新型“万能细胞”的诞生及应用前景

李绍奉

2007年11月20日，注定是一个被生物学界记住的特殊日子，来自美国威斯康星大学詹姆斯·汤姆森实验室和日本京都大学再生医学研究所的2个独立研究小组在这一天分别在美国《科学》杂志和《细胞》杂志上发表了论文，宣布已成功地把普通的人体皮肤细胞转化为了具备胚胎干细胞功能的新型“万能细胞”。由于这一细胞实质上就是借助基因工程将一些特殊的基因重新编排进人体皮肤细胞，诱导该细胞成为类似于胚胎干细胞的细胞，所以又将这些细胞称为诱导多能干细胞——简称iPS细胞。这一被学界称为生物科学“里程碑”的重大突破，有望帮助各国的科学家绕过克隆技术的伦理、道德分争，为医学应用打开大门。

1万能细胞的研究历史

1997年，世界上第一个从成年细胞克隆而来的哺乳动物多莉羊的诞生展示了卵母细胞能让已分化细胞的“生物钟”倒转，让已分化细胞的细胞核“返老还童”，令基因组重新回到胚胎状态。这让人类看见了研究万能细胞的曙光。

1998年11月，美国威斯康辛州的科学家们宣布他们培育出了人体胚胎干细胞，这种细胞有潜力在体内发育成任何细胞类型。胚胎干细胞的这种多能性为发育生物学和医学研究提供了很多可能的应用，但也带来一些问题。因为提取干细胞通常会毁坏胚胎，因此这项研究引发了生物伦理的激烈讨论，包括美国在内的很多国家都颁布了政治决策限制科学家对人体胚胎干细胞的研究。

2006年，日本研究人员报告说他们发现了一个能避开人体胚胎干细胞实际与伦理问题的可能方法。他们将4个基因导入在培养皿中生长的小鼠尾部细胞，得到了形态和功能与胚胎干细胞极其相似的新细胞。他们把这些新细胞称作诱导多能干细胞。2007年，这个日本研究小组和两个美国研究小组把细胞再编程技术应用到了人体细胞上，被选为《科学》“2007年十大科学进展”第二名。

2008年，科学家们实现了一个长期寻求的细胞“炼金术”壮举。他们从不同疾病的患者身上提取皮肤细胞，将其再编程为干细胞。改造后的干细胞在实验室里生长并分裂，为研究人员研究构成疾病基础的细胞过程提供了新工具。

2008年，研究人员在细胞再编程方面取得了又一个里程碑式的进展。在用活鼠做的一项研究中，他们让细胞直接从一种成熟细胞变成另一种，打破了细胞单向发育的规则。调整细胞使其具有新身份的上述进展和其他一些进展，把细胞再编程这个现在蓬勃发展的领域推到了《科学》“2008年十大科学进展”之首。

2新型“万能细胞”的构建

2，1提取受体细胞

由于受到不能使用胚胎干细胞的限制，所以必须从存在的个体身上获取普通的体细胞，所不同的是，詹姆斯·汤姆森实验室的“纤维原细胞”来自一名新生儿的阴茎包皮，而由京都大学教授山中伸弥领导的研究小组则是从一名36岁女性的脸部提取的细胞。

2，2获取特定基因

生物的性状归根结底是由基因控制的，科学家发现引起胚胎干细胞的特性主要是由四种基因决定，不同的是美国研究人员选择OCT4、NANOG、SOX2、LIN28基因组合，而日本研究人员选择OCT3／4、SOX2、C-MYC、KLF4这四种基因。

2，3利用运载体将特定基因导入受体细胞

目前所使用的运载体还主要是一种逆转录病毒。利用这种病毒的特性，可以最终将这四种基因成功导入受体细胞并且让其得到表达，这样受体细胞就能够恢复到原有胚胎于细胞的特性，就是所谓的新型“万能细胞”，如图1所示。

3新型“万能细胞”的诞生的意义

原始的“万能细胞”主要是指胚胎干细胞，如果与克隆技术相结合，胚胎干细胞便可发展成遗传特征与病人完全吻合的细胞、组织或器官。以前器官移植治疗方法中经常出现的排异反应问题因此得到了彻底解决，血细胞、脑细胞、骨骼和内脏等都将可以更换，白血病、帕金森氏症、心脏病等顽疾也有望得到有效的治疗与治愈。

但是胚胎干细胞研究不仅难度极大，而且面临着太多伦理、法律等方面的争议。因为一直以来，如果想要获得人类胚胎干细胞，就必须损坏人类胚胎，这一点颇受非议。美国总统布什曾两度否决了放宽联邦政府资助胚胎干细胞研究的法案，认为美国纳税人的钱不能用于“故意摧毁人类胚胎”。

而这次人体皮肤细胞“直接改造”技术不仅能培育出与胚胎干细胞功能相似的新型“万能细胞”，同时绕过屏障，跨越了伦理障碍，其高效、便利，也为进一步的医学应用打开了大门。致力于人体胚胎克隆技术研究的美国细胞高级技术研究所首席科学家罗伯特·兰扎也不惜溢美之辞：“这项研究是一个了不起的科学里程碑。从生物学意义上讲，相当于莱特兄弟制造的首架飞机。”因此美国白宫在这一壮举被报道后对美日科学家的这一新成果表示欢迎，认为这才是干细胞研究的“正道”。

4潜在的风险

4，1副作用风险

这项技术尚不能完全取代胚胎细胞克隆技术，因为现阶段的实验方式存在潜在副作用。美日研究小组利用逆转录病毒“改造”皮肤细胞，这种病毒可能使基因产生变异，引发肿瘤等副作用。因此，在评估和克服这一潜在风险前，“万能细胞”还不能用于器官移植等临床应用。不过在2008年3月1日的《自然》杂志中披露：英国爱丁堡大学教授木尾圭介等组成的研究小组及加拿大的研究小组，首度研发出不使用病毒研制的人类万能细胞，使科学家距离制造更安全的干细胞又近了一步。

4，2伦理风险

尽管不像人体胚胎细胞克隆技术那样容易引发争议，但是伦理风险一直存在。山中伸弥说，应用这项技术，或许能通过皮肤细胞制造精子和卵子，这能帮助那些有生育问题的患者，“但为避免滥用，有必要在制造和利用人体万能细胞方面作出适当规范”。

5结语

毫无疑问，利用体细胞培育出新型的“万能细胞”是人类在克隆技术和胚胎干细胞的研究领域是一个里程碑，为生物医学研究开辟了新的方向。但是这种技术手段的利用尚处在初始阶段，可能这些仿制的“胚胎干细胞”还不能完全与胚胎干细胞等同，还需要深入研究，以比较它们和真正的胚胎干细胞在临床应用等方面是否有显著差异。所以现在就停止人类胚胎于细胞研究还为时过早，而且“iPS细胞”离实际应用还有很长的路。