楊先碧

用科學(xué)的術(shù)語來解釋細(xì)胞的返老還童現(xiàn)象，就是讓那些發(fā)育成熟的細(xì)胞重新回到胚胎時(shí)期的多能干細(xì)胞階段，這個(gè)過程也稱為“為細(xì)胞重新編程”。來自英國(guó)的科學(xué)家約翰·戈登和來自日本的科學(xué)家山中伸彌采用不同的辦法，達(dá)到了相同的效果，因此共同獲得了2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。雖然兩位科學(xué)家的這一發(fā)現(xiàn)并不能讓人們真的返老還童，但也為維護(hù)人類的健康作出了重要的貢獻(xiàn)。

用克隆技術(shù)喚醒沉睡的基因

1933年，約翰·戈登在英國(guó)薩里郡韋弗利地區(qū)出生。少年時(shí)的戈登迷上了神奇的自然界，他甚至在學(xué)校里養(yǎng)過上千只毛毛蟲，目送著它們一個(gè)個(gè)長(zhǎng)出翅膀，蛻變成飛蛾。這種愛好為他以后從事生物學(xué)研究起到了啟蒙的作用。但當(dāng)時(shí)學(xué)校的老師卻不這么看，他們都認(rèn)為戈登故意搗蛋，他們對(duì)他養(yǎng)蟲子的行為極其反感。

1948年，戈登15歲，他去有名的伊頓公學(xué)（一所貴族中學(xué)）求學(xué)。他的數(shù)學(xué)、物理和生物的成績(jī)排名都是靠后的，尤其是生物，在250名學(xué)生中排名倒數(shù)第一。因此他曾被同學(xué)譏諷為“蠢蛋”。報(bào)考大學(xué)時(shí)，戈登跟老師說要學(xué)科學(xué)，將來當(dāng)一名科學(xué)家。他的生物老師并不看好他，給他寫了令他終身難忘的評(píng)語：“我相信戈登想成為科學(xué)家，但以他目前的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，這個(gè)想法很荒謬。他連簡(jiǎn)單的生物知識(shí)都學(xué)不會(huì)，根本不可能成為專家。對(duì)于他個(gè)人及想教導(dǎo)他的人，這根本是浪費(fèi)時(shí)間?！?/p>

就像許多成功人士當(dāng)年的經(jīng)歷一樣，生物老師的話強(qiáng)烈地刺激了他。這非但沒有擊碎他的夢(mèng)想，反而激發(fā)了他在科學(xué)道路上奮發(fā)圖強(qiáng)的決心。當(dāng)戈登得到諾貝爾獎(jiǎng)后，他把當(dāng)年生物老師的評(píng)語公布于眾，引起了一片嘩然。

戈登讓細(xì)胞“返老還童”所采用的方法是克隆?！翱寺　钡挠⑽摹癱lone”則起源于希臘文“Klone”，原意是指“以幼苗或嫩枝插條”——以無性繁殖或營(yíng)養(yǎng)繁殖的方式培育植物，如扦插和嫁接。了解了這個(gè)原意，我們就可以很好地理解戈登教授所做的細(xì)胞克隆了。

1962年，戈登把青蛙的腸道細(xì)胞提取出來，采用科學(xué)的方法“挖出”其中的細(xì)胞核。接著，他把青蛙的卵細(xì)胞提取出來，“挖掉”其中的細(xì)胞核。然后，戈登把腸道細(xì)胞的細(xì)胞核“嫁接”到“挖掉”細(xì)胞核的卵細(xì)胞中。

這個(gè)過程看似小孩子“過家家”，操作起來卻有相當(dāng)?shù)碾y度。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)帶來了令人意想不到的結(jié)果：被“嫁接”到卵細(xì)胞中的腸道細(xì)胞的細(xì)胞核居然開始“長(zhǎng)枝添葉”了。也就是說，這個(gè)本來已經(jīng)“成年”的細(xì)胞核居然“返老還童”，開始重新生長(zhǎng)發(fā)育了。這個(gè)“成年”細(xì)胞核像卵細(xì)胞的細(xì)胞核一樣開始不斷分裂，最終發(fā)育出一只健康的蝌蚪。

戈登的實(shí)驗(yàn)震驚了科學(xué)界，不少科學(xué)家的第一反應(yīng)認(rèn)為這是個(gè)玩笑，或者是偽造的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為什么科學(xué)家會(huì)懷疑戈登的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢？因?yàn)榘凑諅鹘y(tǒng)生物學(xué)的觀點(diǎn)，成年的體細(xì)胞是不能再分化的。

