干細(xì)胞：條條道路通羅馬？

王一凡

簡(jiǎn)易地獲得大量的多能或全能分化的干細(xì)胞是研究人員孜孜以求的目標(biāo)，因?yàn)檫@樣的干細(xì)胞是治療嚴(yán)重疾病的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，獲取干細(xì)胞似乎已經(jīng)進(jìn)入條條道路通羅馬的多元時(shí)代，因?yàn)橛煤?jiǎn)單的化學(xué)和物理方法也可以獲得多功能細(xì)胞或多能干細(xì)胞。

從基因誘導(dǎo)到物理誘導(dǎo)

最初研究人員認(rèn)為，能夠多能分化的干細(xì)胞非胚胎干細(xì)胞莫屬。由于人類胚胎涉及復(fù)雜的倫理和法律規(guī)定，從胚胎提取干細(xì)胞受到了限制，既無法任意使用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行研究，更不可能把胚胎干細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療。

為了避開倫理限制，干細(xì)胞研究轉(zhuǎn)移了方向。2006年日本的山中伸彌研究團(tuán)隊(duì)利用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體向小鼠的成體細(xì)胞（小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和成體尾巴成纖維細(xì)胞）轉(zhuǎn)入4個(gè)基因（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc），讓這些細(xì)胞重新編程，產(chǎn)生了類似小鼠胚胎干細(xì)胞的特征，這就是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）。從理論上講，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞不僅可以定向生成某種組織和器官，如肝臟，也可能發(fā)育為胚胎，重新孕育生命。

為此，英國(guó)的約翰·戈登和日本的山中伸彌共同獲得2012年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)的理由是，他們“發(fā)現(xiàn)成熟細(xì)胞可被重編程變?yōu)槎嗄苄浴薄?/p>

現(xiàn)在，日本的另一位研究人員——日本理化學(xué)研究所發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的小保方晴子等人把從新生小鼠身上分離的白細(xì)胞暴露在弱酸性的環(huán)境中，使細(xì)胞恢復(fù)到未分化狀態(tài)，并使其具備分化成任何細(xì)胞類型的潛能，標(biāo)志是，這些細(xì)胞具備早期胚胎的基因標(biāo)記。

因此，這些細(xì)胞實(shí)際上就是可以多能分化的細(xì)胞。他們把這種培養(yǎng)和獲得多能分化細(xì)胞的過程稱為“刺激觸發(fā)的多能性獲得性”（STAP）。小保方晴子等人還發(fā)現(xiàn)，不僅弱酸性環(huán)境可以使細(xì)胞獲得多能分化的潛能（有人稱這一途徑為“酸浴”），而且物理擠壓方式也能讓細(xì)胞變得具有多能分化的潛能。

這也意味著，此前的基因誘導(dǎo)可能獲得多能分化的干細(xì)胞，現(xiàn)在的化學(xué)誘導(dǎo)（酸?。┖臀锢碚T導(dǎo)（擠壓）也可能獲得多能分化的細(xì)胞，獲得多能分化的細(xì)胞似乎已經(jīng)是條條道路通羅馬。

一波三折的研究過程

不過，小保方晴子等人并沒有稱他們獲得了可以多能分化的干細(xì)胞，而是培養(yǎng)出了可以多能分化的細(xì)胞。這也意味著多功能細(xì)胞與多能干細(xì)胞有一定的區(qū)別，這個(gè)差別就是一個(gè)“干”字。

對(duì)此，用基因調(diào)控方法培養(yǎng)出誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的山中伸彌指出，“該發(fā)現(xiàn)對(duì)理解細(xì)胞重新編程有重要意義。從臨床應(yīng)用的實(shí)用觀點(diǎn)看，我認(rèn)為這是創(chuàng)建類似誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的一種新方法。”顯然，山中伸彌認(rèn)為，酸浴和擠壓方式是培養(yǎng)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的一種新方法。

為了理解這種差別，可以來看看小保方晴子等人一波三折的研究過程。小保方晴子在培養(yǎng)細(xì)胞的一個(gè)偶然機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)，一部分細(xì)胞擠過毛細(xì)血管時(shí)會(huì)收縮成干細(xì)胞大小的形狀。這提示，物理擠壓可能產(chǎn)生干細(xì)胞。于是她嘗試用加熱、酸性環(huán)境和物理擠壓等方式改變細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3種方式都可以使細(xì)胞發(fā)生改變，也就是產(chǎn)生了胚胎細(xì)胞的多功能性基因標(biāo)記。

