李海存 單連慧 鐘華 黃家學 安新穎

干細胞與再生醫(yī)學技術是生命科學領域的一個重要前沿分支，隨著近年研究的深入發(fā)展，采用該技術策略治療多種疾病已成為21世紀生物醫(yī)藥領域尤為重要的研究方向。在國家“十二五”科學與技術發(fā)展規(guī)劃中，干細胞研究從發(fā)育與生殖醫(yī)學中單列出來，躋身六大國家重大科學研究計劃之一。重點支持細胞重編程及其調控機制研究，干細胞自我更新及多能性維持的機理及新物種多能干細胞的建系，干細胞的定向誘導分化及其調控機制研究，干細胞發(fā)育與微環(huán)境的相互作用，標志物的發(fā)掘、識別與示蹤，干細胞臨床應用基礎研究，植物細胞全能性與器官發(fā)生等方面的研究[1]。這也為國內誘導性多潛能干細胞的研究發(fā)展提供了重大的機遇。

2007年，美國和日本科學家分別宣布獨立發(fā)現(xiàn)將普通皮膚細胞轉化為干細胞的方法，這樣得到的干細胞稱為誘導多功能干細胞（induced?pluripotent?stem?cell，iPS)。iPS 細胞具有和胚胎干細胞類似的功能，卻繞開了胚胎干細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙，因此在醫(yī)療領域的應用前景非常廣闊[2]。2009年，Zhao等[3]在《Nature》發(fā)表文章，首次利用iPS細胞通過四倍體囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠，從而在世界上第一次證明了iPS細胞的全能性[4]；Kang等[5]也獨立成功培育出實驗鼠。這兩項成果對干細胞全能性的機理研究以及器官移植、藥物篩選、基因治療等臨床應用研究有重要價值。

筆者從科研投入及產(chǎn)出、臨床試驗等多個角度對iPS細胞的研究現(xiàn)狀進行了調研分析，系統(tǒng)把握iPS細胞研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為國家免疫學領域科研政策制定及學科重點發(fā)展方向提供參考依據(jù)。

資料與方法

一、數(shù)據(jù)來源

采用的文獻數(shù)據(jù)來源于湯森路透集團的科學引文索引擴展版(SCIE)數(shù)據(jù)庫和德溫特創(chuàng)新索引（DII）數(shù)據(jù)庫；項目數(shù)據(jù)來源于美國國立衛(wèi)生研究院的RePORTER項目數(shù)據(jù)庫；臨床試驗數(shù)據(jù)來自于Clinicaltrials數(shù)據(jù)庫。

二、分析方法

iPS細胞研究領域檢索詞的制定參考Pubmed數(shù)據(jù)庫醫(yī)學主題詞表中主題詞、下位主題詞和其入口詞，利用這些詞組成的關鍵詞在SCIE等以上數(shù)據(jù)庫文獻標題中進行檢索。

采用文獻計量學方法和統(tǒng)計分析等信息分析方法，利用湯森路透集團的Thomson?Data?Analysis(TDA) 和 Microsoft?Excel軟件，對上述來源的數(shù)據(jù)從時間分布、國家地區(qū)分布、機構分布等方面進行了分析，以揭示目前國際iPS細胞研究領域的整體發(fā)展情況。

（一）科研投入分析

利用美國國立衛(wèi)生研究院（national?institutes?of?health,?NIH）RePORTER 項目數(shù)據(jù)庫[6]，檢索iPS細胞相關項目，得到iPS細胞相關項目219個（表1）。從表中可以看出從2008年起，NIH資助的iPS細胞研究數(shù)量由4項增長到2010年的83項，資助金額由172萬美元整漲到2010年的4295萬美元，但隨后2011年項目數(shù)量略微下降，為79項，但項目資助金額下降更為明顯，為3053萬美元，這可能是數(shù)據(jù)庫更新不及時的原因。其中獲NIH資助項目數(shù)在5項以上的機構情況見表2，哈佛大學、斯坦福大學、威斯康辛大學麥迪遜分校、約翰霍普金斯大學等機構獲得項目數(shù)量都在10項以上，雖然戴維?格拉斯通研究所和國立心、肺、血液病研究所這兩個機構獲得資助項目數(shù)量少（僅為5項），但資助金額卻大大高于項目數(shù)量第三的威斯康辛大學麥迪遜分校（項目數(shù)量為14項），可以看出這兩個機構在iPS研究上實力不俗。

