干细胞研究：雷声大，雨点也大

　　美国国立卫生研究院最近宣布,利用私人资金制成的13个人类胚胎干细胞系已获准用于该院资助的研究。但近期在干细胞研究方面的一系列进展却不能归功于此。如果说七八年前干细胞研究是“雷声大,雨点小”的话,那么这个局面今天已经有了很大的改变。



奥巴马任美国总统后,对前任总统布什限制使用人类胚胎干细胞禁令予以了解除,干细胞研究出现转机。但是,干细胞研究近期出现的精彩纷呈的局面更多地是由于其自身的魅力以及对人类医学的巨大益处。



从解禁到资助



科技政策是科学研究的重要因素。美国的科技政策在奥巴马上台后得到了放宽和调整,尤其是在人胚胎干细胞的研究方面。这就为研究提供了必要的资源和资金。2001年8月时任美国总统的布什宣布,美国联邦政府对胚胎干细胞研究的资助仅限于当时已有的21个胚胎干细胞系,不得资助从新的胚胎中提取的干细胞研究。然而,奥巴马当选新总统后,今年1月23日,美国食品和药品管理局(FDA)批准了全球首宗人类胚胎干细胞治疗临床试验；3月9日奥巴马签署政令,美国政府经费对胚胎干细胞研究开放绿灯；4月17日,美国国立卫生研究院(NIH)公布了干细胞研究规范草案,进一步扩展了美国联邦资金支持的人胚胎干细胞研究范围。



奥巴马在3月9日签署行政令时说,前任布什政府限制胚胎干细胞研究的做法是“错误的选择”。解除有关禁令是推动美国科学进程的重要一步,同时有助于促进政府决策科学化。医学奇迹并不是偶然的,“如果政府没有投资,我们就会失去很多机会,错过一些好的想法。”尽管美国政府宣布对干细胞研究解禁,但具体的做法一直没有出台。直到年底,美国的解禁政策才开始落到实处。12月2日,NIH院长弗朗西斯·柯林斯宣布,利用私人资金制成的13个人类胚胎干细胞系已获准用于该院资助的研究。从宣布解禁令到现在,这是美国国家科研机构首次批准将人类胚胎干细胞系用于研究。



在获得批准的干细胞系中,有11个由波士顿儿童医院副教授乔治·戴利(GeorgeQ.Deley)制成,2个由洛克菲勒大学制成。另外,NIH还在对其他96个干细胞系进行评估,预计今后将有更多的干细胞系获批用于研究。



由于此前布什政府禁止使用联邦资金资助干细胞研究,戴利是用私人资金制造人胚胎干细胞系。这一工作始于2006年。在得知NIH批准用联邦政府的资金资助后,戴利表示,NIH的决定对他的研究是一个“巨大推动”。



仍有所限制



干细胞研究有多种,如果只是用动物进行研究,涉及的伦理规范会小一些。但如果涉及人类胚胎,则需要有严格的伦理和研究规范,因此,美国政府对干细胞的解禁并非是放任。正如奥巴马所说,解除有关限制并不意味着政府向人类克隆敞开大门。“我们会制定严格的制度,会认真执行这些制度,我们不能允许有关成果的错用或滥用；我们的政府不会允许将克隆技术用于人类繁殖。”禁止克隆人只是人类胚胎干细胞研究伦理规范的一个重要方面,此外,还涉及到方方面面的内容。因此,NIH制订了干细胞研究的详细规范,并于2009年7月6日公布了规范的最终版本,对可以获得联邦政府资金资助的干细胞研究范围做出了界定。



美国的干细胞研究规范内容广泛而全面。其要点一是联邦资金资助的研究范围有限,可以资助对已制成的胚胎干细胞进行研究,但不允许资助利用人类胚胎制造胚胎干细胞。而这一条在一些科学家看来实际上也是在限制干细胞研究。二是知情同意,即对出于生殖目的通过体外受精获得的胚胎干细胞进行研究,可以获得联邦政府资金支持,但必须获得精子和卵子提供者的同意。三是联邦政府资金不资助以下一些干细胞研究项目:孤雌生殖(卵子不通过受精而直接发育成新个体的生殖方式)、体细胞克隆技术制成的胚胎干细胞以及专为研究目的生产的胚胎干细胞等项目。



不过,上述几项研究如果利用私人资金或州政府资金进行,则不受这些规范影响,但也不得用于克隆人。此外,美国的干细胞研究规范还放宽了对来自其他国家的胚胎干细胞进行研究的限制。



