干細(xì)胞的漂亮轉(zhuǎn)身

張　路

由于遭遇倫理的阻礙，干細(xì)胞研究就像鞍馬上的運動員，一反傳統(tǒng)的動作，來了一個漂亮的轉(zhuǎn)體180度下馬，穩(wěn)穩(wěn)落地，所有人都為這個高難度動作報以熱烈的掌聲。美國《時代》周刊在2007年底把干細(xì)胞的研究成果評為該年十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之冠，這就是皮膚細(xì)胞經(jīng)“基因直接重組”后可以轉(zhuǎn)化成為具有胚胎干細(xì)胞特性的細(xì)胞。

轉(zhuǎn)變的信號

全能分化的干細(xì)胞無疑對于人類是一件很大的幸事，因為干細(xì)胞在治療白血病、癌癥、白癜風(fēng)、心臟病、帕金森氏綜合征、糖尿病、皮膚燒傷、老年性癡呆等人類許多頑癥方面都有不可替代的重大作用。在上個世紀(jì)末的1999年，美國《科學(xué)》雜志甚至把干細(xì)胞研究評為21世紀(jì)10項重要的研究領(lǐng)域之首，而且位居人類基因組計劃之上。

但是，干細(xì)胞研究一直被倫理困擾。因為，要獲得全能分化的干細(xì)胞似乎非胚胎干細(xì)胞莫屬。而從胚胎中提取干細(xì)胞又為世界多數(shù)國家的倫理和文化所不容。美國雖然引領(lǐng)著世界科技的潮流，但在干細(xì)胞研究上被倫理卡得最死。這體現(xiàn)在總統(tǒng)布什兩次否決議會的推進(jìn)和批準(zhǔn)干細(xì)胞的議案。

布什于2006年7月19日首次否決了支持胚胎干細(xì)胞研究的法案，理由是這項法案支持利用無辜的人類生命為其他人牟取醫(yī)學(xué)利益，謀殺(胚胎)是錯誤的。為了科研目的，給予生命，又讓它死去，這是讓人無法接受的。2007年6月20日，布什再次否決了國會提交的放寬聯(lián)邦政府資助胚胎干細(xì)胞研究的法案，理由始終如一：這樣的法案一旦通過并變成法律，美國納稅人的錢就會“被迫用于故意摧毀人類胚胎”，而這是他本人“不能跨越的道德底線”。

與其說這是布什的底線，倒不如說是人類倫理底線的一種反映，因為相當(dāng)多的人認(rèn)同布什的這一觀點。于是，研究人員開始尋找其他途徑。最先尋求突破的是在世界上首先創(chuàng)造出克隆羊多利的科學(xué)家威爾穆特。

2007年11月17日威爾穆特公開宣布不再進(jìn)行細(xì)胞核轉(zhuǎn)移研究。他認(rèn)為，利用日本科學(xué)家的新技術(shù)可以在5年內(nèi)提供一種更好的、倫理上更能被接受的醫(yī)用克隆胚胎。所謂新技術(shù)指的就是日本京都大學(xué)山中伸彌教授等人研究的一種將體細(xì)胞進(jìn)行基因改造而成為類似干細(xì)胞的技術(shù)，這種技術(shù)已在實驗鼠身上做過試驗。

威爾穆特認(rèn)為，將體細(xì)胞轉(zhuǎn)成千細(xì)胞的新技術(shù)是今后治療疑難病癥的關(guān)鍵技術(shù)，比使用胚胎干細(xì)胞更具潛在優(yōu)勢。

條條道路通羅馬

威爾穆特的決定并非只是因為年底得知日本研究人員的研究結(jié)果才改弦易轍的，早在2007年1月和6月，干細(xì)胞研究的轉(zhuǎn)身動作就基本成形，效果不錯。

