劉俊

近日，中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員裴端卿、鄭輝的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制，有望推動(dòng)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)更快地應(yīng)用到疾病治療中。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞及其產(chǎn)生的功能細(xì)胞移植被認(rèn)為是治療遺傳病、器官損傷以及帕金森等退行性疾病的重要手段，之前該領(lǐng)域的瓶頸正是對(duì)此缺乏分子機(jī)理認(rèn)識(shí)。

2013年5月26日，這項(xiàng)研究成果被發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·細(xì)胞生物學(xué)》上。一時(shí)之間“細(xì)胞逆轉(zhuǎn)，即將實(shí)現(xiàn)‘返老還童”的說法充斥著各大媒體。

細(xì)胞“逆轉(zhuǎn)”的歷程

有一天，每個(gè)人都將成為自身健康的“庇佑者”，不論是因?yàn)樗ダ?、?chuàng)傷或者疾病，只要是造成組織的缺損和傷害，都可以取自身的體細(xì)胞作為“種子”，讓其重新“逆轉(zhuǎn)”成多能干細(xì)胞，并進(jìn)一步分化為心臟、神經(jīng)、胰島、肝臟、腎臟等多種類型細(xì)胞，甚至組織器官……這聽起來真像是一部科幻電影里的場(chǎng)景，不過從2012年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉的那一刻起，人們就開始觸摸到了打開這個(gè)原本只存在于幻想中的世界大門的鑰匙。而科學(xué)家為之奮斗的時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)。

2012年8月17日，京都大學(xué)物質(zhì)-細(xì)胞統(tǒng)合系統(tǒng)據(jù)點(diǎn)iPS細(xì)胞研究中心主任山中伸彌、英國發(fā)育生物學(xué)家約翰·戈登因在細(xì)胞核重新編程研究領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

所謂細(xì)胞核重編程即將成年體細(xì)胞重新誘導(dǎo)回早期干細(xì)胞狀態(tài)，以用于形成各種類型的細(xì)胞，應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。

一直以來，人體干細(xì)胞都被認(rèn)為是單向地從不成熟細(xì)胞發(fā)展為專門的成熟細(xì)胞，生長(zhǎng)過程不可逆轉(zhuǎn)。然而，戈登和山中伸彌教授發(fā)現(xiàn)，成熟的、專門的細(xì)胞可以重新編程，成為未成熟的細(xì)胞，并進(jìn)而發(fā)育成人體的所有組織。

而早在20世紀(jì)60年代，約翰·戈登等人便首先證明末端分化細(xì)胞的特化過程是可逆轉(zhuǎn)的。在一項(xiàng)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中，他將蝌蚪腸道的成熟特化細(xì)胞的細(xì)胞核替換掉青蛙卵細(xì)胞的細(xì)胞核，從而使卵細(xì)胞發(fā)育為性成熟的成體青蛙。盡管這一研究開展于50年前，但這些早期的核移植和克隆實(shí)驗(yàn)還是引起了報(bào)刊上關(guān)于克隆人可能性的猜測(cè)。

自體細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)建立以來，領(lǐng)域內(nèi)眾多科學(xué)家相信在卵細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞中含有某些能“賦予”末端分化體細(xì)胞核全能性或者多能性的因子，并做了諸多嘗試，但一直未能成功。直到2006年，山中伸彌等人在對(duì)24個(gè)胚胎干細(xì)胞高表達(dá)的候選基因進(jìn)行篩選后，最終確定了Oct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4四個(gè)因子起關(guān)鍵作用。而這個(gè)“簡(jiǎn)單處方”可以使成熟的體細(xì)胞重編程為多能干細(xì)胞，這一開創(chuàng)性研究成果發(fā)表于國際知名期刊《細(xì)胞》上，引起了全世界的轟動(dòng)。不到6年的時(shí)間，這一研究成果幾乎包攬了拉斯克基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、沃爾夫醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)等所有醫(yī)學(xué)界大獎(jiǎng)。

在業(yè)界專家看來，這項(xiàng)研究首先具有重要的生物學(xué)意義，即對(duì)細(xì)胞實(shí)現(xiàn)人工主動(dòng)調(diào)控和干預(yù)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的生命再造，對(duì)研究發(fā)育本身提供了新的思路，同時(shí)避免了異體移植產(chǎn)生的免疫排斥反應(yīng)，是人類真正進(jìn)入生命再造時(shí)代的開始；其次，具有重要的醫(yī)學(xué)意義：每個(gè)人身上約有千萬億個(gè)體細(xì)胞，如血液細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、皮膚細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等，這項(xiàng)技術(shù)意味著生產(chǎn)人自體干細(xì)胞有了無窮盡的原料細(xì)胞，為干細(xì)胞抗衰老保健和疾病治療帶來了新的希望。

