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海弗利克極限

正常人類細胞群體分裂直至細胞分裂停止的次數; （在培養中）現象，當成纖維細胞在衰老前可達到最多50個細胞分裂

海弗利克極限[1]（英語：Hayflick limit）又譯海富利克極限[2][註 1]，又稱海弗利克現象（Hayflick phenomenon），指正常人類細胞群體在細胞分裂停止前所能分裂的次數限制。經驗證據（英語：Empirical evidence）顯示，每個細胞的DNA所相連接的端粒，在每次新的細胞分裂後會略微縮減，直至縮減至一個極限長度為止[4][5]。

海弗利克極限這一概念是在1961年由賓夕法尼亞州費城威斯達研究所（英語：Wistar Institute）的美國解剖學家李奧納多·海弗利克（英語：Leonard Hayflick）提出[4]。海弗利克證明了一個正常的人類胎兒細胞群體，在細胞培養下可以分裂40-60次，而此細胞群體將會進入衰老（英語：Senescence）期；這駁斥了諾貝爾獎得主亞歷克西·卡雷爾「一般正常的細胞具有永生性」的論點。每次有絲分裂會略微縮短細胞中附着於DNA上的端粒，而人體中端粒的縮短最終會導致細胞分裂無法進行；這種細胞群體衰老機制的出現，和整個人體的生理性衰老有所關連。此機制似乎也能夠防止基因體不穩定（英語：Genome instability）；端粒的縮短會限制細胞分裂的次數，也就可以預防人類衰老細胞中癌細胞的發展情況。然而，端粒的縮短會傷害免疫功能，因此可能同時增加了患癌風險[6]。

端粒的長度

 
在細胞凋亡之前，每個細胞平均可以分裂50─70次。當細胞分離時，染色體末端的端粒會變小。海弗利克極限理論認為，隨着細胞分裂，端粒會不斷縮小，最終將不會出現在染色體上；此最終階段就是所謂的衰老期，也證明了「端粒損壞與細胞衰老之間具有關連性」的概念。

海弗利克極限發現與DNA鏈末端的端粒區域長度相關。在DNA複製的過程中，每個DNA鏈末端的短小片段（端粒）在每次DNA複製完成後，即無法複製而丟失[7]。DNA的端粒區域無法解碼成任何一個蛋白質，僅僅在DNA的末端區域形成一個重複的編碼，而DNA複製後失去的也是這個編碼。在多次DNA複製之後，端粒就會消耗殆盡，導致細胞開始凋亡。這種機制可以預防DNA複製的錯誤，進而預防基因突變的發生。一旦端粒在細胞多次複製之後消耗殆盡，細胞將無法複製下去；此時該細胞就會達到自身的海弗利克極限[8][9]。

這個過程不會發生在大多數的癌細胞中，起因在於一種稱做端粒酶的酵素。此酵素可以維持端粒的長度，這會導致癌細胞中的端粒不會縮短，且給予這些細胞無限複製的潛力[10]。目前正在研擬中的癌症治療方案（英語：Experimental cancer treatment）提出使用酶抑制劑，可以阻止端粒的復原，讓癌細胞變得如同一般體細胞一樣凋亡[11]。此外，端粒酶激活劑可以修復或延長健康細胞中的端粒，進而延長這些健康細胞的海弗利克極限，但也會給予它們癌細胞的特徵。端粒酶的激活也可能延長免疫系統中細胞的端粒長度，來預防端粒非常短的細胞發生癌變[來源請求]。

在體外實驗中，肌肽可以增加人類纖維母細胞的海弗利克極限[12]，也可以抑制端粒縮短的速度[13]。

註解

  1. ^ 澳大利亞諾貝爾獎得主弗蘭克·麥克法蘭·伯內特爵士首次在其著作Intrinsic Mutagenesis: A Genetic Approach to Ageing（1974年）使用「海弗利克極限」此術語[3]。

參考文獻

  1. ^ 存档副本. [2024-02-08]. （原始內容存檔於2024-02-08）. 
  2. ^ https://terms.naer.edu.tw/search/?csrfmiddlewaretoken=Jv0a3P0OqCFtpWNUvNG9iw7tdMNfgi1kfVydT6rOTQlIEozxMnnvJYZKc1VVVY2L&match_type=phrase&query_op=&query_field=title&query_term=Hayflick
  3. ^ Shay JW, Wright WE. Hayflick, his limit, and cellular ageing (PDF). Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2000, 1 (1): 72–76. PMID 11413492. doi:10.1038/35036093. 
  4. ^ 4.0 4.1 Hayflick L, Moorhead PS. The serial cultivation of human diploid cell strains. Exp Cell Res. 1961, 25 (3): 585–621. PMID 13905658. doi:10.1016/0014-4827(61)90192-6. 
  5. ^ Hayflick L. The limited in vitro lifetime of human diploid cell strains. Exp. Cell Res. 1965, 37 (3): 614–636. PMID 14315085. doi:10.1016/0014-4827(65)90211-9. 
  6. ^ Eisenberg DTA. An evolutionary review of human telomere biology: The thrifty telomere hypothesis and notes on potential adaptive paternal effects. American Journal of Human Biology. 2011, 23 (2): 149–167. PMID 21319244. doi:10.1002/ajhb.21127. 
  7. ^ Watson JD. Origin of concatemeric T7 DNA. Nature New Biol. 1972, 239 (94): 197–201 [2019-05-27]. PMID 4507727. doi:10.1038/newbio239197a0. （原始內容存檔於2019-05-27）. 
  8. ^ Olovnikov AM. Telomeres, telomerase and aging: Origin of the theory. Exp. Gerontol. 1996, 31 (4): 443–448. PMID 9415101. doi:10.1016/0531-5565(96)00005-8. 
  9. ^ Olovnikov, A. M. Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов [Principles of marginotomy in template synthesis of polynucleotides]. Doklady Akademii Nauk SSSR. 1971, 201: 1496–1499. 
  10. ^ Feng F; et al. The RNA component of human telomerase. Science. 1995, 269 (5228): 1236–1241. PMID 7544491. doi:10.1126/science.7544491. 
  11. ^ Wright WE, Shay JW. Telomere dynamics in cancer progression and prevention: Fundamental differences in human and mouse telomere biology. Nature Medicine. 2000, 6 (8): 849–851. PMID 10932210. doi:10.1038/78592. 
  12. ^ McFarlan GA, Holliday R. Retardation of the senescence of cultured human fibroblasts by carnosine. Exp. Cell Res. 1994, 212 (2): 167–175. PMID 8187813. doi:10.1006/excr.1994.1132. 
  13. ^ Shao L; Li QH; Tan Z. L-carnosine reduces telomere damage and shortening rate in cultured normal fibroblasts. Biochem Biophys Res Commun. 2004, 324 (2): 931–936. PMID 15474517. doi:10.1016/j.bbrc.2004.09.136. 

參見

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