表1 ?2008至2011年iPS細胞研究領域獲得NIH資助項目數(shù)及資助額度分布

表2 ?iPS細胞研究領域獲得NIH資助的機構情況

通過篩選中國國家自然科學基金（national?natural?science?foundation?of?china,?NSFC）項目數(shù)據(jù)庫，2008至2011年，共批準資助68項iPS細胞領域研究項目，總金額為2986.5萬元（見注：檢索時間為2012年2月15日,表3）。從表中可以看出，iPS?研究領域獲得NSFC資助是從2008年開始，從2項迅速增長到2011年的27項。雖然項目數(shù)量增長較為迅速，但是資助額度卻有所下滑。2009年獲得資助項目雖然為17項，但100萬以上的5個項目中有4項為2009年批準資助，分別為中國科學院動物研究所周琪負責的“核移植及iPS誘導體細胞重編程機制的研究”（200萬元）、第二軍醫(yī)大學錢其軍負責的“肝癌特異性誘導多能干細胞的建立及肝癌發(fā)病新機制的研究”（200萬元）、北京大學鄧宏魁負責的“建立誘導的多潛能干細胞（iPS）的分子機理研究”（200萬元）和同濟大學康九紅負責的“誘導多能干細胞(iPS)形成中組蛋白修飾的功能及機制”（180萬元）項目。

表3 ?2008至2011年iPS細胞研究領域獲得NSFC資助項目數(shù)及資助額度分布

1.科研產(chǎn)出：通過檢索SCIE和DII數(shù)據(jù)庫，分別從論文和專利兩方面分析iPS細胞相關研究產(chǎn)出現(xiàn)狀。檢索SCIE數(shù)據(jù)庫，檢索文獻類型為研究論文（Article）和綜述（Review），檢索結果為722篇；檢索DII專利數(shù)據(jù)庫，檢索結果為159件（檢索時間是2012年2月15日）。

（二）時間分析

2006年，日本京都大學Yamanaka等[7]在《Cell》發(fā)表文章，宣布通過逆轉錄病毒將Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4四個轉錄因子基因導入到小鼠胚胎成纖維細胞中，獲得了與胚胎干細胞相似的細胞系，被稱為iPS細胞。此后iPS細胞研究領域論文量呈爆發(fā)式增長，從2006年的1篇增加到2011年的331篇（圖1）。由于專利申請到公開有18個月的時滯，因此2010年特別是2011年的數(shù)據(jù)不完整。雖然iPS細胞相關專利增長的數(shù)量和速度稍慢于論文，也是呈爆發(fā)式增長（圖2）。因此可以預見今后幾年內，iPS細胞研究領域的科研產(chǎn)出將繼續(xù)保持高增長勢頭。

圖1 ?2006至2011年iPS細胞論文總體情況

圖2 ?2007至2011年基本專利年iPS細胞專利技術分布

（三）國家分析

對研究論文第一作者所在的國家進行分析，有二十多個國家開展了iPS細胞相關的研究，其中排名前10位的國家發(fā)表的論文占總論文數(shù)的91.14﹪（表4）。美國在該領域發(fā)表的論文數(shù)量排在第1位，共發(fā)表論文301篇，占該領域論文總量的41.69﹪，篇均被引頻次為47.85，由此可見美國在領域內的強大實力。日本的發(fā)文量排第2位，發(fā)表論文數(shù)量為137篇，占該領域論文總量的18.98﹪，篇均被引頻次排名第一，高達77.73，這與日本開創(chuàng)性地開辟iPS研究領域密不可分的。中國的發(fā)文量排在第3位，發(fā)表論文數(shù)量為78篇，占該領域論文總量的10.80﹪，但總被引頻次為1172，導致篇均被引頻次偏低，為15.03，中國在iPS細胞研究領域相關研究論文的質量有待提高。與論文國家排名情況類似，159件專利除5件為PCT專利外，優(yōu)先權國分布情況見表5：美國專利份額與論文接近，日本和中國專利份額相應提高，分別提高了7.44和2.41個百分點。

表4 2006至2011年iPS細胞研究領域論文產(chǎn)出前10國家

表5 2006至2011年iPS細胞研究領域專利優(yōu)先權國分布

（四）機構分析

對iPS細胞研究論文第一作者所在的機構（文獻量10篇及以上）進行分析（表6）。從論文數(shù)量來看，論文量排名靠前的13個機構中，排在前五位的依次是：哈佛大學、京都大學、中國科學院、斯坦福大學、約翰霍普金斯大學。其中，美國機構7家，日本機構2家、中國、德國、西班牙和伊朗各1家。中國科學院發(fā)表論文21篇，其中廣州生物醫(yī)藥與健康研究院11篇，上海生命科學研究院6篇，動物研究所4篇，篇均被引頻次為28.10；美國和日本的機構不僅論文量高，篇均被引頻次數(shù)更高，其中哈佛大學的篇均被引頻次為111.03，京都大學高達259.58。iPS細胞專利量3件及以上機構有14個，如表7所示。其中美國和日本機構均為6個，中國機構有2個，分別是中國科學院和軍事醫(yī)學科學院。這14個機構中，3個為公司：日本尼康公司、美國的國際細胞動力學公司和iPierian公司。中國科學院的9件專利中，廣州生物醫(yī)藥與健康研究院5件，上海生命科學研究院3件，中國科學院動物研究所1件?？梢娒绹腿毡驹趇PS細胞研究領域已經(jīng)形成了占據(jù)主導地位的核心機構，對知識產(chǎn)權保護和產(chǎn)業(yè)轉化也非常積極。