“這項(xiàng)成果顛覆了人們對(duì)發(fā)育分化的傳統(tǒng)觀念，顛覆了人們對(duì)干細(xì)胞分化為體細(xì)胞這一過程不可逆的固有觀念，為獲取多能性干細(xì)胞增添了一個(gè)新的途徑，為干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制研究和藥物研發(fā)打開了一扇新的窗戶?！薄笆濉眹摇?63”計(jì)劃“干細(xì)胞治療臨床轉(zhuǎn)化研究”主題項(xiàng)目首席科學(xué)家、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院全軍干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任裴雪濤教授對(duì)于該獲獎(jiǎng)項(xiàng)目曾給出這樣的評(píng)價(jià)。

“所謂細(xì)胞核重編程，就是將已經(jīng)分化了的成年體細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，讓其重新回到發(fā)育早期多能性干細(xì)胞狀態(tài)，重新獲得發(fā)育成各種類型細(xì)胞的能力。通俗來講，就是在細(xì)胞層面實(shí)現(xiàn)了‘返老還童?！敝锌圃簞?dòng)物所趙同標(biāo)研究員在接受采訪的時(shí)候說，“一直以來，生物醫(yī)學(xué)界普遍認(rèn)為高等動(dòng)物從受精卵發(fā)育到神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、肝臟細(xì)胞等特化細(xì)胞，是一個(gè)不可逆的過程，末端分化的成體細(xì)胞絕對(duì)不會(huì)反過來逆分化變成干細(xì)胞，但英國科學(xué)家約翰·戈登和日本科學(xué)家山中伸彌的工作從根本上顛覆了這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)。”

科研爭(zhēng)奪的高地

自2006年日本科學(xué)家山中伸彌等人建立誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)以來，干細(xì)胞多能性研究一直是國際干細(xì)胞研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，全世界該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室就像在賽跑一樣，一系列重大成果相繼誕生。

2007年，日本科學(xué)家運(yùn)用相同的“簡(jiǎn)單處方”成功實(shí)現(xiàn)人表皮成纖維細(xì)胞的重編程。同年，全球共有4個(gè)研究小組報(bào)道了人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞體系的建立。美國和日本科學(xué)家相繼通過誘導(dǎo)多能干細(xì)胞培育出嵌合體小鼠，證實(shí)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的多能性。此后，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究成為生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域前沿中的前沿，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室著眼于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)的更新，先后創(chuàng)建了腺病毒載體技術(shù)、蛋白轉(zhuǎn)染技術(shù)、小RNA技術(shù)等一系列非整合重編程技術(shù)，期望解決傳統(tǒng)依靠病毒轉(zhuǎn)染建立誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的安全性問題。

同樣，我國在細(xì)胞核重編程及再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域也取得了令人矚目的成就。在體細(xì)胞克隆領(lǐng)域，我國相繼成功獲得第一頭克隆牛、豬、猴等大動(dòng)物，并在國際上率先成功獲得人類體細(xì)胞克隆胚胎。在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞領(lǐng)域，中科院動(dòng)物所研究員周琪和北京生命科學(xué)研究所高紹榮兩支研究團(tuán)隊(duì)，于2009年分別利用iPS細(xì)胞克隆出小鼠，從而在世界上首次證明誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的全能性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年，中國在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量位居世界第三，而在干細(xì)胞領(lǐng)域發(fā)表論文的總數(shù)量已經(jīng)超過日本，躍居世界第二。

而早在2010年，裴端卿團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞“逆轉(zhuǎn)”過程是由間充質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變到上皮細(xì)胞狀態(tài)來驅(qū)動(dòng)的。在進(jìn)一步的研究中，裴端卿、鄭輝團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化轉(zhuǎn)化因子導(dǎo)入的順序，發(fā)現(xiàn)在間充質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變到上皮細(xì)胞狀態(tài)前還存在一個(gè)上皮細(xì)胞狀態(tài)向間充質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程，并證明這樣的多次轉(zhuǎn)換有利于提高重編程效率。

“這一發(fā)現(xiàn)與中國傳統(tǒng)陰陽太極理念較一致。我們進(jìn)一步推論，間充質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)與上皮細(xì)胞狀態(tài)之間的多次相互轉(zhuǎn)換機(jī)理具有較高的普遍性，在其他系統(tǒng)或研究中也存在?！迸岫饲湔f。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞及其產(chǎn)生的功能細(xì)胞移植被認(rèn)為是治療遺傳病、器官損傷以及帕金森等退行性疾病的重要手段。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞過程可以將人體內(nèi)的普通細(xì)胞“逆轉(zhuǎn)”回到早期胚胎發(fā)育狀態(tài)，從而重新獲得可分化成為體內(nèi)絕大多數(shù)種類細(xì)胞的能力。

