心臟干細(xì)胞大戰(zhàn)始末

張淼

一場(chǎng)持續(xù)十幾年的學(xué)術(shù)大爭(zhēng)論，雙方不斷升級(jí)研究結(jié)果，發(fā)表文章互相駁斥，最終以哈佛賠款、造假者離職、31篇論文要求被撤回而收?qǐng)觯鞍簿S薩造假門”震動(dòng)全球科學(xué)界，也給干細(xì)胞在心臟修復(fù)領(lǐng)域的研究蒙上陰影。

得知哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院前教授皮耶羅·安維薩（Piero Anversa）涉嫌篡改和偽造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的消息，國(guó)內(nèi)一名從事干細(xì)胞研究的研究員一點(diǎn)也不感到意外。因?yàn)樵?003年安維薩宣布發(fā)現(xiàn)心臟干細(xì)胞后不久，就一直有人駁斥他的數(shù)據(jù)有問題，質(zhì)疑的聲音已持續(xù)了十幾年。

2017年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）起訴安維薩和同事用欺詐的手段騙取經(jīng)費(fèi)，安維薩所供職的哈佛大學(xué)布列根與婦女醫(yī)院最終同意與美國(guó)政府達(dá)成和解協(xié)議，賠償1000萬(wàn)美元。

2018年10月，幾家美國(guó)媒體接到哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院及其附屬布列根與婦女醫(yī)院的新聞稿，稱確定安維薩的31篇論文存在偽造與篡改數(shù)據(jù)，已通知相關(guān)期刊，并要求撤回這些論文。

這條消息算是對(duì)“心臟干細(xì)胞”理論的直接“打臉”。迄今為止，越來(lái)越多的證據(jù)表明，心臟干細(xì)胞只是南柯一夢(mèng)。

改寫生物學(xué)教科書的新發(fā)現(xiàn)

干細(xì)胞是一類多潛能細(xì)胞，它的神奇之處在于，能夠分化成各種功能的細(xì)胞。人胚胎中就包含大量干細(xì)胞，稱為“胚胎干細(xì)胞”，可以分化成不同器官所需的細(xì)胞，進(jìn)而完成胚胎發(fā)育。

不僅如此，成人已經(jīng)生成的許多器官中，也包含干細(xì)胞。例如，人的皮膚受外傷后，表皮干細(xì)胞讓皮膚愈合，而外周神經(jīng)干細(xì)胞讓愈合處依然存在知覺。在代謝旺盛的腸道，當(dāng)上皮細(xì)胞隨著消化食物而凋亡時(shí)，位于腸黏膜底部的干細(xì)胞會(huì)補(bǔ)充分化成新的上皮細(xì)胞，維持腸道完整的功能。

然而，多年來(lái)，對(duì)于心臟發(fā)育的科學(xué)理論表明，心臟中不存在干細(xì)胞。這也正是心肌梗死為什么足以致命的根本原因。當(dāng)心梗發(fā)生時(shí)，心肌細(xì)胞缺血性壞死，心臟自身沒有干細(xì)胞可以分化得到新的心肌細(xì)胞，壞死的心肌沒有替代品，生命便難以為繼。

用其他器官來(lái)源的干細(xì)胞“支援”心臟，不失為一種嘗試——想辦法將它們注射進(jìn)壞死的心肌，并讓其分化，獲得新的心肌細(xì)胞。2000年前后，來(lái)自日本、加拿大及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的幾個(gè)課題組分別陸續(xù)將來(lái)源于骨髓的一種“間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）”植入大鼠心肌組織，發(fā)現(xiàn)MSCs干細(xì)胞分化成了心肌細(xì)胞。

據(jù)報(bào)道，2000年舉辦的美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)年會(huì)上，用細(xì)胞移植拯救心臟成為科學(xué)家和醫(yī)生們關(guān)注的新手段。當(dāng)時(shí)，美國(guó)多家媒體以“細(xì)胞移植讓死掉的心臟復(fù)活”為題對(duì)此次會(huì)議進(jìn)行了報(bào)道。

一年后，2001年，當(dāng)時(shí)還在紐約醫(yī)學(xué)院的安維薩在《自然》雜志“作者來(lái)信”欄目的一篇短文中“低調(diào)”地報(bào)告了他們的研究結(jié)果。研究人員首先從成年小鼠的骨髓中獲得多能干細(xì)胞。然后，他們對(duì)30只小鼠進(jìn)行冠狀動(dòng)脈結(jié)扎術(shù)，讓心肌梗死發(fā)生，并在受損的心臟組織中注射入上述細(xì)胞。最后，利用綠色熒光蛋白跟蹤新細(xì)胞的命運(yùn)。

