| 眼球中的水晶体，是人体唯一的透明组织。过去几年，专家已确知聚光所必需的透明度，大部份源于水晶体细胞的独特能力，它们可在发育即将完成时启动自我摧毁程序，变成中空但能续存的细胞，好让可见光通过。
若能更了解水晶体细胞是如何变成透明并继续维持，或许可找到防止白内障的方法。65岁以上的美国人中，逾半数有这种视线受阻的问题。唯一的治疗方式是透过手术摘除水晶体，并置入人工移植物。尽管如此，很多病人还是出现综合症，而需要进行第二次手术。由于白内障多半影响年纪大的人，对这些人而言，任何手术都是一种负担，若有什么办法能减缓或停止白内障的形成，甚或使受损的水晶体恢复，将会有很大的助益。
对于水晶体如何严密控制细胞自杀，若能有更进一步的了解，除了能维护视力，还可以提供一些洞见，以治疗因细胞过度或不当死亡而导致的病症，其中包括帕金森氏症、阿兹海默症，还有慢性感染如艾滋病等。
水晶体是活的吗？
水晶体是生物上的奇迹，集密度、弹性与透明于一身。只要它稍微不透明，我们的视觉世界就会变成像哈哈镜一般，充满变形而模糊的光影。如果水晶体有些许颜色，便会吸光，使我们看不见某些颜色。
许多动物都有半透明的部份，例如昆虫的翅膀，但自然界中真正透明的组织非常稀有，也很难达成。人类的角膜是透明的，但它只是薄薄一层由蛋白质与醣类构成的胶状结构，而非细胞构成的组织。水晶体则由约1000层完全透明的活细胞组成。除了视觉之外，在自然世界中应用透明度的显著例子，只有某些海洋与淡水生物，它们利用本身的透明融入开放水域，以躲避掠食者，水母即是其中一例。然而这类动物绝大部份只能算是「高度半透明」，还不算完全透明
。
透明并不容易达成，因为细胞中有称为「胞器」的内部构造，例如保存DNA的细胞核、生成能量的粒线体，以及对合成蛋白质与脂质很重要的高尔基体与内质网。每个构造都有各自的折射率，当光线穿越折射率不同的区域时，便会散射而造成某种程度的不透明。
再者，有些细胞会吸收某些光波而生成颜色。例如血球细胞中的血红素，其独特的红色便是由血色素所造成。器官与肌肉由于有血液供应，基本上也呈现红色。另外，不少细胞（尤其是头发与皮肤细胞）都含有黑色素，那是一种色素分子，颜色从红到黑都有。
水晶体则没有黑色素也没有血液供应。不过单是如此还不足以达成透明，就像软骨，既没有黑色素亦无血液供应，同时也没有颜色，但它顶多只是半透明。这是因为几乎所有的组织、细胞或纤维都以不同角度排列，造成折射率不同，使得光线通过时发生散射。而水晶体只由一种细胞构成，而且所有细胞都精确地同向排列。
既然水晶体细胞没有血液供应，没有结缔组织、神经组织，也没有胞器，那么它们还能算是活的吗？答案视「活着」的定义为何而异。有许多小动物虽然没有血液供应，仍然在地球上繁衍着；人类软骨没有血液，但任何一位生物学家都不会否认它是活的。如果「活着」是指一个细胞要有代谢，那么水晶体细胞便是活的──尽管它只是以最低的限度活着。虽然它没有制造能量的粒线体，某些养份与其他分子仍可藉由渗透作用，从水晶体的最外层，透过一个一个细胞慢慢地往内传送。
胎儿时期，刚由干细胞形成的水晶体细胞确实有着胞器，但这些胞器在发育早期便被摧毁。（成年时期，周期性形成的新细胞也会进行相同程序。）剩下的细胞质是极浓稠的「晶状蛋白质」溶液。虽然水晶体常被形容为「像结晶一样」，但这并非化学上的定义。化学所谓的结晶，是指离子或分子间的几何位置有系统地重复。水晶体则是「生物性的晶体」，亦即它的细胞有着非常规则的排列。这些细胞内都有晶状蛋白质这种大分子，它们形成仲晶排列的复合体。这种结构使细胞质在光学上十分均质，折射率在细胞内与细胞间都不会改变。
老眼蒙胧
要达成透明清晰，当然要付出代价。水晶体细胞撑过胞器控制性自杀的过程，这种毁坏却暗示严重的后果。失去细胞核，合成新物质的遗传程序也就消失，成熟的水晶体细胞便无法像其他细胞一样再生或自我修复
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修复损伤是生物系统最主要的优点。组成人类细胞的分子，半生期通常是几分钟到数天；大约六个月左右，构成我们身体的所有分子，有90%已完全更新。然而，水晶体细胞却必须工作一辈子那么长的时间。