據(jù)了解，按照新細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制，其可像正常胚胎干細(xì)胞一樣轉(zhuǎn)換成各種不同類型的細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞、肝細(xì)胞和心臟細(xì)胞等。由于這些重組細(xì)胞產(chǎn)自患者的核遺傳物質(zhì)，因此不用考慮患者的移植排斥反應(yīng)。“以干細(xì)胞治療為核心的再生醫(yī)學(xué)，將成為繼藥物治療、手術(shù)治療后的另一種疾病治療途徑，從而成為新醫(yī)學(xué)革命的核心。”科技部《干細(xì)胞研究國家重大科學(xué)研究計(jì)劃“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》對(duì)干細(xì)胞治療的地位作了上述評(píng)估。

技術(shù)用于臨床為時(shí)尚早

據(jù)介紹，2011年年初，中國科學(xué)院已將“干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究”作為戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)。該專項(xiàng)首席科學(xué)家、中科院動(dòng)物所研究員周琪表示，希望通過發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞生物學(xué)的基本規(guī)律，揭示干細(xì)胞在組織器官發(fā)生和形成及再生中的本質(zhì)作用，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞修復(fù)組織和治療疾病的總體目標(biāo)。

然而，干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)盡管市場(chǎng)前景廣闊，但國內(nèi)干細(xì)胞技術(shù)的科研成果轉(zhuǎn)換目前還存在一定障礙。國家干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心主任韓忠朝表示：“干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品研究開發(fā)代表著新方向，但是目前只有干細(xì)胞庫技術(shù)服務(wù)產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，其他干細(xì)胞產(chǎn)品還不能走入市場(chǎng)。干細(xì)胞藥物上市審批存在障礙，導(dǎo)致科研成果難以轉(zhuǎn)化、VC/PE不敢投資、企業(yè)不愿投入科研資金?！?/p>

裴雪濤認(rèn)為，之所以將細(xì)胞核重編程技術(shù)視為再生醫(yī)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，是因?yàn)樗鼮槎嗄芨杉?xì)胞的獲得提供了新的途徑。此前，實(shí)驗(yàn)室研究的干細(xì)胞主要來源為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞，前者雖具有多向分化潛能，但因倫理、技術(shù)、資源、免疫、致瘤等問題使其研究和應(yīng)用受到限制；而后者雖然較易獲得，但其分化效率、組織整合等并不理想。綜合而言，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞則集合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，淡化了兩者的缺點(diǎn)：來源為成熟細(xì)胞，獲得相對(duì)廣泛、數(shù)量充足；通過細(xì)胞核重編程，可使其獲得多向分化潛能；來源于患者自體，因此免除了倫理和免疫排斥等問題的困擾。

裴雪濤坦言，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞也有其不可回避的問題。它不僅要面對(duì)與其他干細(xì)胞研究相同的挑戰(zhàn)，例如，如何分離獲得各種組織特異性干細(xì)胞，如何保證高效的定向分化，如何確保整個(gè)分化過程安全、有效、可控，以及后續(xù)必須要解決的臨床前研究、安全性評(píng)估、質(zhì)量控制等。此外，還要解決其在誘導(dǎo)過程中可能出現(xiàn)的一系列問題，包括在重編程過程中，因基因轉(zhuǎn)入而帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)；如何提高分化效率，確保在體外大量繁殖，以適應(yīng)未來臨床需要；一旦拿到重編程細(xì)胞，如何界定其與生理性細(xì)胞發(fā)育的區(qū)別等。

很多專家也提出，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的應(yīng)用面臨的最大的挑戰(zhàn)就是它可能潛在的致瘤性。來自美國加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，如今被認(rèn)為大有希望用于一系列疾病治療之中的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，非常類似于產(chǎn)生癌癥的細(xì)胞類型?！翱茖W(xué)家和臨床醫(yī)生必須對(duì)任何臨床應(yīng)用保持審慎。將誘導(dǎo)多能干細(xì)胞用于臨床治療，還需開展更多研究?！?/p>

因此，也許未來的某一天，人體更換器官可以像換汽車零件一樣簡(jiǎn)單。但專家們這些看法也清楚地表明了，將細(xì)胞核移植和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞等技術(shù)應(yīng)用于人類我們還需要耐心等待一段時(shí)間。

不過，盡管干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在阻礙和質(zhì)疑，但是，裴端卿、鄭輝團(tuán)隊(duì)文章發(fā)表的新聞一見諸報(bào)端，A股唯一的干細(xì)胞上市公司中源協(xié)和當(dāng)日就大漲5.04%，印證了干細(xì)胞概念對(duì)于股市的強(qiáng)大影響力。新技術(shù)屢獲轟動(dòng)的背后，反映出了公眾和資本市場(chǎng)對(duì)于干細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用的期待。