上海科学家绘干细胞研究路线图:将修补受损器官

　　    条条大路通罗马。在干细胞研究中，“罗马”只有一个：控制干细胞发育成为人体组织细胞，从而起到修补受损器官的治疗作用；不过，路径却很多。为帮助读者看清这个激动人心而又犹如迷宫般的庞大科技工程，记者昨天采访了著名分子生物学和细胞生物学家、中科院上海细胞所原所长郭礼和教授，请他简略地绘制了一幅干细胞研究的学术路线图。 
 
    全能特性：能分裂分化修补受损器官
 
    郭礼和告诉记者：简单说，干细胞可以分成两类：胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞在分化上具有全能性，有如一颗全能种子，能发育成人体各种组织细胞；而成体干细胞在分化上具有多能性，只能分化和它相关的组织细胞，比如造血干细胞只能分化成红血球、血小板、白细胞等血液细胞，而表皮干细胞主要分化为皮肤或粘膜。
 
    实际上，从受精卵开始，胚胎细胞就不断分裂分化发育成为各种器官，因此，胚胎干细胞必须是“全能选手”。对成年人而言，大部分情况下，身体各组织只要准备一些功能有限的干细胞，完成“小修小补”就可以了。但在临床治疗中，则需要大量干细胞才能起到效果，这就必须借助生物技术手段。科学家的梦想在于，希望能够利用干细胞的全能特性修补受损器官。比如，培育神经细胞，让截瘫病人重新站起来；培育出胰岛β细胞，从而治疗糖尿病。
 
    组织干细胞在临床上早就有应用实例，最常见的例子就是借助造血干细胞移植治疗白血病，但异体移植的干细胞会引起排异反应，因此最好利用自身干细胞。于是，科学家的研究重点就放在如何通过自身体细胞，培养大量胚胎样干细胞。
 
    研究岔路：重写细胞发育程序难度大
 
    郭礼和表示，此前，科学家获取干细胞的主流方法是通过体细胞克隆，培育人类胚胎，从中再提取胚胎干细胞。简单说，就是将他人的卵细胞进行细胞核剔除后，再植入体细胞核，使其发育成为早期胚胎。
 
    一般而言，14天之内的胚胎，其胚胎干细胞最有研究价值，超过这一时限，克隆的胚胎就会越来越具有“克隆人”的特性，不仅研究价值下降，而且会遭遇严重的伦理问题。
 
    事实上，根据目标不同，克隆技术研究在此会形成一条岔路：向左走——如果克隆胚胎为了培育成体生命，最终的成果便是“多利羊”；向右走——如果是为了获取治疗用干细胞，则需要对胚胎干细胞的生长环境加以调节，使其不向组织器官方向发展，而且在体外大量增殖，在数量上满足临床上治疗的需要。对干细胞研究者来说，这如同为细胞重新编写发育程序。
 
    不过，胚胎干细胞获取难度非常大。不仅克隆胚胎的成功率很低(“多利羊”就是从227个克隆胚胎中唯一成功的)，而且即使克隆成功，重写“发育程序”的难度更大。
 
    因此，目前国际学术界的主流方法已经从克隆胚胎获取胚胎干细胞，转向诱导体细胞，使其重新编程，成为具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPS)。2007年，美日科学家就成功地将皮肤细胞诱导为多能干细胞，这被认为是当年最重要的研究进展之一。按照这条路线，国际上近两年来取得了一系列成果。就在今年2月3日，日本东京大学还宣布，在世界上首次利用iPS方法，将人类皮肤细胞“制成”血小板。
 
    事实上，除了克隆胚胎和iPS之外，学术界还有其他一些干细胞治疗的路径。例如，胎盘中的羊膜干细胞就是一种有潜力的研究对象。它不仅具有发育成其他组织细胞的潜力，而且，它不会形成肿瘤，也不需要组织配型，这是由于它能够杀死攻击它的免疫细胞，避免排异反应，可以实现异体细胞治疗。
 
    临床应用：从100到1百万的艰难突破
 
    目前，胚胎克隆技术已经相对成熟，但是要实现临床应用，需要突破一系列难题。
 
    郭礼和说，在胚胎干细胞研究方面，克隆出的早期胚胎中，只有大约100个胚胎干细胞，而要达到治疗效果，则需要有上百万乃至上亿个胚胎干细胞。从100到1百万是一项艰巨的工作，需要一次巨大的跨越，科学家的挑战在于，必须利用技术手段，从外部环境对胚胎干细胞的发育进行调节，使其不断自我拷贝，直到获取足够数量的胚胎干细胞(科学上，这个过程叫做细胞“建系”)；否则，胚胎干细胞就会迅速分化，发育成为组织细胞，从而失去“万能种子”的特性。
 
    直到目前为止，世界上克隆人类胚胎干细胞之后“建系”成功的案例为数极少，而在动物实验中，也只有小鼠、大鼠和猴取得了成功。与培育干细胞相比，克隆羊、牛、猪等大型动物尽管依然很难，但成功率相对而言要高得多了。
 
    干细胞“建系”成功后，在临床上也还面临其他挑战。由于干细胞具有巨大的生长潜能，这与癌细胞有类似之处，因此，植入人体后很容易形成肿瘤，目前来看，这个比例高达20%。实际上，目前骨髓移植也有约2%的概率形成恶性肿瘤。如何加以控制，是一大难点。
 
    5到10年：研究将进入“学术爆炸期”
 
    根据郭礼和的判断，目前，干细胞研究相当于“早上看到了一些曙光”。不久前，美国食药监局FDA批准了世界上第一个干细胞治疗的方案，一家美国企业获准进行干细胞治疗高位截瘫患者的临床试验。
 
    与此同时，国内一些学者在干细胞临床研究中也取得了一些进展，主要是围绕神经系统损伤(中风、帕金森病、截瘫)和糖尿病的治疗。总体上，中国干细胞研究在国际上处于第二梯队，位于美、日和欧洲先进国家之后，但在一些局部也有自己的领先技术。
 
    郭礼和说，如同信息技术革命，从1940年代世界上第一台电子计算机问世，直到上世纪90年代才真正形成技术革命，学术研究的发展总是遵循着从慢慢积累然后突然“爆炸”的规律，干细胞研究也应如此。他预计，再过5到10年，干细胞研究会进入自己的“学术爆炸期”。