表6 ?2006至2011年iPS細胞研究領域論文產(chǎn)出機構情況

三、相關臨床試驗

在Clinicaltrials[8]的主題分類中，暫無iPS細胞的直接分類，故利用iPS相關關鍵詞檢索，經(jīng)過篩選核對得到13項臨床試驗（截止2012年2月15日），全部未標明臨床試驗階段（表8）。從表中可以看到，iPS相關臨床試驗注冊最多的是2009年，有5項臨床試驗。發(fā)起方最多的是美國，共有8項，其他為以色列（4項）和伊朗（1項）。這些臨床試驗涉及酒精使用關聯(lián)疾病、肌萎縮側索硬化癥、鐮狀細胞貧血神經(jīng)退變性疾病、嗜血細胞性淋巴組織細胞增生癥、創(chuàng)傷性脊髓損傷、孤獨癥、視網(wǎng)膜疾病、冠狀動脈疾病等疾病。國際細胞動力學公司已經(jīng)使用來自于人源iPS細胞的iCellTM心肌細胞，驗證體外心臟毒性檢測試劑盒的有效性，結果與動物模型心臟毒性研究數(shù)據(jù)相關性非常好[9]。斯克利普斯轉化科學研究所即將開展的“應用誘導性多潛能干細胞評價心血管疾病顯形”臨床試驗項目將iPS細胞更進一步應用到臨床上來。

表7 ?2006至2011年iPS細胞研究領域專利機構分布情況

討 論

iPS細胞不僅可用于定向分化和干細胞移植，還可以提供體外的疾病模型，以便于研究疾病的形成機制、新的治療方法和篩選新藥，但應用iPS細胞來治療疾病是終極目標。應用文獻計量學方法和網(wǎng)絡調研等信息分析方法，對iPS細胞領域研究現(xiàn)狀進行了分析。研究結果表明：（1）?2008年至2011年，美國NIH中國NSFC對iPS細胞領域研究資助力度持續(xù)加大，但中國資助的項目數(shù)量和額度上與美國還有一定的差距；（2）美國和日本在iPS細胞研究領域已經(jīng)形成了占據(jù)主導地位的核心機構，相比之下，中國雖然在iPS細胞領域論文和專利總量均位居第三，但還沒有形成諸如哈佛大學和京都大學等具有國際競爭力的核心科研機構；（3）美國和日本在對iPS細胞領域的知識產(chǎn)權保護和產(chǎn)業(yè)轉化上非常積極，中國需要引導產(chǎn)業(yè)界積極參與，加快iPS細胞領域產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。

表8 ?2007至2012年iPS細胞研究領域開展臨床試驗情況

1?中華人民共和國科學技術部.國家“十二五”科學與技術發(fā)展規(guī)劃[EB/OL].http://www.most.gov.cn/kjgh/[2012-02-13].

2?秦彤,苗向陽.iPS細胞研究的新進展及應用[J].遺傳,2010,32(12):1205-1214.

3? Zhao?XY,?Li?W,?Lv?Z,?et?al.?iPS?cells?produce?viable?mice?through?tetraploid?complementation[J].?Nature.2009,461(7260):86-90.

4? Zhao?XY,?Li?W,?Lv?Z,?et?al.?Production?of?mice?using?iPS?cells?and?tetraploid?complementation[J].?Nat?Protoc,?2010,5(5):963-71.

5? Kang?L,?Wang?J,?Zhang?Y,?et?al.iPS?Cells?Can?Support?Full-Term?Development?of?Tetraploid?Blastocyst-Complemented?Embryos[J].Cell?Stem?Cell,?2009,5(2):?135-138.

6? US?National?Institutes?of?Health.NIH?research?portfolio?online?reporting?tools?(RePORT)?[EB/OL].http://projectreporter.nih.gov/reporter.cfm[2012-02-15].

7? Takahashi?K,?Yamanaka?S.Induction?of?pluripotent?stem?cells?from?mouse?embryonic?and?adult?fibroblast?cultures?by defined factors[J].Cell, 2006,126(4):663-676.

8? US?National?Institutes?of?Health.Clinicaltrials.gov[EB/OL].?http://www.clinicaltrials.gov/[2012-2-15].

9? Cellular?Dynamics?International.Promega?and?cellular?dynamics?partner?to?validate?stem?cell-based?in?vitro?assays?for?predicting?drug-induced?cardiotoxicity[EB/OL].?http://www.cellulardynamics.com/news/pr/2010_06_15.html.