这些情况表明,美国的人胚胎干细胞研究解禁并非是放任,而是有一定之规,不可能为所欲为。



iPS细胞再续传奇



美国的解禁政策对科学研究有长远的促进作用,但近期的一系列研究成果并不能归功于这一政策上,其中最突出的就是iPS细胞(诱导多功能干细胞)的研究。



iPS细胞研究在2008年被美国《科学》杂志评为年度十大科技进展之首。这其实是干细胞研究避开伦理限制的成功。不过iPS细胞的安全性、实用性、全能性和利用效率一直受到怀疑。



干细胞按其分化潜能可以分为三类。一是全能干细胞,具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力,如胚胎干细胞；二是多能干细胞,具有产生多种类型细胞的能力,但却失去了发育成完整个体的能力,发育潜能受到一定的限制；三是单能干细胞(也称专能、偏能干细胞),只能分化为成体组织、器官中的细胞。



iPS细胞过去被视为不具备全能性。检验胚胎干细胞是否具有全能性的“黄金标准”是4倍体囊胚注射方法。iPS细胞是由体细胞诱导而成的干细胞,从理论上讲不可能具有与胚胎干细胞类似的全能性。一些研究也证实了这一点。例如,iPS细胞注射后形成的小鼠胎儿在怀孕早期至晚期全部死亡,显示iPS细胞不能通过4倍体囊胚注射发育成活体小鼠,然而,这个结论却由中国研究人员推翻了。中科院动物所研究员周琪和上海交通大学医学院曾凡一教授的研究小组合作,利用iPS细胞通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠。这在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。



至于iPS细胞的安全性和效率问题,美国斯克里普斯研究院的丁盛(ShengDing)研究小组予以了证明。他们利用纯化蛋白质将成体细胞转化为最原始的胚胎样细胞,避免了转入外源性基因催化成体细胞转化为干细胞带来的安全问题。而且,由于采用了新的促使成纤维细胞转化成干细胞的化学物质,因而将这一转化过程的效率提高了200倍,转化周期由原来的4周缩短到2周。



心脏病患者的曙光



能够全能分化的胚胎干细胞被视为干细胞研究的核心,但由于胚胎限制和伦理问题,使得目前的人类胚胎干细胞还难以出彩,也因此,在其他干细胞方面,主要是多能和专能干细胞研究得以大放异彩。现在,能修复各种器官和组织的专能干细胞研究已经在基础和临床应用上崭露头角,治疗心血管病的干细胞研究更成为这一领域的明星。



多年以来,医生们都在尝试使用各种形式的干细胞来治疗心脏病,其治疗效果也是多种多样,主要取决于培养和使用什么样的干细胞。哈佛大学干细胞研究所的肯尼思·钱(KennethR.Chien)小组发现,人体其实存在心脏干细胞,如果用这样的干细胞来修复心脏组织,效果要比其他干细胞更好。



研究人员把心脏干细胞置于一层薄薄的高分子膜上,让它们成环形排列。这些细胞会自发重新组合,最后形成一片心脏组织。为此,研究人员认为心脏干细胞修复心脏有两种方式。一是用一层心脏干细胞覆盖心脏受损区域,让它们逐渐生长成为能正常工作的心脏组织；二是把心脏干细胞注射进受损区域,然后让它们自行生长。当然,这两种情况都需要先在动物身上进行试验,最快也需要5年才能应用于临床。



心血管病中的外周动脉疾病也可以通过干细胞来治疗,例如糖尿病患者可以出现严重的并发症,外周动脉疾病就是其中之一,主要症状是肢体缺血,导致肢体疼痛、伤口难以愈合,严重情况下会截肢。加拿大西安大略大学罗巴茨研究所的戴维·赫斯(DavidA.Hess)研究小组从人体骨髓中提取干细胞,并从中分离出3种不同类型的促血管生成干细胞,然后对它们进行净化处理。研究人员已经在实验鼠身上取得成功。现在赫斯小组正在申请对晚期外周动脉疾病患者进行临床试验。这一方式还可以用于治疗身体其他部位的缺血症状。



不过,利用骨髓干细胞治疗心血管病走得更远的成果是,可以试用于一些病人。



埃默里大学的阿什德·奎育米(ArshedQuyyumi)小组对心肌梗塞患者进行临床一期干细胞试验治疗,对病人注射不同剂量的骨髓干细胞产生了良好的疗效。美国芝加哥西北大学的道格拉斯·罗索多(DouglasLosordo)小组利用骨髓干细胞治疗心脏病人也获得了显著疗效。他们治疗的病人是不适合进行血管修复术、安装金属支架或者进行心脏搭桥手术,只能采用药物治疗的心肌梗塞病人,而且常产生严重的心绞痛。治疗6个月后与单纯使用生理盐水的患者比较,患者阵发性胸痛有所减少,无痛行走的距离也延长了。多数人能爬山,一些过去不能打高尔夫球的人也能打高尔夫球了。



