尿液中尋覓“長(zhǎng)生不老”的奧秘

張懷奇

中國(guó)人自古就有追求長(zhǎng)生不老的夢(mèng)想。我國(guó)四大名著之一的《西游記》中，石猴渡海求藝的唯一目的就是求“能得長(zhǎng)生否”。從大秦帝國(guó)派出300名童男童女東渡大海尋求長(zhǎng)生不老之方開始，到之后的歷代王朝大興煉丹房修煉長(zhǎng)生不老神丹，都在尋求長(zhǎng)生不老之術(shù)，但似乎距離“能得長(zhǎng)生否”卻越來越遠(yuǎn)了。

2013年，一支法國(guó)紀(jì)錄片拍攝團(tuán)隊(duì)專程來到廣州。他們希望在那里證實(shí)一個(gè)傳言，即中國(guó)人是否真的在尿液里找到了“長(zhǎng)生不老”的奧秘。在廣州的實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會(huì)再生細(xì)胞生物學(xué)分會(huì)會(huì)長(zhǎng)、首屆國(guó)家中長(zhǎng)期規(guī)劃“干細(xì)胞研究”計(jì)劃專家組召集人——裴端卿教授和他的研究團(tuán)隊(duì)向世界證明了：尿液可以提供健康的細(xì)胞，而科學(xué)家可以利用這些細(xì)胞得到高質(zhì)量的神經(jīng)干細(xì)胞，并且進(jìn)一步將它們變成血液細(xì)胞、骨細(xì)胞、皮膚細(xì)胞、肝細(xì)胞，甚至神經(jīng)細(xì)胞。在不遠(yuǎn)的將來，科學(xué)家或許就可以將這些分化的細(xì)胞移植到人體損傷部位，替換衰老的細(xì)胞和組織，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)人類生命的“奇跡”。

要破解“不老泉”的秘密，最為關(guān)鍵的就是通過誘導(dǎo)健康尿液中的上皮細(xì)胞成為高質(zhì)量的神經(jīng)干細(xì)胞，并進(jìn)一步將神經(jīng)干細(xì)胞分化為人體所需的其他細(xì)胞。那么，神經(jīng)干細(xì)胞是何物呢？這還得從干細(xì)胞說起。

干細(xì)胞是人體及其各種組織細(xì)胞的最初來源，具有高度的自我復(fù)制、增殖和多向分化的潛能。目前，干細(xì)胞主要分為三大類：第一類是胚胎干細(xì)胞，被譽(yù)為全能性干細(xì)胞。從理論上講，無論是在體內(nèi)還是體外環(huán)境下，胚胎干細(xì)胞都可以誘導(dǎo)分化為機(jī)體中所有的細(xì)胞類型，在適當(dāng)?shù)臈l件下甚至可以發(fā)育為一個(gè)有機(jī)體。第二類是成體干細(xì)胞，是存在于發(fā)育成熟個(gè)體內(nèi)已分化組織中的未分化細(xì)胞，它具有自我更新能力并能分化為其所在組織起源的所有細(xì)胞類型。第三類是誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞），是成熟體細(xì)胞誘導(dǎo)演變成類似胚胎干細(xì)胞的多潛能干細(xì)胞，它介于前兩種細(xì)胞之間。裴端卿教授制造的神經(jīng)干細(xì)胞就是iPS細(xì)胞的一種。那么iPS細(xì)胞又是從何而來的呢？其家族又有哪些成員呢？

回顧人類干細(xì)胞研究近一個(gè)半世紀(jì)的歷史可以發(fā)現(xiàn)，盡管干細(xì)胞的研究取得了巨大的突破和進(jìn)展，并且有相當(dāng)部分的研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，造福了相當(dāng)多的患者，比如黃斑變性眼疾患者等。但反對(duì)干細(xì)胞研究的聲音卻從未停息，人們?cè)谖幕?、宗教信仰、技術(shù)濫用等方面的擔(dān)憂從未停止。這就迫切需要尋找到一種既合理、合法又安全實(shí)用的技術(shù)手段來獲取精貴的干細(xì)胞。