結(jié)果是，這30只小鼠中有12只小鼠的體內(nèi)，在注射干細(xì)胞后的第9天，開始形成新的心臟組織——肌肉細(xì)胞以及血管。

安維薩等研究人員看到，那12只幸運(yùn)的小鼠受損心臟部位充滿發(fā)綠色熒光的細(xì)胞。“梗死部位68%的心肌被新生的心肌覆蓋。”他在上述論文中寫道。更令人興奮的是，和對(duì)照組小鼠相比，這些注射了干細(xì)胞的小鼠心臟功能也得到明顯改善。安維薩以廣泛存在的細(xì)胞表面標(biāo)記物的名稱，給這種神奇的細(xì)胞命名為“c-kit細(xì)胞”。這成為安維薩“挑戰(zhàn)之路”的第一步。

隨后，心臟移植手術(shù)中的一個(gè)有趣現(xiàn)象引發(fā)了安維薩的注意：將男性心肌移植到女性中時(shí)，接受男性心臟的女性心肌中帶有含Y染色體的心肌細(xì)胞和血管，而女性不可能攜帶Y染色體，就此，他們提出大膽猜測(cè)：這證明男性心肌可能存在干細(xì)胞，移植后在女性心肌中得到了分化。

為驗(yàn)證這個(gè)猜測(cè)，他們?cè)谛呐K中挑選了幾種看起來(lái)可能成為答案的細(xì)胞，其中就包括帶有c-kit標(biāo)記物的細(xì)胞。排除掉其他類型標(biāo)記物的細(xì)胞后，安維薩決定專注于c-kit細(xì)胞。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，大約每上萬(wàn)個(gè)心肌細(xì)胞中有1個(gè)心臟干細(xì)胞。最重要的是，他們?cè)跓晒鈽?biāo)記中看到，從大鼠心臟中分離得到的c-kit細(xì)胞真的會(huì)分化。安維薩開始把c-kit細(xì)胞直接稱為“c-kit心臟干細(xì)胞”。

2003年，安維薩寫了一篇長(zhǎng)文投給了《細(xì)胞》雜志。開頭就擺明，這項(xiàng)研究旨在挑戰(zhàn)“成體心臟不存在干細(xì)胞”這個(gè)生物學(xué)界公認(rèn)的理論。

“這是一個(gè)突破性的發(fā)現(xiàn)。”當(dāng)時(shí)，美國(guó)心臟協(xié)會(huì)前主席在《紐約時(shí)報(bào)》 的訪談中說(shuō)。

的確，在當(dāng)時(shí)，這一發(fā)現(xiàn)不僅將作為一個(gè)重要證據(jù)修改心臟發(fā)育的科學(xué)理論，更重要的是，其下游的臨床治療將得到極大好處。“移植自體心臟干細(xì)胞，有可能產(chǎn)生足夠的細(xì)胞用于缺血性心臟病或是先天性心臟病患者的細(xì)胞移植治療，也許這是引發(fā)最小免疫排斥風(fēng)險(xiǎn)和畸胎瘤形成的方法之一”，《干細(xì)胞技術(shù)在心血管疾病中的應(yīng)用》一書這樣評(píng)價(jià)道。該書于2012年出版，主編為新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院副院長(zhǎng)馬依彤與中科院院士葛均波。

最初的挑戰(zhàn)者

多年前的一場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議上，西雅圖華盛頓大學(xué)的查爾斯·莫里（Charles E. Murry）只講了一頁(yè)與自己工作有關(guān)的PPT，就話鋒一轉(zhuǎn)，“我們?cè)囼?yàn)了安維薩的研究，發(fā)現(xiàn)他的數(shù)據(jù)都是不能重復(fù)的”。安維薩當(dāng)時(shí)就坐在聽眾席上。要不是有人拉架，兩人險(xiǎn)些把學(xué)術(shù)之爭(zhēng)升級(jí)為拳腳之戰(zhàn)。

2004年3月21日，《自然》雜志在“作者來(lái)信”欄目發(fā)布了兩篇短文，分別來(lái)自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的羅伯特·羅賓斯（Robert Robbins）等人，以及西雅圖華盛頓大學(xué)的查爾斯·莫里與洛倫·菲爾德。兩個(gè)課題組獨(dú)立重復(fù)了安維薩有關(guān)c-kit心臟干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)。