動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)胞分為“體細(xì)胞”和“干細(xì)胞”?！绑w細(xì)胞”是一種成熟定型的細(xì)胞，不能再發(fā)育成其他細(xì)胞；而“干細(xì)胞”是一種不成熟未定型的細(xì)胞，可以發(fā)育成其他細(xì)胞，比如骨髓中就有一種造血干細(xì)胞，可以分化成多種血細(xì)胞?！案杉?xì)胞”又分為“成年干細(xì)胞”和“胚胎干細(xì)胞”，成年干細(xì)胞又被稱為“專一干細(xì)胞”，只能發(fā)育為特定類型的細(xì)胞；而胚胎干細(xì)胞又稱“多能干細(xì)胞”，可以發(fā)育為動(dòng)物體各個(gè)組織和器官中的細(xì)胞。

然而，當(dāng)更多的科學(xué)家重復(fù)戈登的實(shí)驗(yàn)后，他們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)原本以為“不可能的實(shí)驗(yàn)”居然是真的。在科學(xué)研究的歷史中，不少科學(xué)家就是勇于打破常規(guī)思維，甚至進(jìn)行逆向思維，最終獲得了意想不到的成果，戈登就是這些勇于創(chuàng)新的科學(xué)家之一。

戈登的研究證明，成年體細(xì)胞的DNA中仍然儲(chǔ)存有動(dòng)物體完整的遺傳信息，只是這些信息在成年后被關(guān)閉了。當(dāng)細(xì)胞核被“嫁接”到卵細(xì)胞中時(shí)，關(guān)閉的遺傳之門被卵細(xì)胞中的特殊化學(xué)物質(zhì)打開了，沉睡的基因被喚醒，新的生命開始發(fā)育。

尋找開啟基因大門的鑰匙

就在戈登有重大發(fā)現(xiàn)的1962年，在遙遠(yuǎn)的日本大阪，山中伸彌出生在一個(gè)生產(chǎn)縫紉機(jī)配件的家庭中。和戈登喜歡養(yǎng)蟲子不同，山中伸彌酷愛擺弄各種零件。據(jù)說，他也曾經(jīng)玩過很多男孩子都喜歡的游戲：組裝鐘表。

山中伸彌后來考上了國(guó)立神戶大學(xué)的醫(yī)學(xué)部?？吹奖姸嗷颊叩耐纯?，他認(rèn)為，發(fā)現(xiàn)疾病的發(fā)病原理比治病更加重要。于是，在大阪大學(xué)博士畢業(yè)后，山中伸彌前往美國(guó)留學(xué)，接觸到了干細(xì)胞研究。

山中伸彌讓細(xì)胞“返老還童”所采取的方法是“誘導(dǎo)”。從上面的描述我們已經(jīng)知道，成年體細(xì)胞并非沒有發(fā)育成其他細(xì)胞的本事，而是缺乏開啟基因大門的鑰匙。戈登找到了其中一把鑰匙，那就是“去核的卵細(xì)胞”。而山中伸彌找到了另一把鑰匙，那就是“一段特殊的基因”。把這段特殊的基因注入到體細(xì)胞后，這段基因就會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞核中的DNA進(jìn)行忙碌的復(fù)制工作，最終分化出多種多樣的細(xì)胞。此時(shí)，時(shí)間已經(jīng)指向了2006年，距離戈登發(fā)現(xiàn)“鑰匙”的時(shí)間已經(jīng)44年了。

山中伸彌所發(fā)現(xiàn)的重新具有分化功能的細(xì)胞被稱為“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞”。其實(shí)，他的研究發(fā)現(xiàn)直接受益于戈登。山中伸彌閱讀了戈登的有關(guān)文獻(xiàn)，他認(rèn)為：既然卵細(xì)胞可以開啟體細(xì)胞的遺傳之門，那么卵細(xì)胞中必然有一些物質(zhì)充當(dāng)了“鑰匙”。于是，他對(duì)去核卵細(xì)胞的基因進(jìn)行篩選，首先找到了24個(gè)疑似基因，最終確定了4個(gè)基因在起作用。他將之稱為“多能性因子”，而科學(xué)界將之稱為“典型山中因子”。

當(dāng)故事敘述到這里的時(shí)候，我們突然發(fā)現(xiàn)，原來山中伸彌所找到的鑰匙其實(shí)和戈登的鑰匙是同一把鑰匙，只是戈登的那把鑰匙有了無核卵細(xì)胞這個(gè)“鑰匙包”而已。那么，有人可能會(huì)提出疑問：

第一，既然兩人找到的是同一把鑰匙，為何去掉那個(gè)“鑰匙包”竟花了44年？

第二，既然戈登已經(jīng)把體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞了，山中伸彌再去掉那個(gè)“鑰匙包”，這豈不是一種“畫蛇添足”的研究嗎？