2012年10月8日下午，人們翹首期待的年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，日本科學(xué)家山中伸彌因發(fā)現(xiàn)成熟細(xì)胞可以被重新編程為iPS細(xì)胞而成為獲獎(jiǎng)?wù)咧弧Ｋ麨楹文塬@得如此殊榮？這還得從他2006年的研究成果說起。

當(dāng)年，以山中伸彌教授為首的日本京都大學(xué)研究小組，通過實(shí)驗(yàn)成功地將小鼠的皮膚細(xì)胞——確切地說是成纖維細(xì)胞——轉(zhuǎn)化成為了干細(xì)胞。這是科學(xué)家首次獲得iPS細(xì)胞，成功開啟了iPS 細(xì)胞研究的大門。此后，猶如雨后春筍，國(guó)際上一些有實(shí)力的國(guó)家在這一領(lǐng)域展開了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，iPS 細(xì)胞一時(shí)成了炙手可熱的干細(xì)胞新星。

僅僅不到半年時(shí)間，科學(xué)家們就修改了小鼠iPS細(xì)胞技術(shù)方案，將其成功運(yùn)用于人類細(xì)胞。但問題也接踵而至，日本教授相繼發(fā)現(xiàn)，他們誘導(dǎo)生成iPS細(xì)胞的一種基因容易致癌。這時(shí)，如何獲得既成熟又不致癌的iPS細(xì)胞成了一大新的挑戰(zhàn)。

經(jīng)過不懈努力，科學(xué)家創(chuàng)造了一種導(dǎo)入干細(xì)胞基因的方法，即先把干細(xì)胞基因通過非整合載體或質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)胞，待細(xì)胞獲得多能性后再將其剔除，以此消除嵌入核酸或質(zhì)粒所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。裴端卿教授就是在誘導(dǎo)方法上采用了這種非整合技術(shù)，使得誘導(dǎo)后的神經(jīng)干細(xì)胞不帶有任何誘導(dǎo)因子，消除了誘導(dǎo)因子引起成瘤性的隱患。此外，由尿液上皮細(xì)胞直接誘導(dǎo)為神經(jīng)干細(xì)胞，跳過了可產(chǎn)生成瘤性的“多能性獲得”這一步驟，因而這樣獲取的神經(jīng)干細(xì)胞更加安全?，F(xiàn)在，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證實(shí)了諸如肝細(xì)胞、胃上皮細(xì)胞、胰腺細(xì)胞、神經(jīng)前體細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、表皮干細(xì)胞、臍帶和羊膜細(xì)胞以及造血細(xì)胞等均可被誘導(dǎo)成為iPS細(xì)胞。

由此可見，iPS細(xì)胞來自于成熟體細(xì)胞的再加工，也就是從外界引入幾個(gè)“轉(zhuǎn)錄因子”（即控制基因開關(guān)的蛋白質(zhì)，如Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4等），把成熟體細(xì)胞“反分化”，從而退回到未分化狀態(tài)。這些“退回到未分化狀態(tài)”的細(xì)胞能夠重新分化為多種類型的細(xì)胞。因此，它具有無限的分化潛能。目前，已經(jīng)較為成熟的iPS細(xì)胞有人成纖維細(xì)胞、人脂肪干細(xì)胞、人外周血T淋巴細(xì)胞、人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和人腎小球系膜細(xì)胞等，相信隨著研究的進(jìn)一步深入，iPS細(xì)胞的類型也會(huì)越來越多。

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞如此神秘，肯定有它的神奇之處。沒錯(cuò)，iPS細(xì)胞就像孫悟空具有七十二般變化一樣，能在合適的技術(shù)誘導(dǎo)下變成目的細(xì)胞，從而具有胚胎干細(xì)胞的全能分化功能。這必將在疾病的研究和治療、再生醫(yī)學(xué)、器官移植等領(lǐng)域掀起巨大的技術(shù)革命。此外，iPS細(xì)胞還為藥物模型的建立和研究帶來了革命性的變化。

