干细胞：条条道路通罗马？

王一凡

简易地获得大量的多能或全能分化的干细胞是研究人员孜孜以求的目标，因为这样的干细胞是治疗严重疾病的基础。现在，获取干细胞似乎已经进入条条道路通罗马的多元时代，因为用简单的化学和物理方法也可以获得多功能细胞或多能干细胞。

从基因诱导到物理诱导

最初研究人员认为，能够多能分化的干细胞非胚胎干细胞莫属。由于人类胚胎涉及复杂的伦理和法律规定，从胚胎提取干细胞受到了限制，既无法任意使用胚胎干细胞进行研究，更不可能把胚胎干细胞应用于临床治疗。

为了避开伦理限制，干细胞研究转移了方向。2006年日本的山中伸弥研究团队利用逆转录病毒载体向小鼠的成体细胞（小鼠胚胎成纤维细胞和成体尾巴成纤维细胞）转入4个基因（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc），让这些细胞重新编程，产生了类似小鼠胚胎干细胞的特征，这就是诱导多能干细胞（iPSC）。从理论上讲，诱导多能干细胞不仅可以定向生成某种组织和器官，如肝脏，也可能发育为胚胎，重新孕育生命。

为此，英国的约翰·戈登和日本的山中伸弥共同获得2012年的诺贝尔生理学或医学奖，获奖的理由是，他们“发现成熟细胞可被重编程变为多能性”。

现在，日本的另一位研究人员——日本理化学研究所发育生物学实验室的小保方晴子等人把从新生小鼠身上分离的白细胞暴露在弱酸性的环境中，使细胞恢复到未分化状态，并使其具备分化成任何细胞类型的潜能，标志是，这些细胞具备早期胚胎的基因标记。

因此，这些细胞实际上就是可以多能分化的细胞。他们把这种培养和获得多能分化细胞的过程称为“刺激触发的多能性获得性”（STAP）。小保方晴子等人还发现，不仅弱酸性环境可以使细胞获得多能分化的潜能（有人称这一途径为“酸浴”），而且物理挤压方式也能让细胞变得具有多能分化的潜能。

这也意味着，此前的基因诱导可能获得多能分化的干细胞，现在的化学诱导（酸浴）和物理诱导（挤压）也可能获得多能分化的细胞，获得多能分化的细胞似乎已经是条条道路通罗马。

一波三折的研究过程

不过，小保方晴子等人并没有称他们获得了可以多能分化的干细胞，而是培养出了可以多能分化的细胞。这也意味着多功能细胞与多能干细胞有一定的区别，这个差别就是一个“干”字。

对此，用基因调控方法培养出诱导多能干细胞的山中伸弥指出，“该发现对理解细胞重新编程有重要意义。从临床应用的实用观点看，我认为这是创建类似诱导多能干细胞的一种新方法。”显然，山中伸弥认为，酸浴和挤压方式是培养诱导多能干细胞的一种新方法。

为了理解这种差别，可以来看看小保方晴子等人一波三折的研究过程。小保方晴子在培养细胞的一个偶然机会发现，一部分细胞挤过毛细血管时会收缩成干细胞大小的形状。这提示，物理挤压可能产生干细胞。于是她尝试用加热、酸性环境和物理挤压等方式改变细胞。结果发现，这3种方式都可以使细胞发生改变，也就是产生了胚胎细胞的多功能性基因标记。

但是，仅有标记还不够，还要检验这些改变后的细胞是否能产生多功能性变化。为此，小保方晴子等人把荧光标记的细胞注入小鼠胚胎来验证。如果导入胚胎的荧光细胞是多功能的，则这些发光细胞就会出现于发育后的小鼠体内的每一种组织，因为干细胞的多功能性即是能分化成各种组织。

当然，检验这一点也需要技术和手段。日本山梨大学的若山照彦以克隆小鼠检验了这些细胞是能够多能分化的，在培育小鼠时产生了绿色荧光较强的小鼠胚胎。小保方晴子认为这足以证明挤压和酸性环境让细胞改变后可以生成多能分化的细胞。但是，小保方晴子等人关于这些研究的论文屡屡被国际一流科学杂志拒绝。

小保方晴子意识到，要打消人们的怀疑必须证明这些多功能细胞是新生成的而不是原来就存在于生物体内多种组织中的细胞。为此，小保方晴子的研究对象转移到了T细胞（白细胞的一种），尝试对T细胞施压和把T细胞置入酸性环境来让其转化为多功能细胞。因为T细胞的转化可以从其发育期间的基因调整和变化反映出来，同时研究人员还可以用视频来拍摄T细胞的转化。