2007年1月7日，美國的德·科皮等人就宣布，從羊水中可以分離出多能干細(xì)胞(能分化為多種類型的干細(xì)胞)。這一發(fā)現(xiàn)似乎是繼胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞之外的另一種獲取干細(xì)胞的途徑。羊水干細(xì)胞能激活人體內(nèi)已知的220種專有干細(xì)胞中的絕大多數(shù)干細(xì)胞，讓這些干細(xì)胞發(fā)揮作用。而且，羊水干細(xì)胞比較容易取得，可以通過產(chǎn)前例行的羊水診斷取得足量的羊水；另外還可在產(chǎn)婦生完孩子后取得。例如，現(xiàn)在美國每年就會有400萬嬰兒降生，中國每年有更多的嬰兒誕生。同時，羊水干細(xì)胞不僅容易獲取，還能避開倫理的爭議，也就有了比較廣泛的研究和醫(yī)療應(yīng)用前景。

而在2007年6月美日三個研究小組就成功地把老鼠皮膚細(xì)胞改造成類似胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞。這實際上已經(jīng)為把人的皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)成干細(xì)胞奠定了基礎(chǔ)。因此，將人體皮膚細(xì)胞改造成幾乎與胚胎干細(xì)胞具有同樣功能的干細(xì)胞便是順理成章的事。

2007年11月20日，美國和日本的兩個科學(xué)小組同時宣布，他們成功地將人體皮膚細(xì)胞改造成了幾乎可以和胚胎干細(xì)胞媲美的干細(xì)胞。美國威斯康星大學(xué)詹姆斯·湯姆森等人的研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志，而日本京都大學(xué)教授山中伸彌領(lǐng)導(dǎo)的研究小組把報告發(fā)表在《細(xì)胞》雜志。兩個研究小組都借助逆轉(zhuǎn)錄病毒為載體向皮膚細(xì)胞中植入一組4個基因，通過基因重新編碼，使皮膚細(xì)胞具備胚胎干細(xì)胞的功能。而被改造過的細(xì)胞被稱作“誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞”(iPS細(xì)胞)

湯姆森領(lǐng)導(dǎo)的小組，從自己獨自確定的14種新的候選重組基因中，最終選擇出4個基因，實現(xiàn)了在人體細(xì)胞內(nèi)的基因重組，其中前兩個基因與山中伸彌小組是相同的，即0CT3和SOX2，而另兩個基因是NANOG和LIN28。不過，湯姆森等人利用的是胎兒皮膚細(xì)胞以及一個新生兒的包皮細(xì)胞。與日本研究人員相比，湯姆森等人這項研究需要1萬個細(xì)胞才能分離出1個iPS細(xì)胞系。湯姆森認(rèn)為，雖然這一個iPS細(xì)胞系比日本研究人員的少，但從一個單獨的實驗足以創(chuàng)造出幾個iPS細(xì)胞系。值得一提的是，湯姆森實驗室iPS研究組的主要成員中有華裔女科學(xué)家俞君英。

而日本京都太學(xué)的山中伸彌小組使用逆轉(zhuǎn)錄病毒把4種基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和K1f4轉(zhuǎn)移到人的成體細(xì)胞中，而這些基因在以前對小鼠實驗就獲得成功，把小鼠的成體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為了iPS細(xì)胞。這一次他們實現(xiàn)了在人體細(xì)胞內(nèi)的基因重組并把成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閕PS細(xì)胞。成體細(xì)胞分別來自一位36歲婦女的表皮和一位69歲男性的結(jié)締組織。相比之下，日本研究人員的成體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞的效率更高一些。因為，利用他們的技術(shù)，大約每5000個細(xì)胞就能制造1個iPS細(xì)胞系，這種高效能保證他們在每項實驗中都能得到數(shù)個iPS細(xì)胞系。

iPS細(xì)胞成果擴大

干細(xì)胞研究的漂亮轉(zhuǎn)身并不僅限于把人的成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閕PS細(xì)胞，在此之后和之前，還有一些干細(xì)胞研究的出色成果。