但是，僅有標(biāo)記還不夠，還要檢驗(yàn)這些改變后的細(xì)胞是否能產(chǎn)生多功能性變化。為此，小保方晴子等人把熒光標(biāo)記的細(xì)胞注入小鼠胚胎來驗(yàn)證。如果導(dǎo)入胚胎的熒光細(xì)胞是多功能的，則這些發(fā)光細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)于發(fā)育后的小鼠體內(nèi)的每一種組織，因?yàn)楦杉?xì)胞的多功能性即是能分化成各種組織。

當(dāng)然，檢驗(yàn)這一點(diǎn)也需要技術(shù)和手段。日本山梨大學(xué)的若山照彥以克隆小鼠檢驗(yàn)了這些細(xì)胞是能夠多能分化的，在培育小鼠時(shí)產(chǎn)生了綠色熒光較強(qiáng)的小鼠胚胎。小保方晴子認(rèn)為這足以證明擠壓和酸性環(huán)境讓細(xì)胞改變后可以生成多能分化的細(xì)胞。但是，小保方晴子等人關(guān)于這些研究的論文屢屢被國(guó)際一流科學(xué)雜志拒絕。

小保方晴子意識(shí)到，要打消人們的懷疑必須證明這些多功能細(xì)胞是新生成的而不是原來就存在于生物體內(nèi)多種組織中的細(xì)胞。為此，小保方晴子的研究對(duì)象轉(zhuǎn)移到了T細(xì)胞（白細(xì)胞的一種），嘗試對(duì)T細(xì)胞施壓和把T細(xì)胞置入酸性環(huán)境來讓其轉(zhuǎn)化為多功能細(xì)胞。因?yàn)門細(xì)胞的轉(zhuǎn)化可以從其發(fā)育期間的基因調(diào)整和變化反映出來，同時(shí)研究人員還可以用視頻來拍攝T細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。

結(jié)果證明，T細(xì)胞的確能在擠壓和酸性環(huán)境下形成多功能細(xì)胞，因此被稱為“刺激觸發(fā)的多能性獲得性”（STAP）細(xì)胞。對(duì)STAP細(xì)胞最重要的證明是，它們可以形成胚胎組織，但是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞都無法做到這一點(diǎn)。這讓研究人員非常驚喜。若山照彥認(rèn)為，STAP細(xì)胞能形成胚胎組織的這一特點(diǎn)使得克隆更加方便。如果STAP細(xì)胞能夠自建胚胎組織，就不必使用供卵和供精，而是可以直接移入代孕者體內(nèi)孕育。但這只是一種設(shè)想。

同時(shí)，小保方晴子等人還證明，在刺激條件下，有25%的細(xì)胞存活下來，其中30%的細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為多功能細(xì)胞，這也比導(dǎo)入4個(gè)基因才讓1%的細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率更高。同時(shí)，能夠在物理和酸性環(huán)境下轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙δ芗?xì)胞的也不只是T細(xì)胞，而是包括來自大腦、皮膚、肺與肝臟的許多細(xì)胞。這也提示，擠壓等物理方法即使不能適用于所有細(xì)胞類型，也可能適用于絕大多數(shù)的細(xì)胞類型，從而讓它們轉(zhuǎn)化為多功能細(xì)胞。

優(yōu)勢(shì)與疑問

如果物理擠壓和酸性環(huán)境也能使成年細(xì)胞返老還童，成為可多能分化的多功能細(xì)胞，將是一種突破。因?yàn)?，與獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞相比，物理和化學(xué)方法誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)化更有效，時(shí)間更短，而且可塑性更強(qiáng)（因?yàn)镾TAP細(xì)胞可以形成胚胎組織）。

例如，讓T細(xì)胞浸泡在酸性液體中只需30分鐘就能讓其返老還童，成為多功能細(xì)胞，這比山中伸彌導(dǎo)入4個(gè)基因才能把人體皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導(dǎo)的多能干細(xì)胞更簡(jiǎn)便，因?yàn)閷?dǎo)入4個(gè)基因產(chǎn)生誘導(dǎo)多能干細(xì)胞需要4～5周時(shí)間，這在培養(yǎng)時(shí)間上簡(jiǎn)直如同乘太空飛船。