前者帶領(lǐng)的課題組從表達(dá)綠色熒光蛋白的小鼠中分離出骨髓來(lái)源的c-kit干細(xì)胞，直接注射到實(shí)驗(yàn)小鼠的缺血心肌中。結(jié)果是，10天后看到心肌中有豐富的綠色熒光細(xì)胞，但30天內(nèi)檢測(cè)到的細(xì)胞數(shù)就很少了。“而且，這些綠色熒光細(xì)胞也沒有心肌組織的標(biāo)記。”他們?cè)诎l(fā)給《自然》的文章中寫道。這表明，骨髓來(lái)源的c-kit干細(xì)胞并沒有分化成心肌細(xì)胞。

后者帶領(lǐng)的課題組則采用了和熒光蛋白不同的基因技術(shù)，來(lái)追蹤骨髓來(lái)源的c-kit細(xì)胞在145只實(shí)驗(yàn)小鼠中的表達(dá)。結(jié)果是，沒有檢測(cè)到向心肌細(xì)胞分化。“和對(duì)照組相比，在移植了干細(xì)胞的心臟中心肌細(xì)胞沒有明顯的增加。”莫里有些遺憾地寫道。他在這篇短文中同時(shí)總結(jié)，上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，骨髓來(lái)源的c-kit細(xì)胞不會(huì)分化為心肌細(xì)胞，這為基于這種細(xì)胞開展的進(jìn)一步臨床研究提出了警告。

起初的這些質(zhì)疑還不足夠有分量，并沒有影響到安維薩的學(xué)術(shù)聲譽(yù)，他依然在不停地發(fā)表論文、申請(qǐng)基金，并跳槽到水平更高的研究機(jī)構(gòu)——2007年，安維薩加入哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院，開始領(lǐng)導(dǎo)布列根和婦女醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室。他在這里至少發(fā)表了55篇論文，其中包括此次被建議撤稿的31篇。

2009年1月，NIH也為c-kit心臟干細(xì)胞上馬了名為“SCIPIO”的臨床試驗(yàn)，由路易斯維爾大學(xué)教授羅伯托·波利與安維薩合作開展。

質(zhì)疑高潮

在安維薩宣稱心臟里存在干細(xì)胞的大約十年間，尚未有一篇正式發(fā)表的論文去反駁安維薩的發(fā)現(xiàn)。安維薩逐漸完善、修補(bǔ)了“c-kit心臟干細(xì)胞”的理論。直到今年3月，安維薩實(shí)驗(yàn)室還在發(fā)表論文，討論一個(gè)名叫ephrinA1的信號(hào)通道在心臟干細(xì)胞修復(fù)心臟中扮演的角色。

質(zhì)疑的聲音在十余年里越來(lái)越大，最終在2014年前后掀起一陣熱潮。先是在2014年4月8日，《循環(huán)》雜志宣布撤回安維薩在2012年發(fā)表的一篇論文，題為《衰老和衰竭心臟中的心肌分化》，理由是數(shù)據(jù)“受到了足夠損害”。

幾天后，4月12日，《柳葉刀》雜志發(fā)表了一份對(duì)2011年發(fā)表的數(shù)據(jù)的聲明。這些數(shù)據(jù)來(lái)自于c-kit干細(xì)胞SCIPIO第一階段臨床試驗(yàn)。

《柳葉刀》在聲明中稱，收到安維薩所在的哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院及布列根與婦女醫(yī)院的信息稱，上述臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能存在錯(cuò)誤，他們將繼續(xù)展開調(diào)查。

當(dāng)年5月7日，辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)療中心的杰弗里·莫爾肯丁在《自然》雜志上發(fā)表的正式論文將這場(chǎng)大戰(zhàn)推向了高潮。莫爾肯丁在論文標(biāo)題中就直接宣稱：“c-kit細(xì)胞不可能分化成為心肌”。

在這項(xiàng)研究中，研究人員采用了比之前研究中的技術(shù)更為先進(jìn)的譜系示蹤，檢測(cè)內(nèi)源性c-kit細(xì)胞在發(fā)育期間、隨著年齡增長(zhǎng)或成年后損傷時(shí)是否分化成心肌細(xì)胞。結(jié)果是，他們?cè)谛募〖?xì)胞中并沒有檢測(cè)到c-kit標(biāo)記。

這篇論文讓華盛頓大學(xué)的查爾斯·莫里松了一口氣。當(dāng)時(shí)，他在接受《科學(xué)家》雜志采訪時(shí)表示：“這項(xiàng)研究讓我們確信c-kit細(xì)胞不是心臟干細(xì)胞。”