應(yīng)用iPS細(xì)胞來治療疾病是研究iPS細(xì)胞的終極目標(biāo)。目前，科學(xué)家在利用iPS細(xì)胞在疾病模型中進(jìn)行細(xì)胞替代治療領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。比如，鐮刀形細(xì)胞貧血癥，是由于血紅蛋白上一個(gè)氨基酸單位的變化，造成紅細(xì)胞可以生成卻不能有效地輸送氧氣，從而造成紅細(xì)胞在血管內(nèi)大量破壞的一種常染色體顯性遺傳血紅蛋白病。在這種疾病的治療上，可以用從患者體內(nèi)得到的造血干細(xì)胞嵌入正常的血紅蛋白，然后回輸進(jìn)患者體內(nèi)，從而生成功能正常的紅細(xì)胞。又如，在A型血友?。ㄟ@是由于遺傳性凝血活酶因子Ⅷ生成障礙引起的出血性疾?。┑闹委熒?，科學(xué)家用一種病毒將功能性凝血因子Ⅷ的基因?qū)氲交颊叩耐庵苎杉?xì)胞內(nèi)，使凝血因子Ⅷ在血小板內(nèi)生成和存儲(chǔ)，從而達(dá)到治療作用。再如，在老年性癡呆（這種疾病是因?yàn)樯窠?jīng)細(xì)胞年老衰退造成的，又稱阿爾茨海默?。┑闹委熒?，可以用誘導(dǎo)性神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行自我修復(fù)或替代丟失、缺損的神經(jīng)組織，從而恢復(fù)患者的記憶。此外，科學(xué)家運(yùn)用這項(xiàng)新技術(shù)在治療不孕不育癥、聽力或視力障礙等方面也進(jìn)行了卓越的研究。

同時(shí)，科學(xué)家還利用iPS細(xì)胞還原了疾病病理過程，提供了體外疾病模型，以便于研究疾病形成的機(jī)制、篩選新藥以及開發(fā)新的治療方法。例如，研究人員將提取自“漸凍人”（肌萎縮側(cè)索硬化癥患者）體內(nèi)的iPS細(xì)胞，分化成特定的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，來研發(fā)改善疾病癥狀的藥物。澳大利亞科學(xué)家首次使用人體皮膚細(xì)胞制造出了一小塊功能性的“迷你腎臟”。別小看這個(gè)小小的器官，它的功能可是樣樣俱全，有望緩解目前腎臟移植手術(shù)中腎源稀少的困境，也有助于降低腎臟疾病藥物篩查的成本，并提高篩查效率。此外，還有科學(xué)家培育了“大腦類器官”。借助于這顆豌豆大小的類器官構(gòu)成的人類大腦組織，科學(xué)家能夠解答與大腦發(fā)育以及人體最初發(fā)育階段出現(xiàn)的與紊亂有關(guān)的一系列重大疑問，比如對(duì)神經(jīng)發(fā)育疾病——小頭畸形的研究等。

相信在不久的將來，這將有望成為治療人類疾病的又一種神奇手段。

iPS細(xì)胞在造福人類的同時(shí)，卻并不總是藍(lán)藍(lán)的天上白云飄，而是猶如唐僧西行取經(jīng)，八十一難的陰影總是如影隨形。iPS細(xì)胞的研究也存在著巨大的研究挑戰(zhàn)。尤其是在iPS細(xì)胞的誘導(dǎo)效率、產(chǎn)生機(jī)制和安全性等方面，亟需進(jìn)一步闡明和優(yōu)化。其中，闡明iPS細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)制最為重要，而如何改進(jìn)并研究出新的低致瘤性的誘導(dǎo)方法，提高iPS細(xì)胞的安全性則是未來研究中的重點(diǎn)及難點(diǎn)。此外，iPS細(xì)胞能夠真正取代胚胎干細(xì)胞嗎？它們是否具備太多的“前世記憶”呢？iPS細(xì)胞的取材會(huì)受到文化和宗教信仰的約束嗎？這些問題都仍需解決。

147年前，人類第一次使用“干細(xì)胞”一詞來描述受精卵。17年前，人類胚胎干細(xì)胞才第一次被分離出來。9年前，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞才從“理想國(guó)”里走出來，它年輕且先天發(fā)育不良。2年前，由裴端卿教授帶領(lǐng)的中國(guó)團(tuán)隊(duì)終于利用非整合技術(shù)彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。如今，隨著科技日新月異的發(fā)展，我們相信，從尿液里提取干細(xì)胞的技術(shù)，定會(huì)助推醫(yī)學(xué)大革命，“能得長(zhǎng)生否”已經(jīng)不再是無從回答的疑問了。