从浩瀚的宇宙到微渺的细胞,有太多的秘密仍不被我们所知。一颗细胞里能看见整个宇宙,生命的复杂程度绝不亚于宇宙。传统的研究方法已给人太多的绝望,然而有人乐观地提出,若以系统生物学——即整合不同层次的信息以理解生物系统如何行使功能——的学科思维逼近,用数学公式来描述生命的行为,也许会有新的发现。

红细胞体积与Hb的动态图。点击见原图。

于是Higgins和Mahadevan将上述思路用于红细胞的研究。正常成人的红细胞诞生于骨髓,完成120天的旅程后,在网状内皮系统中被吞噬,结束了它的寿命。120天后,谁来决定红细胞的去留?一般认为此时红细胞膜发生了改变,使其容易被巨噬细胞识别。然而Higgins和Mahadevan用统计物理的方法建立了一个描述红细胞生成和清除的公式,这个数学模型说明:新生成的红细胞数=被清除的红细胞数,并且当红细胞平均血红蛋白浓度(MCHC)降低到一个阈值后,就会被清除(见右图)。

细心的你可能会问,对于小细胞性贫血的患者——例如缺铁性贫血或地中海贫血——来说,以上模型是不是就不再适用?因为这两种贫血的平均细胞体积(MCV)和血红蛋白(Hb)都是低的,为什么这些红细胞在病人体内没有被清除呢?Higgins和Mahadevan解释说,这可能是由于红细胞的生成少了,因此红细胞的清除效率也补偿性地降低。也许通过检测这个降低的清除率,就可以预测谁会在今后发生缺铁性贫血。但这个理论并不能解释为何这两类小细胞贫血有不同的细胞形态。

以上理论对于现有的解释红细胞清除的理论可谓是个挑战,不仅如此,它也展示了系统生物学在临床应用的一些前景。

来源:《新英格兰医学杂志》2011-1-27 基础研究的临床意义

Systems Biology and Red Cells. David J. Weatherall.N Engl J Med 2011; 364:376-377