緊接著皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)為干細(xì)胞后，美國馬薩諸塞州懷德海特生物醫(yī)學(xué)研究所的雅各布·漢納等人用皮膚干細(xì)胞對小鼠實驗治療鐮狀細(xì)胞貧血，獲得初步成功。研究人員首先從患有鐮狀細(xì)胞貧血癥的老鼠尾部提取細(xì)胞。隨后在提取的患病細(xì)胞中植入4個基因，使細(xì)胞基因重新編排，變成具備胚胎干細(xì)胞功能的皮膚干細(xì)胞。通過在實驗室中進(jìn)一步誘導(dǎo)分化，研究人員把這些皮膚干細(xì)胞培養(yǎng)為成血細(xì)胞，以彌補引發(fā)鐮狀細(xì)胞貧血癥的基因缺陷，并把成血細(xì)胞注入病鼠體內(nèi)。結(jié)果顯示，這些病鼠血液和腎功能都開始恢復(fù)正常。接受干細(xì)胞治療的患病老鼠，在一個星期內(nèi)就幾乎完全痊愈。

鐮型貧血癥是由基因突變導(dǎo)致的遺傳性血液疾病。異常的血紅蛋白聚合，使紅細(xì)胞呈現(xiàn)鐮刀狀，降低紅細(xì)胞攜帶氧氣的能力。由于血紅蛋白不正常，從而產(chǎn)生供血供氧不足，導(dǎo)致患者貧弱，呼吸困難，也可能出現(xiàn)周期性的劇烈疼痛感，甚至腎臟也會受損，提早死亡。骨髓移植能夠治療這種疾病，但也可能引發(fā)

致命的排斥反應(yīng)。

而醫(yī)學(xué)界首次采用源自患病體自身細(xì)胞組織的千細(xì)胞來治療這種遺傳疾病，成功回避了利用外來血液或細(xì)胞組織可能產(chǎn)生的移植排斥反應(yīng)。同時，把老鼠尾部細(xì)胞轉(zhuǎn)變成干細(xì)胞，也避免了采用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行治療的倫理爭議。這意味著，人類鐮型貧血病的治療指日可待。

但是，如果要在人身上試用這種干細(xì)胞技術(shù)必須解決載體的安全問題。對小鼠的實驗是用逆轉(zhuǎn)錄病毒作載體，把特殊的基因?qū)胄∈蟮钠つw細(xì)胞中，然后讓皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變成iPS細(xì)胞，而這種細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞幾乎完全相同，能生成200多種細(xì)胞。在實驗中是用化學(xué)物質(zhì)使這些iPS細(xì)胞長成健康的血液干細(xì)胞，并把血液干細(xì)胞移植到老鼠的骨髓中，使老鼠體內(nèi)健康的紅細(xì)胞不斷增加，最后治愈鐮型貧血。

但是，如果進(jìn)行人體實驗治療，現(xiàn)在還不能保證逆轉(zhuǎn)錄病毒這種載體對人是安全的，經(jīng)過誘導(dǎo)的iPS細(xì)胞也有可能轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。如何解決載體物質(zhì)是下一步要解決的問題。但已經(jīng)有研究人員提出，可以用脂肪分子來代替逆轉(zhuǎn)錄病毒，把特殊基因帶進(jìn)需要改造的細(xì)胞中，誘導(dǎo)它們成為iPS細(xì)胞。

干細(xì)胞轉(zhuǎn)身之后的兵分兩路

目前，可以把干細(xì)胞研究分為兩大類，一類是利用胚胎提取和創(chuàng)造干細(xì)胞，無論是人胚胎，還是人畜、人獸混合的胚胎，以及靈長類的胚胎：另一種就是對成體細(xì)胞加以轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞，即iPS細(xì)胞。

與胚胎干細(xì)胞相比，iPS細(xì)胞當(dāng)然在效率上占了優(yōu)勢。例如，2007年11月22日，美國俄勒岡國家靈長類研究中心舒克拉特·米塔利波夫及同事在英國《自然》雜志上報道他們成功地克隆出恒河猴胚胎，并提取出胚胎干細(xì)胞。這個成果表明人類在克隆人類胚胎的道路上邁出了更為重要一步。但是，這種途徑與iPS細(xì)胞相比可以說效率十分低下，而且遭遇倫理困境。米塔利波夫從14只母猴那里搜集了304個卵細(xì)胞。最終才獲得了兩個胚胎干細(xì)胞系。這意味著，其成功率只有可憐的0.7％。