但水晶体细胞又缺乏修复机制，面对某些压力时便显得十分脆弱。例如，严重脱水会造成晶状蛋白质沉淀，促使细胞碎成一堆，这便是白内障。这种小颗粒会破坏水晶体原本均质的折射率，在视野中制造出模糊的点。只要严重脱水几个星期，便可能促使白内障的形成。
即使不是上述状况，缺乏修复机能，意味长期下来小损害也会累积。经常暴露于高度活性分子（如氧自由基）或紫外线辐射，或因糖尿病而经年处于高血糖状态，都导致许多人罹患白内障，不得不求助于白内障手术。
移除模糊水晶体的文献记载，可追溯到公元前1800年古巴比伦《汉摩拉比法典》。古埃及、中世纪欧洲和伊斯兰文献都描述了如何让水晶体与睫状肌分离，并将水晶体下压到玻璃体（水晶体后方的浓稠液体）中。这种方法把遮蔽物从光的通道上移除了，却让光线无法聚焦，因此病人只能看到模糊图象，有如在水中看东西。
17、18世纪时有了特殊镜片，终于可以弥补无法聚焦的问题。而今日的人工水晶体甚至不需要镜片。光是在美国，医生每年施行的白内障手术便高达100万件。幸好，现今的手术成功率近乎100%，且费时不超过45分钟。不过，仍有约三分之一的病人因未分化细胞（干细胞）造成的白内障后遗症而再度求医。手术过程中不慎留下的干细胞，后来开始增殖，但它们不像胚胎发育时期的行为，而是形成没有秩序的一团，模糊了视线，必须靠手术移除。在没有手术资源的开发中国家，有一半的盲人是白内障所造成的。单在印度，每年就有大约380万人因为白内障而失去视力。
年老水晶体容易发生白内障，也容易变黄。吸收蓝、绿光的蛋白质逐渐累积，使这些光无法到达视网膜，也使水晶体呈现黄或褐色；只有红、黄与褐光可通过时，看到的世界便改变了（见下页〈透过老眼作画〉）。
控制中的自杀
近年来，科学家所做的已不只是赞叹水晶体的透明度，或是担忧水晶体随着老化而衰退了。他们发现，水晶体有系统地摧毁其所含胞器的过程，可能为我们提供绝佳机会，解决某些人类最苦恼的疾病。
在早期胎儿发育阶段，从干细胞形成时，水晶体细胞和所有细胞一样都含有胞器，不过一旦分化，水晶体细胞便会摧毁胞器，只留下碎片而变得透明。这乍看没有什么问题，但试想其他细胞，只要DNA有少许损伤就会进入一个称为「细胞凋亡」的细胞死亡程序，而这过程是不可回复的：破坏性的蛋白质被释放进入细胞，打碎DNA及重要蛋白质，粒线体也不再工作，使细胞失去能量来源，于是受破坏的细胞变得支离破碎并消失。正常状况下，受损细胞会自杀，好把空间留给新的健康细胞，否则当器官累积太多受损细胞时就无法运作了。有些状况下，受损细胞自杀，才不会开始增殖而转变成癌细胞。而水晶体细胞虽摧毁了自己的细胞核及每个胞器，却又在完全摧毁之前停止，外层留下完整无缺的细胞膜，里面留下蛋白质细胞骨架及浓稠的晶状蛋白质浆（见96页〈舍身明「视」的水晶体〉）。
这种中止细胞自杀的能力相当令人惊讶。科学家总是将细胞凋亡视为一个不可停止的过程，然而水晶体以某些未知的机制控制着死亡机能，所以只毁坏某些细胞成份，而保持其他部份完好无缺。几年前，我与几位水晶体专家开始觉得，应该有某种特定的煞车机制参与其中。我们发现，分化中细胞的细胞核或粒线体等特定部份，它们所屈从的破坏，与成熟细胞经历的细胞凋亡是一样的；但细胞骨架等其他构造则不受影响。这其中的含意是，水晶体细胞其实是利用死亡机能来控制分化的过程，而不是用来自我摧毁。
下一步思路就来得快了：这种机制如果可以控制细胞凋亡，应该也可以影响细胞过度自杀之疾病（如神经变性疾病）的发展。研究者如果想要利用这个力量，必须先找出使摧毁过程停止的讯号或阻挡物。同样地，若能知道促使水晶体细胞破坏胞器的东西是什么，或许能提供新方法来引发癌细胞自杀。