在一浪高過一浪的質(zhì)疑聲中，2015年，安維薩從哈佛大學(xué)離職，目前就職于瑞士蘇黎世大學(xué)。

最后一擊

當(dāng)然，安維薩也不是沒有支持者。

2013年，倫敦國(guó)王學(xué)院名譽(yù)教授納達(dá)爾-金納德在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表論文，支持了心臟干細(xì)胞的存在。當(dāng)莫爾肯丁拿出他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，納達(dá)爾-金納德在回復(fù)給《科學(xué)家》雜志的電子郵件中指出，莫爾肯丁沒有觀察到c-kit細(xì)胞分化的結(jié)果，可能是由于他采用的細(xì)胞譜系示蹤技術(shù)存在缺陷。比如，該方法涉及用熒光標(biāo)記物標(biāo)記表達(dá)c-kit的細(xì)胞及其后代，這破壞了表達(dá)c-kit蛋白所需的基因，從而破壞了心臟干細(xì)胞的再生能力。

那么，是真的不存在，還是沒有看到？在這一爭(zhēng)論中，來(lái)自中國(guó)的科學(xué)家給了安維薩致命的最后一擊。

中科院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所的研究員周斌自2015年起，就致力于創(chuàng)建新一代遺傳譜系示蹤技術(shù)。他的團(tuán)隊(duì)多次采用不同的技術(shù)手段，追蹤c-kit細(xì)胞在修復(fù)心肌過程中的貢獻(xiàn)，得到的結(jié)論都是：c-Kit細(xì)胞在成體心臟生理穩(wěn)態(tài)和損傷修復(fù)過程中均不會(huì)分化形成心肌細(xì)胞，只是通過血管新生參與心臟修復(fù)。

在最近的一項(xiàng)研究中，周斌課題組再次升級(jí)了細(xì)胞示蹤技術(shù)，這種方法允許他們研究所有被提出的干細(xì)胞群體，而不是專門針對(duì)c-kit細(xì)胞。結(jié)論是，過去提出的所有類型的心臟干細(xì)胞，都不存在于成體心臟中。2018年10月2日，《循環(huán)》雜志發(fā)表了這項(xiàng)研究，并得到了莫爾肯丁的支持：“這是一種非常詳盡和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪z傳方法。”

周斌論文發(fā)表的半個(gè)月后，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院建議撤回安維薩的31篇論文，涉嫌造假的“另一只靴子”終于落地。

一位來(lái)自哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的華人學(xué)者推測(cè)說(shuō)，極有可能是抓到安維薩在示蹤c-kit熒光蛋白照片上動(dòng)了手腳。“只要對(duì)照片亮度、對(duì)比度稍作調(diào)整，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會(huì)大不相同。”該學(xué)者告訴《中國(guó)新聞周刊》，“生命科學(xué)研究中想要造假太容易了，何況是面對(duì)有巨大利益誘惑干細(xì)胞領(lǐng)域。”

“雖然心肌干細(xì)胞研究可能不會(huì)被終結(jié)，但是確實(shí)對(duì)這個(gè)領(lǐng)域是很大的沖擊。”針對(duì)安維薩的造假風(fēng)波，《柳葉刀》主編理查德·霍頓在接受媒體采訪時(shí)評(píng)估說(shuō)，撤稿對(duì)于該領(lǐng)域的影響可能持續(xù)長(zhǎng)達(dá)十年之久。他舉例說(shuō)，十年前，一種有效抑制癌癥的藥物爆出丑聞，雖然它的抑制效果顯著，但是卻沒有向公眾公開副作用。丑聞的爆出使得人們對(duì)“事發(fā)領(lǐng)域”非常緊張，此后十年間，都沒有人再進(jìn)行該抑制劑的研究。

而很快就將受到實(shí)際影響的，是那些跟隨安維薩做研究的年輕人，以及業(yè)界那些在跟風(fēng)研究的同行們。“如果是通過安維薩這些研究拿到碩士博士學(xué)位的人，我難以想象他未來(lái)的科研生涯將如何持續(xù)。這將傷害很多人，波及面很廣，畢竟安維薩在出事前是業(yè)界大牛。”前述國(guó)內(nèi)研究員表示。

另?yè)?jù)《紐約時(shí)報(bào)》10月30日的最新報(bào)道，受安維薩事件影響，美國(guó)NIH下屬的心臟、肺和血液研究所于2015年開始的一項(xiàng)斥資790萬(wàn)美元的心臟干細(xì)胞臨床試驗(yàn)，目前已決定暫停，以重新審查“科學(xué)基礎(chǔ)”。

盡管心臟干細(xì)胞的學(xué)術(shù)爭(zhēng)議告一段落，但它對(duì)整個(gè)干細(xì)胞用于心肌再生的研究領(lǐng)域的影響，依然在緩慢發(fā)酵。