再生医学现萌芽



研究人员早就能用干细胞培育出人耳、输尿管等器官,但是,要把再生出来的器官移植到人体上面或直接在人体受损部位让器官再生还存在困难。现在研究人员又培养出了人的部分颚骨,这也是第一次。



出生缺陷、关节炎或者损伤等都可以造成下颌关节出现病损,而且该关节的问题很常见,但却很难治疗。因为该关节结构复杂,很难通过移植身体其他部位的骨骼进行修复。因此,让下颌关节再生是一种可行的治疗选择。美国哥伦比亚大学的戈达纳·伍加克·诺瓦科维克(GordanaVunjak－Novakovica)研究团队完成了第一步,在实验室使用人的成体干细胞培育出了下颌骨。



研究人员把人骨髓中的干细胞植入一个组织架中,借助患者的数码成像形成精确的人下颌骨形状。然后他们使用特殊设计的生物反应器培育细胞,这种反应器能让成长的组织浸泡在自然骨骼生长所需要的含量精确的养分中,最后培养出了颚骨。能利用干细胞生成形状高度精确的骨骼显然为骨骼移植、整形外科带来了希望,尤其是这种新技术还可能用于头部和颈部的其他骨骼治疗,包括很难移植的头骨和颧骨,甚至可以治疗因癌症造成的骨和关节的损害。



不仅如此,法国I－STEM研究所的研究团队用干细胞培养出完整的表皮,为皮肤移植的高成功率和低感染率创造了有利条件。



在传统的皮肤移植手术中,一般取用病人自己的皮肤组织,而且完成移植需要3周时间,对于很多严重烧伤的人来说,这个过程太漫长,因此一些病人会因感染和重伤而死亡。现在新的干细胞疗法将来可以让医院接收病人后直接定制表皮,缩短治疗时间,提高成功获救的几率。



干细胞用于再生医学另一个具有潜力的领域是运动医学。人的肩、膝、肘等关节部位的肌腱、韧带等结缔组织最容易受损,占运动损伤的50％。目前对肌腱损伤的临床治疗手段是理疗和手术,但疗效有限。如果能利用干细胞修复运动员受损的肌腱、骨骼和关节,就不仅可以治疗这些疾病,而且能保住和延长运动员的运动生命。现在,这一设想在动物身上初步实现。中国浙江大学医学院的欧阳宏伟小组通过植入从胚胎干细胞分阶段分化而来的肌腱后,让后腿膝盖部髌肌腱断裂的小白鼠恢复了正常的活动能力。这是国际上首次利用胚胎干细胞培养肌腱进行修复再生的研究。



失聪者的福音



此外还有一些成果值得一提,例如对听力的修复就需要干细胞。



让人具有听力的关键要素之一是内耳中有正常功能的毛细胞和神经细胞。神经性耳聋患者就是因为毛细胞和神经细胞受损而引起。神经性耳聋是最常见的耳聋之一,占耳聋患者总数的90％,患神经性耳聋的患者在全球超过600万人。目前惟一的方法是植入人工电子耳蜗,但是这些电子装置并不能恢复所有的听力。



英国谢菲尔德大学的马希洛·里维塔小组使用人类流产胎儿内耳的干细胞培育出了有听力功能的毛细胞。毛细胞的作用是把声音转化为传送给大脑的电脉冲刺激。在声波经过的时候,这些看起来从细胞表面长出的小毛会颤动起来,从而把电子信号经由神经传给大脑。现在,研究小组正在对动物进行测试,看移植这些细胞是否能恢复听力。如果有效,将会对神经性耳聋患者进行实验疗法。而且,也可以利用骨髓干细胞来生成毛细胞。不过,研究人员认为,即使在动物身上试验成功,这一方法用于治疗神经性耳聋也许还需要10年时间。



脊髓损伤让我国著名体操选手桑兰再也站不起来。如今美国加利福尼亚大学欧文分校的汉斯·基尔斯特德(HansKeirstead)小组对动物的实验也许会给这类患者带来希望。研究人员利用人类胚胎干细胞使颈脊髓损伤的大鼠改善了运动能力。颈脊髓损伤患者的四肢运动能力、肠道、膀胱以及性功能都会削弱或基本丧失,目前没有有效的治疗方法。用干细胞对颈脊髓损伤大鼠的治疗取得显著效果为未来治疗人类颈脊髓损伤患者提供了线索。



今天,干细胞研究治疗眼盲、糖尿病和生成生殖细胞精子和卵子等方面,也都有了新的进展。如果说七八年前,干细胞研究是“雷声大,雨点小”的话,那么这个局面现在已经有了很大的改变。