结果证明，T细胞的确能在挤压和酸性环境下形成多功能细胞，因此被称为“刺激触发的多能性获得性”（STAP）细胞。对STAP细胞最重要的证明是，它们可以形成胚胎组织，但是诱导多能干细胞与胚胎干细胞都无法做到这一点。这让研究人员非常惊喜。若山照彦认为，STAP细胞能形成胚胎组织的这一特点使得克隆更加方便。如果STAP细胞能够自建胚胎组织，就不必使用供卵和供精，而是可以直接移入代孕者体内孕育。但这只是一种设想。

同时，小保方晴子等人还证明，在刺激条件下，有25%的细胞存活下来，其中30%的细胞可以转化为多功能细胞，这也比导入4个基因才让1%的细胞可以转化为诱导多能干细胞的转化率更高。同时，能够在物理和酸性环境下转变为多功能细胞的也不只是T细胞，而是包括来自大脑、皮肤、肺与肝脏的许多细胞。这也提示，挤压等物理方法即使不能适用于所有细胞类型，也可能适用于绝大多数的细胞类型，从而让它们转化为多功能细胞。

优势与疑问

如果物理挤压和酸性环境也能使成年细胞返老还童，成为可多能分化的多功能细胞，将是一种突破。因为，与获得2012年诺贝尔生理学或医学奖的诱导多能干细胞相比，物理和化学方法诱导细胞转化更有效，时间更短，而且可塑性更强（因为STAP细胞可以形成胚胎组织）。

例如，让T细胞浸泡在酸性液体中只需30分钟就能让其返老还童，成为多功能细胞，这比山中伸弥导入4个基因才能把人体皮肤细胞转变为诱导的多能干细胞更简便，因为导入4个基因产生诱导多能干细胞需要4～5周时间，这在培养时间上简直如同乘太空飞船。

STAP细胞的另一个优势是安全。诱导的多能干细胞由于导入了4个基因，可能会产生另一种副作用，即让细胞无限分裂生长，成为肿瘤。endprint

然而，酸液或挤压方式产生的多功能细胞却不会有这种“致癌性”，因为由化学和物理因素促成产生的STAP细胞是缘于细胞的一种自我保护本能。

另一方面，STAP细胞是否可以像诱导的多能干细胞那样称为干细胞还需要更多的研究来证实。不过，在小保方晴子等人的研究之前，已经有其他一些研究人员发现了哺乳动物体内存在着多功能细胞，例如，美国明尼苏达州立大学明尼阿波里斯市分校分子生物学家凯瑟琳·韦费赖就在论文中描述过有多功能变化的潜能祖细胞。小保方晴子认为，这些有多功能变化的潜能祖细胞就是STAP细胞，因为它们是通过物理应激产生的，并非体内本来就有而分离出的。

但是，2009年，韦费赖因涉嫌学术不端而被明尼苏达大学学术委员会调查，其中有3篇文章被怀疑造假，这3篇文章都涉及干细胞或多功能细胞。这3篇文章有1篇发表在《自然》上，1篇发表在《血液》上，1篇发表在《美国生理学杂志》上。

韦费赖是《美国生理学杂志》上发表的文章的共同作者之一，这篇文章报告的是内耳细胞中的干细胞可分化成神经细胞和感觉细胞。英国《新科学家》杂志发现，文章中的一个电泳图片条带是人为拼接修改的，另外，有两张不同实验中的图片完全一致。

韦费赖与一名在其实验室已毕业的博士研究生于2001年发表于《血液》杂志的文章涉及数据造假，不过，韦费赖是该文章的通讯作者。2009年3月，《血液》杂志已撤回了这篇造假文章。

2002年，韦费赖以通讯作者名义发表在《自然》的成体干细胞文章因其可靠性和原创性的原因在2007年受《新科学家》杂志质疑。2009年6月，《自然》杂志因这一问题撤回了这篇文章。

由于韦费赖涉及学术不端，而且内容都是涉及干细胞，因而其生物体内的多功能细胞的发现也受到怀疑。显然，小保方晴子等人的多功能细胞培养的新途径的发现还需要时间来检验。

但是，另一方面，小保方晴子等人的研究如果能得到重复验证，那么，她在论文中提出的观念就是对山中伸弥研究的否定。小保方晴子称，在过去几十年里，关于成年组织里是否存在多功能细胞（或非常相近的细胞）一直有争议，不同的研究组报告了有矛盾的结论。然而，目前还未有研究证明多功能细胞可从已分化的体细胞获得。也就是说，山中伸弥导入4个基因能让已分化的体细胞转化为多功能细胞尚未得到证实，这无疑是对山中伸弥获得诺贝尔奖的怀疑和否定。

孰是孰非，需要时间和其他研究来验证。

【责任编辑】张田勘endprint