干細胞的漂亮轉身

張　路

由于遭遇倫理的阻礙，干細胞研究就像鞍馬上的運動員，一反傳統的動作，來了一個漂亮的轉體180度下馬，穩穩落地，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年底把干細胞的研究成果評為該年十大科學發現之冠，這就是皮膚細胞經“基因直接重組”后可以轉化成為具有胚胎干細胞特性的細胞。

轉變的信號

全能分化的干細胞無疑對于人類是一件很大的幸事，因為干細胞在治療白血病、癌癥、白癜風、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。在上個世紀末的1999年，美國《科學》雜志甚至把干細胞研究評為21世紀10項重要的研究領域之首，而且位居人類基因組計劃之上。

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

布什于2006年7月19日首次否決了支持胚胎干細胞研究的法案，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學利益，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邦政府資助胚胎干細胞研究的法案，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，因為相當多的人認同布什的這一觀點。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造出克隆羊多利的科學家威爾穆特。

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

威爾穆特認為，將體細胞轉成千細胞的新技術是今后治療疑難病癥的關鍵技術，比使用胚胎干細胞更具潛在優勢。

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果才改弦易轍的，早在2007年1月和6月，干細胞研究的轉身動作就基本成形，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胞(能分化為多種類型的干細胞)。這一發現似乎是繼胚胎干細胞和成體干細胞之外的另一種獲取干細胞的途徑。羊水干細胞能激活人體內已知的220種專有干細胞中的絕大多數干細胞，讓這些干細胞發揮作用。而且，羊水干細胞比較容易取得，可以通過產前例行的羊水診斷取得足量的羊水；另外還可在產婦生完孩子后取得。例如，現在美國每年就會有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療應用前景。

而在2007年6月美日三個研究小組就成功地把老鼠皮膚細胞改造成類似胚胎干細胞的細胞。這實際上已經為把人的皮膚細胞轉成干細胞奠定了基礎。因此，將人體皮膚細胞改造成幾乎與胚胎干細胞具有同樣功能的干細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小組同時宣布，他們成功地將人體皮膚細胞改造成了幾乎可以和胚胎干細胞媲美的干細胞。美國威斯康星大學詹姆斯·湯姆森等人的研究發表在《科學》雜志，而日本京都大學教授山中伸彌領導的研究小組把報告發表在《細胞》雜志。兩個研究小組都借助逆轉錄病毒為載體向皮膚細胞中植入一組4個基因，通過基因重新編碼，使皮膚細胞具備胚胎干細胞的功能。而被改造過的細胞被稱作“誘導性多能干細胞”(iPS細胞)

湯姆森領導的小組，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，實現了在人體細胞內的基因重組，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胞以及一個新生兒的包皮細胞。與日本研究人員相比，湯姆森等人這項研究需要1萬個細胞才能分離出1個iPS細胞系。湯姆森認為，雖然這一個iPS細胞系比日本研究人員的少，但從一個單獨的實驗足以創造出幾個iPS細胞系。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家俞君英。

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

iPS細胞成果擴大

干細胞研究的漂亮轉身并不僅限于把人的成體細胞轉變為iPS細胞，在此之后和之前，還有一些干細胞研究的出色成果。

緊接著皮膚細胞轉為干細胞后，美國馬薩諸塞州懷德海特生物醫學研究所的雅各布·漢納等人用皮膚干細胞對小鼠實驗治療鐮狀細胞貧血，獲得初步成功。研究人員首先從患有鐮狀細胞貧血癥的老鼠尾部提取細胞。隨后在提取的患病細胞中植入4個基因，使細胞基因重新編排，變成具備胚胎干細胞功能的皮膚干細胞。通過在實驗室中進一步誘導分化，研究人員把這些皮膚干細胞培養為成血細胞，以彌補引發鐮狀細胞貧血癥的基因缺陷，并把成血細胞注入病鼠體內。結果顯示，這些病鼠血液和腎功能都開始恢復正常。接受干細胞治療的患病老鼠，在一個星期內就幾乎完全痊愈。

鐮型貧血癥是由基因突變導致的遺傳性血液疾病。異常的血紅蛋白聚合，使紅細胞呈現鐮刀狀，降低紅細胞攜帶氧氣的能力。由于血紅蛋白不正常，從而產生供血供氧不足，導致患者貧弱，呼吸困難，也可能出現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

致命的排斥反應。

而醫學界首次采用源自患病體自身細胞組織的千細胞來治療這種遺傳疾病，成功回避了利用外來血液或細胞組織可能產生的移植排斥反應。同時，把老鼠尾部細胞轉變成干細胞，也避免了采用胚胎干細胞進行治療的倫理爭議。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胞技術必須解決載體的安全問題。對小鼠的實驗是用逆轉錄病毒作載體，把特殊的基因導入小鼠的皮膚細胞中，然后讓皮膚細胞轉變成iPS細胞，而這種細胞與胚胎干細胞幾乎完全相同，能生成200多種細胞。在實驗中是用化學物質使這些iPS細胞長成健康的血液干細胞，并把血液干細胞移植到老鼠的骨髓中，使老鼠體內健康的紅細胞不斷增加，最后治愈鐮型貧血。

但是，如果進行人體實驗治療，現在還不能保證逆轉錄病毒這種載體對人是安全的，經過誘導的iPS細胞也有可能轉變成癌細胞。如何解決載體物質是下一步要解決的問題。但已經有研究人員提出，可以用脂肪分子來代替逆轉錄病毒，把特殊基因帶進需要改造的細胞中，誘導它們成為iPS細胞。

干細胞轉身之后的兵分兩路

目前，可以把干細胞研究分為兩大類，一類是利用胚胎提取和創造干細胞，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胞加以轉基因誘導，使其轉變為干細胞，即iPS細胞。

與胚胎干細胞相比，iPS細胞當然在效率上占了優勢。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個卵細胞。最終才獲得了兩個胚胎干細胞系。這意味著，其成功率只有可憐的0.7％。

因此，克隆先驅威爾穆特表示，“考慮到這么低的效率，你會懷疑，需要多長時間，細胞核轉移技術才能培育出有用的生命。”相比之下，日本京都太學教授山中伸彌采用的體細胞克隆技術要“有意思100倍”。對胚胎干細胞持否定態度的美國政府也由衷地對iPS細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表聲明，稱“這是一項在符合倫理的研究中取得的重大進展。這次人體皮膚細胞‘直接改造技術跨越倫理障礙，令在實驗室中培育出人造人體器官的夢想更近了一步。布什總統也為此感到高興”所以，美國政府認為這才是干細胞研究的“正道”。

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

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

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

胚胎干細胞也不示弱

盡管胚胎干細胞存在很大的倫理困境，但這一領域的研究成果同樣精彩。有一些已經進入臨床治療實驗。

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

韓國抱川中文醫科大學附屬車氏醫院教授鄭炯敏和漢陽大學教授金炳洙帶領研究團隊將人類胚胎干細胞誘導分裂為血管內皮細胞，并且使用這種血管細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只嚴重壞死。如果這一技術能應用到臨床，將會促進人類胚胎干細胞治療時代的到來。

責任編輯張田勘