癌症令人聞之色變，直覺認為它是壞東西。但從物理學家的角度看，它不見得壞，它很可能只是細胞一時誤入岐途，或許還有逆轉的機會，而這一切的關鍵可能都落在腫瘤細胞的電位差上頭。
七月號的英國「物理世界」(Physics World)雜誌推出「癌症的物理面」(Physics of Cancer)專題報導，介紹了四組研究團隊以物理學的角度研究癌症發生的原因。癌症是安全模式的結果？介紹了由Paul Davies領導的團隊，推論癌症是十數億年前多細胞生物剛產生的年代，就已經存在的一種生理機制下的產物，它的厭氧、高糖、低ph值特性正與那個年代的生物代謝特徵相同。不過今天這一篇又從另一個角度來看癌症的成因，說明了在早期階段對腫瘤細胞施以高電極化可有效抑制其成長。
40年前後的理論與實驗
電位差與癌症的關連，其實遠自1930年代晚期就已開始研究，那時美國一位解剖學家Harold Saxton發現腫瘤組織與一般組織展現了不同的電屬性。之後到1970年代，NASA的生物物理學家Clarence Cone，發現腫瘤細胞電極化的程度比一般細胞低，他認為施以不同程度極化，就像調節器一樣可以控制細胞增殖的程度。
美國麻州塔夫茨大學(Tufts University in Medford, Massachusetts)教授Michael Levin與博士生Brook Chernet在40年後證實了Cone的理論。他們將帶有能將正常細胞轉變為腫瘤細胞訊息的「信使RNA」(mRNA)（註1）注入到蝌蚪體內，接著把蝌蚪浸入螢光染料中，這種染料會因為接觸到高電位差而變亮，因此亮度的差異可以知道電位差的高低。
Levin與Chernet到目前為止還不知道哪些蝌蚪會長出腫瘤。接著他們把螢光色較為黯淡、也就是低電極化的蝌蚪分離出來觀察，幾天之後，他們發現這些蝌蚪都長出了腫瘤。他們確認低電極化與腫瘤成長有直接關係。
▲紅點為腫瘤細胞部位，比起其他正常細胞，腫瘤細胞電位差較低。(Photo Credit: Brook Chernet; Tufts University School of Arts and Sciences)
高電極化抑制腫瘤生成
細胞的電極化代表許多陽離子與陰離子在細胞膜內外穿梭移動，而電極化也控制細胞內負責運送物質的「運輸蛋白」的運作：低電極化將使運輸蛋白吸收丁酸。丁酸是一種脂肪酸，透過幾種酶的協助可以有效控制基因增殖細胞的指令，也就是說，當丁酸不足時，細胞就會肆無忌憚地生長。
他們進一步設計實驗以找出高電極化對癌細胞的影響。他們將這些蝌蚪分成兩組，其中一組注入帶有離子通道蛋白質的mRNA，可讓蝌蚪的細胞裡有更多陰離子，以提高電極化。實驗結果，這些蝌蚪跟對照組比起來腫瘤的數量明顯較少，這說明了至少在蝌蚪的世界裡，高電極化有助於抑制腫瘤成長，接下來他們將在哺乳類動物身上進行下一階段的實驗。
換個角度思考癌症
這項實驗將產生一個疑問是，腫瘤第一次產生的地方，是經由什麼條件決定的？Levin表示細胞裡的電位差並不直接受到外部電磁輻射的影響，因此他的研究到目前為止既不支持也不否認「打手機有可能會引發腫瘤」之類的議題，但他強調細胞間的電子活動被干擾，確實會促成腫瘤增生，他認為細胞之間有一種「間隙連接」(Gap Junction)（註2），有可能是因為它受到干擾繼而影響電子活動，最終讓腫瘤如脫韁野馬。
不過Levin覺得實驗最重要的意義在於讓科學家能換個角度思考，腫瘤或許並不是不可逆的疾病，甚至它可能並不是所謂的「壞基因」造成或「化學毒素」影響的結果。它也開啟了另一種可能：「控制電位差也許就可以控制腫瘤」。是否真能如此，就等物理學家的動物實驗結果了。
(Cover Photo Credit: Emmons)
註釋
1.信使RNA(messenger RNA, mRNA)由DNA轉錄而來，帶有DNA上的遺傳訊息，從細胞核送入細胞質，做為生成各種蛋白質的遺傳訊息來源。（回到本文）
2.「間隙連接」(Gap Junction)是兩個細胞間的通道，讓體積較小的分子或離子可以自由在細胞質間移動。（回到本文）
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