STAP細(xì)胞的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是安全。誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞由于導(dǎo)入了4個(gè)基因，可能會(huì)產(chǎn)生另一種副作用，即讓細(xì)胞無限分裂生長(zhǎng)，成為腫瘤。endprint

然而，酸液或擠壓方式產(chǎn)生的多功能細(xì)胞卻不會(huì)有這種“致癌性”，因?yàn)橛苫瘜W(xué)和物理因素促成產(chǎn)生的STAP細(xì)胞是緣于細(xì)胞的一種自我保護(hù)本能。

另一方面，STAP細(xì)胞是否可以像誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞那樣稱為干細(xì)胞還需要更多的研究來證實(shí)。不過，在小保方晴子等人的研究之前，已經(jīng)有其他一些研究人員發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在著多功能細(xì)胞，例如，美國(guó)明尼蘇達(dá)州立大學(xué)明尼阿波里斯市分校分子生物學(xué)家凱瑟琳·韋費(fèi)賴就在論文中描述過有多功能變化的潛能祖細(xì)胞。小保方晴子認(rèn)為，這些有多功能變化的潛能祖細(xì)胞就是STAP細(xì)胞，因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^物理應(yīng)激產(chǎn)生的，并非體內(nèi)本來就有而分離出的。

但是，2009年，韋費(fèi)賴因涉嫌學(xué)術(shù)不端而被明尼蘇達(dá)大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)調(diào)查，其中有3篇文章被懷疑造假，這3篇文章都涉及干細(xì)胞或多功能細(xì)胞。這3篇文章有1篇發(fā)表在《自然》上，1篇發(fā)表在《血液》上，1篇發(fā)表在《美國(guó)生理學(xué)雜志》上。

韋費(fèi)賴是《美國(guó)生理學(xué)雜志》上發(fā)表的文章的共同作者之一，這篇文章報(bào)告的是內(nèi)耳細(xì)胞中的干細(xì)胞可分化成神經(jīng)細(xì)胞和感覺細(xì)胞。英國(guó)《新科學(xué)家》雜志發(fā)現(xiàn)，文章中的一個(gè)電泳圖片條帶是人為拼接修改的，另外，有兩張不同實(shí)驗(yàn)中的圖片完全一致。

韋費(fèi)賴與一名在其實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)的博士研究生于2001年發(fā)表于《血液》雜志的文章涉及數(shù)據(jù)造假，不過，韋費(fèi)賴是該文章的通訊作者。2009年3月，《血液》雜志已撤回了這篇造假文章。

2002年，韋費(fèi)賴以通訊作者名義發(fā)表在《自然》的成體干細(xì)胞文章因其可靠性和原創(chuàng)性的原因在2007年受《新科學(xué)家》雜志質(zhì)疑。2009年6月，《自然》雜志因這一問題撤回了這篇文章。

由于韋費(fèi)賴涉及學(xué)術(shù)不端，而且內(nèi)容都是涉及干細(xì)胞，因而其生物體內(nèi)的多功能細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)也受到懷疑。顯然，小保方晴子等人的多功能細(xì)胞培養(yǎng)的新途徑的發(fā)現(xiàn)還需要時(shí)間來檢驗(yàn)。

但是，另一方面，小保方晴子等人的研究如果能得到重復(fù)驗(yàn)證，那么，她在論文中提出的觀念就是對(duì)山中伸彌研究的否定。小保方晴子稱，在過去幾十年里，關(guān)于成年組織里是否存在多功能細(xì)胞（或非常相近的細(xì)胞）一直有爭(zhēng)議，不同的研究組報(bào)告了有矛盾的結(jié)論。然而，目前還未有研究證明多功能細(xì)胞可從已分化的體細(xì)胞獲得。也就是說，山中伸彌導(dǎo)入4個(gè)基因能讓已分化的體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多功能細(xì)胞尚未得到證實(shí)，這無疑是對(duì)山中伸彌獲得諾貝爾獎(jiǎng)的懷疑和否定。

孰是孰非，需要時(shí)間和其他研究來驗(yàn)證。

【責(zé)任編輯】張?zhí)锟眅ndprint