新型“萬能細胞”的誕生及應用前景

李紹奉

2007年11月20日，注定是一個被生物學界記住的特殊日子，來自美國威斯康星大學詹姆斯·湯姆森實驗室和日本京都大學再生醫學研究所的2個獨立研究小組在這一天分別在美國《科學》雜志和《細胞》雜志上發表了論文，宣布已成功地把普通的人體皮膚細胞轉化為了具備胚胎干細胞功能的新型“萬能細胞”。由于這一細胞實質上就是借助基因工程將一些特殊的基因重新編排進人體皮膚細胞，誘導該細胞成為類似于胚胎干細胞的細胞，所以又將這些細胞稱為誘導多能干細胞——簡稱iPS細胞。這一被學界稱為生物科學“里程碑”的重大突破，有望幫助各國的科學家繞過克隆技術的倫理、道德分爭，為醫學應用打開大門。

1萬能細胞的研究歷史

1997年，世界上第一個從成年細胞克隆而來的哺乳動物多莉羊的誕生展示了卵母細胞能讓已分化細胞的“生物鐘”倒轉，讓已分化細胞的細胞核“返老還童”，令基因組重新回到胚胎狀態。這讓人類看見了研究萬能細胞的曙光。

1998年11月，美國威斯康辛州的科學家們宣布他們培育出了人體胚胎干細胞，這種細胞有潛力在體內發育成任何細胞類型。胚胎干細胞的這種多能性為發育生物學和醫學研究提供了很多可能的應用，但也帶來一些問題。因為提取干細胞通常會毀壞胚胎，因此這項研究引發了生物倫理的激烈討論，包括美國在內的很多國家都頒布了政治決策限制科學家對人體胚胎干細胞的研究。

2006年，日本研究人員報告說他們發現了一個能避開人體胚胎干細胞實際與倫理問題的可能方法。他們將4個基因導入在培養皿中生長的小鼠尾部細胞，得到了形態和功能與胚胎干細胞極其相似的新細胞。他們把這些新細胞稱作誘導多能干細胞。2007年，這個日本研究小組和兩個美國研究小組把細胞再編程技術應用到了人體細胞上，被選為《科學》“2007年十大科學進展”第二名。

2008年，科學家們實現了一個長期尋求的細胞“煉金術”壯舉。他們從不同疾病的患者身上提取皮膚細胞，將其再編程為干細胞。改造后的干細胞在實驗室里生長并分裂，為研究人員研究構成疾病基礎的細胞過程提供了新工具。

2008年，研究人員在細胞再編程方面取得了又一個里程碑式的進展。在用活鼠做的一項研究中，他們讓細胞直接從一種成熟細胞變成另一種，打破了細胞單向發育的規則。調整細胞使其具有新身份的上述進展和其他一些進展，把細胞再編程這個現在蓬勃發展的領域推到了《科學》“2008年十大科學進展”之首。

2新型“萬能細胞”的構建

2，1提取受體細胞

由于受到不能使用胚胎干細胞的限制，所以必須從存在的個體身上獲取普通的體細胞，所不同的是，詹姆斯·湯姆森實驗室的“纖維原細胞”來自一名新生兒的陰莖包皮，而由京都大學教授山中伸彌領導的研究小組則是從一名36歲女性的臉部提取的細胞。

2，2獲取特定基因

生物的性狀歸根結底是由基因控制的，科學家發現引起胚胎干細胞的特性主要是由四種基因決定，不同的是美國研究人員選擇OCT4、NANOG、SOX2、LIN28基因組合，而日本研究人員選擇OCT3／4、SOX2、C-MYC、KLF4這四種基因。

2，3利用運載體將特定基因導入受體細胞

目前所使用的運載體還主要是一種逆轉錄病毒。利用這種病毒的特性，可以最終將這四種基因成功導入受體細胞并且讓其得到表達，這樣受體細胞就能夠恢復到原有胚胎于細胞的特性，就是所謂的新型“萬能細胞”，如圖1所示。

3新型“萬能細胞”的誕生的意義

原始的“萬能細胞”主要是指胚胎干細胞，如果與克隆技術相結合，胚胎干細胞便可發展成遺傳特征與病人完全吻合的細胞、組織或器官。以前器官移植治療方法中經常出現的排異反應問題因此得到了徹底解決，血細胞、腦細胞、骨骼和內臟等都將可以更換，白血病、帕金森氏癥、心臟病等頑疾也有望得到有效的治療與治愈。

但是胚胎干細胞研究不僅難度極大，而且面臨著太多倫理、法律等方面的爭議。因為一直以來，如果想要獲得人類胚胎干細胞，就必須損壞人類胚胎，這一點頗受非議。美國總統布什曾兩度否決了放寬聯邦政府資助胚胎干細胞研究的法案，認為美國納稅人的錢不能用于“故意摧毀人類胚胎”。

而這次人體皮膚細胞“直接改造”技術不僅能培育出與胚胎干細胞功能相似的新型“萬能細胞”，同時繞過屏障，跨越了倫理障礙，其高效、便利，也為進一步的醫學應用打開了大門。致力于人體胚胎克隆技術研究的美國細胞高級技術研究所首席科學家羅伯特·蘭扎也不惜溢美之辭：“這項研究是一個了不起的科學里程碑。從生物學意義上講，相當于萊特兄弟制造的首架飛機。”因此美國白宮在這一壯舉被報道后對美日科學家的這一新成果表示歡迎，認為這才是干細胞研究的“正道”。

4潛在的風險

4，1副作用風險

這項技術尚不能完全取代胚胎細胞克隆技術，因為現階段的實驗方式存在潛在副作用。美日研究小組利用逆轉錄病毒“改造”皮膚細胞，這種病毒可能使基因產生變異，引發腫瘤等副作用。因此，在評估和克服這一潛在風險前，“萬能細胞”還不能用于器官移植等臨床應用。不過在2008年3月1日的《自然》雜志中披露：英國愛丁堡大學教授木尾圭介等組成的研究小組及加拿大的研究小組，首度研發出不使用病毒研制的人類萬能細胞，使科學家距離制造更安全的干細胞又近了一步。

4，2倫理風險

盡管不像人體胚胎細胞克隆技術那樣容易引發爭議，但是倫理風險一直存在。山中伸彌說，應用這項技術，或許能通過皮膚細胞制造精子和卵子，這能幫助那些有生育問題的患者，“但為避免濫用，有必要在制造和利用人體萬能細胞方面作出適當規范”。

5結語

毫無疑問，利用體細胞培育出新型的“萬能細胞”是人類在克隆技術和胚胎干細胞的研究領域是一個里程碑，為生物醫學研究開辟了新的方向。但是這種技術手段的利用尚處在初始階段，可能這些仿制的“胚胎干細胞”還不能完全與胚胎干細胞等同，還需要深入研究，以比較它們和真正的胚胎干細胞在臨床應用等方面是否有顯著差異。所以現在就停止人類胚胎于細胞研究還為時過早，而且“iPS細胞”離實際應用還有很長的路。