首先回答第一個(gè)問題。在科學(xué)的征程中，有的相關(guān)成果是接連發(fā)現(xiàn)的，而有的成果要再進(jìn)一步則可能需要幾十年甚至幾百年。要把卵細(xì)胞中的多能性因子提取出來，這在2000年之前是不太可能的，因?yàn)槟菚r(shí)的基因技術(shù)難以支撐這樣的研究。

接著回答第二個(gè)問題。包括戈登在內(nèi)的那些研究克隆的科學(xué)家，曾不斷遭遇道德和倫理的困境。因?yàn)椴粩嘤腥酥肛?zé)這些科學(xué)家犯下了“謀殺罪”，反對(duì)者的理由是：利用克隆技術(shù)產(chǎn)生的是一個(gè)個(gè)胚胎。如果這種研究用于人類研究，從某種意義上講的確是用胎兒在做實(shí)驗(yàn)；如果實(shí)驗(yàn)中途提取其多能干細(xì)胞進(jìn)行研究，讓胚胎停止發(fā)育，那就有了“謀殺胎兒”之嫌疑。而山中伸彌則是直接用多能性因子去誘導(dǎo)體細(xì)胞，讓它直接轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞，這就繞開了胚胎這個(gè)過程，就解決了倫理所難以寬容的問題。更為重要的是，繞開胚胎過程可以簡(jiǎn)化程序，提高成功率，讓這項(xiàng)技術(shù)更具實(shí)用價(jià)值。

人造多能性干細(xì)胞的醫(yī)學(xué)用途

克隆技術(shù)出現(xiàn)之后，就引發(fā)了人們對(duì)這一技術(shù)的憂慮。2006年美國(guó)科幻大片《逃出克隆島》，就幻想了未來克隆技術(shù)可能會(huì)犯下的錯(cuò)誤。影片的故事發(fā)生于21世紀(jì)中期，一家公司在一座島嶼上培育了大量的克隆人，這些人并不知曉自己的身份，而島上不時(shí)會(huì)有人神秘失蹤。其實(shí)，島上這些人存在的意義就是為了給他們的“原型”提供備用的身體器官。

從上述科幻故事我們可以明白，克隆技術(shù)具有很強(qiáng)的醫(yī)學(xué)用途，那就是為患者提供可移植的器官，多能干細(xì)胞就是培育這些人造器官的基礎(chǔ)。多能干細(xì)胞在天然的胚胎中就有存在，為何戈登和山中伸彌還要去人為地培育呢？這是因?yàn)榫拖裼捌短映隹寺u》所表現(xiàn)的那樣，克隆人存在著明顯的倫理問題。同樣，用天然的胚胎來培育器官也面臨類似的倫理問題。山中伸彌所培育的干細(xì)胞又稱為“人造多能性干細(xì)胞”，這樣就能避免倫理困境。

就像《逃出克隆島》中描述的那樣，多能性干細(xì)胞在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用首先是器官移植。醫(yī)學(xué)專家可利用患者自身的細(xì)胞制造多能性干細(xì)胞，再培育出器官。這樣的培育周期短，而且移植到患者身上后相當(dāng)于復(fù)制了一個(gè)自己的器官。與移植他人的器官相比，移植自身細(xì)胞培育的器官不會(huì)出現(xiàn)較大的排異反應(yīng)。

人造多能性干細(xì)胞還可以制造不同的細(xì)胞，代替病人已壞死的細(xì)胞，對(duì)醫(yī)治疑難病癥提供了新的希望。我們相信，隨著人造多能性干細(xì)胞等先進(jìn)醫(yī)學(xué)成果逐步走向?qū)嵱秒A段，我們的身體會(huì)越來越健康，人類的壽命也會(huì)越來越長(zhǎng)。

約翰·戈登，1933年生于英國(guó)薩里郡韋弗利地區(qū)，1960年在英國(guó)牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位，隨后在美國(guó)加州理工學(xué)院從事研究。自1972年起，在英國(guó)劍橋大學(xué)擔(dān)任細(xì)胞生物學(xué)教授，曾任該校馬格達(dá)倫學(xué)院院長(zhǎng)，目前在劍橋大學(xué)以生物學(xué)研究為核心的“戈登學(xué)會(huì)”工作。

山中伸彌，1962年生于日本大阪，1987年在日本神戶大學(xué)獲得醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位，他曾是一名整形外科醫(yī)生。他1993年在大阪大學(xué)獲得博士學(xué)位，隨后任職于美國(guó)舊金山的格拉德斯通研究所和日本奈良科技學(xué)會(huì)，目前還擔(dān)任日本京都大學(xué)教授。