因此，克隆先驅(qū)威爾穆特表示，“考慮到這么低的效率，你會懷疑，需要多長時間，細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)才能培育出有用的生命?！毕啾戎?，日本京都太學(xué)教授山中伸彌采用的體細(xì)胞克隆技術(shù)要“有意思100倍”。對胚胎干細(xì)胞持否定態(tài)度的美國政府也由衷地對iPS細(xì)胞的成功表示了贊美。2007年11月20日，美國白宮就此項研究發(fā)表聲明，稱“這是一項在符合倫理的研究中取得的重大進(jìn)展。這次人體皮膚細(xì)胞‘直接改造技術(shù)跨越倫理障礙，令在實驗室中培育出人造人體器官的夢想更近了一步。布什總統(tǒng)也為此感到高興”所以，美國政府認(rèn)為這才是干細(xì)胞研究的“正道”。

但是，這是否意味著iPS細(xì)胞就會從此成為主流并一花獨秀呢?當(dāng)然，情況并非如此。就連成功地用iPS細(xì)胞治療小鼠鐮型貧血的漢納也表示，在繼續(xù)深化iPS細(xì)胞研究的同時，應(yīng)繼續(xù)胚胎干細(xì)胞研究，兵分兩路或多點開花也許能更早出成果。因為iPS細(xì)胞尚不能完全取代胚胎細(xì)胞克隆技術(shù)。而且，很多研究人員認(rèn)為，iPS細(xì)胞實際上還只是干細(xì)胞研究的一個分支。

對這個問題的解讀是，盡管iPS細(xì)胞是一個漂亮的轉(zhuǎn)身，但其自身仍存在不少問題，需要數(shù)年時間才可能把這項技術(shù)安全應(yīng)用于臨床。其一，iPS細(xì)胞現(xiàn)階段的實驗方式存在潛在副作用。研究所使用的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體可能使基因產(chǎn)生變異，引發(fā)腫瘤。因此，需要評估其安全性，并采用新的方法。

其二，盡管iPS細(xì)胞沒有胚胎干細(xì)胞那樣的倫理爭論和阻力，但它也可能產(chǎn)生新的倫理問題。例如，應(yīng)用這項技術(shù)，或許能通過皮膚細(xì)胞制造精子和卵子，可以幫助那些有生育問題的患者。但也會出現(xiàn)濫用問題，因此有必要在制造和利用人體干細(xì)胞方面做出適當(dāng)規(guī)范。

胚胎干細(xì)胞也不示弱

盡管胚胎干細(xì)胞存在很大的倫理困境，但這一領(lǐng)域的研究成果同樣精彩。有一些已經(jīng)進(jìn)入臨床治療實驗。

2007年11月7日，胚胎干細(xì)胞技術(shù)研究公司Geron在美國神經(jīng)科學(xué)協(xié)會年會上宣布，其藥物GRNOPCI(GRNOPCI是人胚胎干細(xì)胞為基礎(chǔ)的脊髓損傷治療藥物)對脊髓損傷小鼠只需注射一次，在9個月內(nèi)顯示了明顯的神經(jīng)修復(fù)效果，而且注射GRNOPCI入脊髓損傷處沒有加劇神經(jīng)病理性疼痛。實驗至少證實了胚胎干細(xì)胞對脊髓損傷治療有效，而這一研究有望于2008年進(jìn)入臨床實驗。

韓國抱川中文醫(yī)科大學(xué)附屬車氏醫(yī)院教授鄭炯敏和漢陽大學(xué)教授金炳洙帶領(lǐng)研究團隊將人類胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)分裂為血管內(nèi)皮細(xì)胞，并且使用這種血管細(xì)胞成功治愈了患有下肢血管閉塞癥的實驗鼠。研究人員通過肌肉注射將胚胎干細(xì)胞注入到11只染有下肢血管閉塞癥的實驗鼠腿部之后，4只鼠的下肢基本得到保全，3只鼠的下肢輕微壞死，另外3只鼠下肢完全壞死。而對照組10只實驗鼠中的9只下肢完全壞死，1只嚴(yán)重壞死。如果這一技術(shù)能應(yīng)用到臨床，將會促進(jìn)人類胚胎干細(xì)胞治療時代的到來。

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