证据正一点一滴的累积。其中，由美国密苏里州华盛顿大学的巴斯尼特（Steven Bassnett）所提出，用来解释细胞凋亡开始的理论认为，在发育过程中，当新的水晶体细胞在既有细胞的周围形成时（就好像洋葱从核心往外新增一层），较老的内层细胞变得离外围较远，而可以抵达的氧气量便减低。如果氧浓度降低到某种程度以下，需仰赖氧气供应以生成能量的粒线体，完整性便可能受到破坏。细胞检测到这种变化，便释放出细胞凋亡因子。这个理论看来合理的部份原因是，当前已知受损的粒线体会引发人类成熟细胞的细胞凋亡。死亡机能一直处于待命状态，如果细胞检测到严重损伤，便会去掉死亡机能的阻挡物，接着一切便破坏殆尽。
同时，巴斯尼特还提出细胞凋亡的另一个可能原因，那就是在已分化的水晶体细胞中，分解葡萄糖时所生成的乳酸。水晶体中央的成熟细胞缺乏粒线体，于是藉由将葡萄糖转为乳酸来生成能量。乳酸形成了浓度梯度，也形成酸碱度梯度，这两种梯度都可能开启细胞凋亡。
其他的促发因素也同样受到注意。现于英国威尔斯卡地夫大学的莱德（Michael Wride）与加拿大亚伯达大学的桑德斯（Esmond
Sanders）指出，在人工培养的水晶体细胞研究中，肿瘤坏死因子看来可以促进水晶体细胞核的分解。肿瘤坏死因子是一种信使蛋白质，或称为细胞素，可以当做强力诱发物，让健康细胞或某些肿瘤细胞发生细胞凋亡。不过，当前没有人知道在天然水晶体中，这种细胞素如何作用。
至于会对细胞死亡诱发物起反应的分子，美国麻州综合医院的范赖恩（Klaus van Leyen）与同事已找到一些线索。例如，他们发现15-脂肪加氧?（15-lipoxygenase）可以嵌入水晶体细胞胞器的膜，并在其上制造孔洞。这些洞让蛋白?（毁坏蛋白质的酵素）得以进入并摧毁胞器。究竟是什么东西在水晶体细胞分化时，于正确时间诱发15-脂肪加氧?的活性，则还不清楚。
最近，我还有其他人的研究为煞车机制提供可能的洞见。我和同事发现，人类、大鼠与小鼠的水晶体，有一种能与其他分子结合的蛋白质「乳糖凝集素-3」，在水晶体细胞仍有胞器时会生成出来，但胞器开始毁坏时其合成便减少。这种活动模式可调控细胞凋亡的过程，但我们还不知道是什么中止了乳糖凝集素-3的合成。我们会注意到乳糖凝集素-3，是因为它参与其他组织中，和细胞增殖、凋亡及分化有关的各种生物功能。
不久前，日本大阪大学的西本（Sogo Nishimoto）发现一种DNA?（切开DNA的酵素），对水晶体细胞的DNA分解相当重要。实验室小鼠若缺乏这种特殊的DNA?，便患有先天性白内障；且它们的水晶体细胞细胞核，分化过程中似乎并未发生细胞凋亡式的分解；但在所有其他细胞，细胞凋亡则正常发生。（若胞器在胚胎发育时没有毁坏，儿童可能一出生便带有白内障；这可能是病毒感染的结果，例如母亲感染德国麻疹。）
当然我们也可以想像，水晶体细胞能够对抗死亡，并非它能在细胞凋亡进行中主动将之停止，而只不过是有些成份能够抵抗造成自我摧毁的分子。例如，某些只在水晶体中生成的蛋白质，对可分解其他细胞中细胞骨架的杀手酵素来说，可能是「隐形」的。另外，有证据暗示，晶状蛋白质可能在某些蛋白质周围形成一种保护屏障，使酵素无法接近目标。
斑马鱼带来的契机
研究一面进展之时，我们认为有一种小鱼能提供大有可为的线索。斑马鱼是研究胚胎发育的极佳材料，它的胚胎细胞数很少，发育早期透明度很高，所以专家可观察内脏的形成。多数内脏的发展极快，产卵后48小时内便已形成；第三天，小鱼孵出并开始游泳。此外，斑马鱼是脊椎动物，发育过程的遗传控制与人类很相似。
已经有许多研究团队对突变斑马鱼进行大规模的调查，1995年诺贝尔奖得主、德国马克士普朗克发育生物学研究所努斯兰—佛哈德（Christiane
Nusslein-Volkard）的实验室也是其中之一。当前发现的突变种，有些是水晶体具有完整胞器，有的则是水晶体细胞完全死亡；而且有些突变种有着类似人类的白内障。
这些实验室正在留意上述突变是否可以提供新洞见，来了解开启和结束细胞凋亡的机制。若然，医学研究便可能发展出新法，来对抗细胞死亡所引发的疾病。当前，这些研究大大帮助我们了解白内障形成的机制及原因，进而引领我们降低其发展速度，甚至阻止其发生。单是这样的可能性，便足以让我们继续聚焦努力。
【2004-11-01/科学人/33期/P.94】
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