家斯坦利·加特勒（Stanley M. Gartler），他也是最初发现「海拉污染」的科学家之一。

范·瓦伦认为，海拉细胞以其独特的细胞核型，已经与人类产生生殖隔离，就像一种新的微生物一样，与人类分开进化，而且，它已经进化近70年，不同的海拉细胞系就像不同种族的人类，地理上的隔离使得它们有不同的变化和发展。

然而，由于海拉细胞脱离培养基无法存活，且还完全保留着拉克斯本人的基因组，所以新物种这个提议并没有获得重视，海拉细胞依然还是被归为人类细胞之列。

不过，也正是由于海拉细胞是拉克斯身上取下来的一部分，它给拉克斯的家人带来了几十年的郁闷和麻烦。

03.

被遗忘的家人

拉克斯去世后，盖伊一直向她的家人隐瞒着有关海拉细胞的消息。直到20世纪70年代初，拉克斯的家里突然接到了一个神秘的电话。

▲乔治·盖伊（George Gey，1899-1970），美国约翰·霍普金斯医院的细胞生物学家。他和夫人玛格丽特一直致力于培养人体外细胞。在发现海拉细胞的无限繁殖特性之后，尽管没有告知拉克斯家人，他也没有将细胞据为己有，而是将它分享给医学同仁。此后，海拉细胞在世界各地的实验室进行繁殖，用于医学实验。

前面提到，意识到「海拉污染」的严重性之后，部分科学家尝试研究新的基因检测法，以测试细胞系的纯度，这就需要找到一种拉克斯特有的遗传标记，从而确定哪些是海拉细胞，哪些不是。但要了解拉克斯的基因构成，就必须从她直系亲属体内取得DNA，同海拉细胞的DNA进行对比。

这些科学家很快就联系到了拉克斯的家人，请求他们提供血液样本。《永生的细胞》中曾提到，拉克斯的家人，包括小女儿黛博拉，一直以为是要给他们检查是否患有癌症，直到后来研究人员告知拉克斯身体的一部分还存留于世的时候，拉克斯的家人几乎要崩溃了，他们无论如何也想不通这背后的缘由，更想不通为什么被隐瞒这么久。

原来，治疗拉克斯的约翰·霍普金斯医院是一家福利医院，在这里治病的黑人患者不用花钱，那个年代尚无知会家人同意的观念，所以医生经常直接用病人的组织做实验而没有告知病人家属。

他们觉得，反正病人治病不花钱，拿他们做实验也是公平的。

正如拉克斯的主治医生之一霍华德·琼斯（Howard Jones）所说：

「约翰·普金斯医院要接纳大量贫困的黑人患者，这让医生获得了大量临床实验对象。」

海拉细胞出现后的20年，世界各地的研究人员甚至都不知道海拉细胞背后的女人究竟叫什么。所以不仅拉克斯没有得到应有的名誉，当海拉细胞被生物公司卖到世界各地时，拉克斯的家人也没有分得半点利润，他们甚至买不起从自己母亲细胞上研发的药物，用于治疗自己的疾病。

到了1974年，就在科学家们联系拉克斯家人的时候，遗传学研究进入了一个新的阶段，从病人身上抽血或取得人体组织样本，将要面临的风险已经不是物理创伤和感染这么简单，因为科学家已经能轻而易举地通过基因检测从中获取遗传信息，所以产生了侵犯患者隐私权的问题。

就在实验人员安排拉克斯的家人抽完血仅仅4天后，美国健康、教育和福利部公布了新的联邦法案。新法案认为，不管是什么实验，所有参与实验的受试者都存在风险，都可能造成生理、心理或社会性伤害。因此，法案规定所有联邦资助的研究都必须经过伦理审查委员会审核批准，而且必须使用知情同意书。

