“還原”萬能細(xì)胞

2013-12-29 00:00:00史軍

中學(xué)生百科·悅青春 2013年4期

在電影《終結(jié)者》中，有一個邪惡的液態(tài)機(jī)器人，它可以隨意將身體化成水銀一般純純的液體，在流過狹窄的窗縫之后，又可以再塑人型。不知道，這里面是不是隱含了編劇對人類形態(tài)的一種渴望。人體能否重塑？這是一個極具誘惑力的問題。2012年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎為這個問題添加了一個頗有亮色的注解。

全能干細(xì)胞的誘惑

像其他動物一樣，人體是從一個受精卵發(fā)育而來的。也就是說，受精卵這個細(xì)胞可以幻化成各種形態(tài)的細(xì)胞，它所具有的這種性質(zhì)就是全能型。不過細(xì)胞在分裂過程中逐漸有了自己明確的分工，這中間包括皮膚的表皮細(xì)胞、血液的紅細(xì)胞、腦的神經(jīng)細(xì)胞等等，200多種不同種類的專門細(xì)胞。

細(xì)胞在分裂中逐漸趨于專門化的這種現(xiàn)象，在生物學(xué)上叫作“分化”。就像一塊剛剛從煉鋼爐里出來的鋼錠，它還有無限的可能性，但是一旦變成了不銹鋼湯勺，或者橋梁的鋼架，抑或是家家門口的那扇防盜門。在這一刻所有的鋼錠的形態(tài)都被定性了。

不過，縱使鋼錠千變?nèi)f化，它們的主要成分也是鐵，它們的內(nèi)心還是相同的。細(xì)胞也是如此，即使已經(jīng)發(fā)生了分化，細(xì)胞核內(nèi)具有的遺傳信息（基因）是不變化的。但是不同細(xì)胞中工作的基因是不同的，而我們的人體有25000多個基因，究竟關(guān)閉哪些，那要視細(xì)胞功能而定。有一個精妙的比喻，細(xì)胞所具有的DNA就像一本書，而分化的過程就像把書中的某些書頁用漿糊粘住，再也無法翻開。當(dāng)然了，皮膚細(xì)胞、骨細(xì)胞和“被粘貼的頁碼”是不同的。

比起已經(jīng)分化的細(xì)胞，干細(xì)胞“這本沒有被粘合的書”顯然有更大的吸引力。有了這種萬能的閱讀書，我們就能輕松地修復(fù)損傷的機(jī)體，治療因?yàn)樯窠?jīng)外傷引發(fā)的癱瘓，獲得治愈血友病所需要的血液細(xì)胞，甚至可以輕松地培養(yǎng)出急需的移植器官。

但是，翻開書頁并不簡單。正如前文所說，干細(xì)胞在分化之后，各自的功能被相對固定了下來。在分化后的細(xì)胞中發(fā)揮作用的那種特定的基因組合，主要是通過兩種變化被固定下來：一種是“組蛋白修飾”，另一種是“DNA的甲基化”。這兩種變化就像是粘貼書頁的黏合劑。要找到解除黏合劑的方法，還要將目光投向人體已有的干細(xì)胞。

從胚胎干細(xì)胞開始

卵細(xì)胞有一種“神奇”的能力，那就是讓細(xì)胞初始化。受精的過程就是一個最有利的證據(jù)，因?yàn)榫右呀?jīng)是高度分化的細(xì)胞，它們的DNA上面滿是甲基化和組蛋白修飾的“黏合書頁”。但是一旦與卵子集合，所有的黏合劑就消失了。實(shí)際上，能保持這種“全能型”的還不僅僅是受精卵。在受精卵分裂6～7次時，會先形成一個具有100個左右細(xì)胞的細(xì)胞塊，這些細(xì)胞都有轉(zhuǎn)變成人體任何一種細(xì)胞的能力（只是不能發(fā)育成胎盤），這就是胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）。

1981年，英國的生物學(xué)家馬丁·埃文斯博士領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組從小鼠的初期胚胎（胚盤胞）的內(nèi)側(cè)取下一些細(xì)胞，在反復(fù)嘗試后找到了合適的條件，在試管中成功培養(yǎng)出了ES細(xì)胞。這些細(xì)胞不僅能夠無限增殖，還能夠轉(zhuǎn)變成除胎盤之外的任何一種小鼠細(xì)胞。

在1998年，美國威斯康星大學(xué)的詹姆斯·湯姆森教授終于又成功地制成了“人體的ES細(xì)胞”。有了這種細(xì)胞，從理論上說，就有可能按照需要制造出人體任何一個部分的組織。

不過，看似美好的ES細(xì)胞事業(yè)，從一開始就注定要流產(chǎn)。因?yàn)椋膩碓词桥咛ィ瑥睦碚撋现v這個胚胎完全可以在子宮中發(fā)育成人。如果將這種細(xì)胞應(yīng)用于臨床，就有為了“救人而殺人”的問題出現(xiàn)。于是，科學(xué)家們開始尋找新的途徑，去尋找那些維持細(xì)胞全能性的因子。

剝開粘合書頁的方法

可是要想找到剝開書本的頁碼談何容易。日本東京都大學(xué)教授山中伸彌從數(shù)據(jù)庫中篩選出大約100個有可能在ES細(xì)胞中特別活躍的基因，再經(jīng)過近4年的緊張工作，從這100個基因中篩選出24個活躍的可能與細(xì)胞初始化有關(guān)的基因，并一次性將這24個候選基因全部導(dǎo)入成人的皮膚細(xì)胞中，結(jié)果夢寐以求的干細(xì)胞出現(xiàn)了。

此后，山中教授又逐個檢驗(yàn)這24個基因。每次扣留一個基因，將其余23個導(dǎo)入細(xì)胞中，看看是否對初始化有影響。如果扣留的基因有作用，那么細(xì)胞就不會發(fā)生初始化。就這樣淘汰了對于初始化不是必需的20個基因，最終將目標(biāo)鎖定在4個基因身上，它們分別是“Oct3 / 4”、“Sox2”、“Klf4”和“c？鄄Myc”。將這4個基因?qū)肴死w維芽細(xì)胞后，這些細(xì)胞不出意外地變成了“iPS細(xì)胞”（“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞”）。

其中，Klf4和c？鄄Myc的作用是使纖維芽細(xì)胞的分裂變得不受限制，轉(zhuǎn)變成類似癌細(xì)胞的細(xì)胞。Oct3 / 4和Sox2的作用則是使細(xì)胞獲得能夠進(jìn)行多種分化的能力而失去癌細(xì)胞那樣的增殖性質(zhì)，從而成為萬能細(xì)胞（iPS細(xì)胞）。

山中伸彌在接受采訪時曾經(jīng)說過，“我喜歡橄欖球和柔道運(yùn)動，經(jīng)常受傷，去過好幾次整形外科。因?yàn)樽约阂M(jìn)行整形治療，所以想到要當(dāng)整形外科醫(yī)生。當(dāng)了醫(yī)生以后才知道，有好些患者的疾病是很難治好的，如嚴(yán)重的風(fēng)濕病、癱瘓、脊髓受傷等”。今天他的iPS細(xì)胞為這些嚴(yán)重疾病的治療提供了契機(jī)。人類掌握自己的生命的曙光已經(jīng)露出了地平線。