法案出台后，很多研究人员有反对意见，他们认为，取血液和组织样本不应在法案规定范围之内。他们所担忧的是，给予病人相关权利会不会影响科研进展？

政府最终否定了他们的意见，之后该法案明确强调抽血和取组织样本也在规定之内。在《永生的海拉》中，思科鲁特也用大量的篇幅论述了医学实验中病人的知情同意问题。

书中提到了哈佛大学副教务长戴维·科恩（David H. Cohen）的反对意见。他的看法是，让病人拥有自己身体组织的决定权是缺乏远见的。他认为，公众对科学应履行的责任远比知情同意重要：

「为了发展科学、造福人类，人们有义务献出他们身上一点点资源。因为将来所有人都会受益，所以现在每人都该承担风险，允许从他们身上取一点碎屑做科研。」

加州大学洛杉矶分校的韦恩·格罗迪（Wayne Grodi）一开始也反对「知情同意」的制度，后来转变态度同意，但认为该项制度需要更加具体完善。同时他强调，不管怎么样，「知情同意」应该只适用于未来的样本，不能适用于过去已经保存的样本，包括海拉细胞。他们担心的是，一旦拉克斯的家人动用法律武器，限制海拉细胞的使用，对科学发展来说这无疑是场灾难。

▲拉克斯家庭成员

在2012年「海瑞塔·拉克斯纪念讲座」上的合影

图片来源：Johns Hopkins Institute for Clinical and Translational Research

然而，拉克斯的家人比科学家所担心的更有大局意识。他们并没有想让海拉细胞的研究告停，相反，2013年，拉克斯的家人和科学家达成和解，并且公布了海拉细胞完整的基因组信息。他们一起制定了一项称为「HeLa Genome」的数据使用协议：科学家可以在受控条件下获得对拉克斯基因组的访问，但必须公开共享从基因组获得的任何数据。

这项协议还规定了一个六人委员会，对基因组的访问进行严格监管，其中两人就是拉克斯的家人。拉克斯的孩子桑尼·拉克斯（D. Sonny Lacks Jr.）曾对思科鲁特说：

「我不想给科学研究惹麻烦，黛儿（黛博拉）肯定也不想。除此之外，我为妈妈和她给科学所作的一切感到骄傲。我只希望霍普金斯和其他从中获益的同胞们做点事纪念她，也给她的家人应有的待遇。」

随着海拉细胞背后的故事越来越广为人知，拉克斯家人的遭遇获得了公众的巨大同情，并由此催生出了关于参加科学实验志愿者的各种协定，比如一定要在实验开始前告知参与者，并且他们的参与完全是自愿的；一定要告知实验潜在的好处，或者相关的可能结果是什么等等。

而生物研究和医学界的科学家们，在得知海拉细胞的来源和历史之后，也懂得了它在实验室之外的重要性，学会了对病人的尊重。

▲对拉克斯生平及事迹的公开介绍

如今，拉克斯终于得到了应有的名誉，而她的家人，也经历了从被隐瞒、欺骗到愤怒、最终和解的过程。

这一切能尘埃落定、在科学发展与社会伦理之间的冲突能有一个好结局，还是因为拉克斯的家人明白了海拉细胞对科学发展的巨大贡献以及无可替代的重要性后选择了支持。

2010年，美国莫尔豪斯医学院为拉克斯家人捐赠了一块形状像本书的墓碑，由拉克斯的一个孙子撰写的墓志铭，上面写着：

「拉克斯·拉克斯，1920年8月1日-1951年10月4日，

在对一个触动了很多生命的知名女性、妻子、母亲的美好回忆中，

拉克斯·拉克斯（HeLa）就在这里。

她不朽的细胞将继续帮助人类，直到永远。

永恒的爱和钦佩，来自你的家人」■

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2017年，奥普拉·温弗瑞主演的电影《永生的海拉》上映后，掀起一股讨论海拉细胞的热潮：海瑞塔·拉克斯的后代并不知道她的细胞被用于科学研究。直到科研人员需要再次需要拉克斯家的细胞进行研究时，家人发现真相后，一度引发了他们与科学家的紧张关系。

科学发展与伦理之间一直存在着某种紧张关系，而知情同意权是其中一个重要因素。

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