煮沸的孟婆汤-----诱导多能干细胞

诱导多能性干细胞，是一锅煮沸的孟婆汤啊，可否让你重新开始？...



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人生小哲理

干细胞者说

诱导多能干细胞（技术），就是一锅煮沸的孟婆汤，可以让你忘记细胞前世分化路上的点点滴滴。让细胞重新投胎，回到起点，无限可能。要想全面了解诱导多能性干细胞，首先我们要弄清楚两个概念： “重编程”和“诱导多能干细胞”。

概念一

细胞重编程：是指细胞内基因表达模式的改变，最终表现在细胞的生物学特性的改变，比如，分化的细胞去分化，或者是分化的细胞直接转分化。

概念二

诱导多能性干细胞（Induced Pluripotent Stem Cells）：将一些基因（（最早是Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这四个）通过一种逆转录病毒载体导入皮肤等普通体细胞中，让其“初始化”，使其具备干细胞功能，这就是“iPSCs”。

“iPSCs”不仅在细胞形态、生长特性，干细胞标志物表达等方面与ES细胞非常相似，而且在DNA甲基化方式、基因表达谱、染色质状态、形成嵌合体动物等方面也与ES细胞（胚胎干细胞）几乎完全相同。

技术路线：

众所周知，每一个细胞的细胞核都蕴藏着这种生物个体几乎所有的遗传信息（当然，还有极小数储存在细胞质中），这些遗传信息决定了可以发育成什么样的个体，这就是：“细胞核的全能性”。

对每一细胞而言，其DNA序列是一样的，但其DNA、染色体以及核蛋白的模式、结构和修饰（化学修饰，比如甲基化、乙酰化、磷酸化和糖基化等）是不一样的，而这些差异导致了细胞命运的不一样。这些差别使它们有的可以分化成多种细胞，有的就只能行使一种功能。

在高等生物发育的过程中，DNA、染色体以及核蛋白的改变基本上是一个不可逆的程序化的过程。就像一个婴儿，出生以后就会不断地长大，长成儿童、少年、然后是青年、成年和老年。可是科学家们就是异想天开，想要得到“返老还童”的细胞，于是“重编程”这项技术应运而生。

最早的重编程是在两栖动物――青蛙上实现的。1952年5月，美国宾夕法尼亚州费城的罗伯特·威廉姆·布里格斯和托马斯·约瑟夫·金在《美国科学院院报》上发表文章，他们成功地把一个青蛙的卵母细胞的核去除后，移入了一个青蛙的成体细胞的细胞核，并将这个卵母细胞培养，使其发育成为了一个完整的个体。这是世界上首次的动物克隆，其后的“多莉”羊也就是在这个工作的基础上完成的，其原理完全一样，不过过程要复杂艰巨得多。越是高等的动物，这个过程也就越麻烦。

但是这种核移植的重编程方法非常麻烦，需要很精密的专业设备和非常娴熟的技术人员，最麻烦的还是需要有卵子做受体。所以科学家们总是在动脑筋，怎么才可以不用卵子、不进行核移植就让细胞重编程呢？

2006年，日本科学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）和他的爱徒高桥一俊（Kazutoshi Takahashi）首次在体外培养成功了小鼠的“iPSCs”，首次实现了体细胞的非核移植的重编程。这是一个划时代的发现，很多人都在猜测，这个工作会在哪一年获得诺贝尔奖呢？后来，果不其然，这项研究已经获得2012年诺贝尔生理或医学奖。

其实他这个工作的设计说来非常简单，就是选择了24个在胚胎干细胞内高表达的基因，用病毒系统来做转基因操作，让它们在成体细胞中特异性的表达，然后看它们会导致细胞有什么变化。然后做减法依次去除，进行转基因操作，最终他们筛选出了4个基因：Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，发现把它们通过逆转录病毒一起转入小鼠的成纤维细胞后，可以诱导成纤维细胞重新回到年轻的胚胎干细胞状态。

当时最著名的胚胎干细胞实验室美国威斯康星大学的詹姆斯·汤姆森（James Thomson）教授的实验室也在做类似的工作，他们也选择了24个基因，也在试哪些排列组合可以得到什么样的结果，只不过他们是在人类细胞中进行，而山中伸弥他们是在小鼠细胞中进行。在这种情况下，一个小实验室的工作人员会很容易产生这样的念头：那些大科学家都在做，我们能做得过他们吗？或许山中伸弥也曾这样想过，但最终他坚持下来了，并且成功了。相信很多人都比他聪明，更多的是比他努力，但是只有他成了，所以很多时候拼的不是才华，不是努力，而是运气。伦理优势

iPSCs无疑是最近几年干细胞科学界最重要的发现，以至于短短六年间就夺得诺贝尔奖。它的优势不言自明的。

其最大优势就是，规避了胚胎干细胞研究的伦理壁垒，用成体细胞来培养出胚胎干细胞，完全不涉及有关胚胎等问题。其次，也规避了捐献的供体和受体的问题，iPSCs技术完全可以做到用你自己的细胞治疗你自己的疾病，不用他求，只要你自己愿意就可以了，有了iPSCs就是这么任性！

免疫优势

iPSCs的免疫优势也是不言而喻的，理论上讲是应该没有任何免疫排斥的。

不过也有文章指出，因为iPSCs在体外培养多代，要用于治疗又会有一个重新分化的过程，从成体细胞去分化，到体外培养，再到重新分化，这个过程中难保不会发生免疫原性的变化。特别是对免疫细胞来说，还有一个免疫重排的问题，所以我们不能认为自体iPSCs就没有免疫排斥。但如果单从免疫原性角度来考量，iPSCs应该是当然的首选。

个体优势

“一花一世界，一叶一菩提”，生物界正是由于这样的千差万别才会如此的欣欣向荣。

同样，iPSCs能给你提供“个性化服务”，因为可以用自己的细胞来筛选药物。比较合理的做法是：基于很多疾病都会有很多分型，同样一个病基于的基因型可能千差万别，我们可以通过iPSCs技术建立各种分型的细胞库，再用这些细胞库来筛选药物，其主要的优势是在于细胞比较容易获得，易于培养。因为成体细胞是很难在体外长期传代培养的，而iPSCs是一种类胚胎干细胞，在理论上讲是可以无限传代的，而且也是一种易于基因操作的细胞。

同时，我们还可以通过这些细胞的重分化过程，研究这些疾病是如何发展的，是哪些基因、哪些因素导致了这些疾病，它们之间的关系是怎样的，这也为我们治疗这些疾病提供了依据。用iPSCs技术，我们可以把细胞的状态上溯到胚胎发育的早期，从最初的源头来研究这个疾病，特别适合研究那些有遗传因素的疾病。

技术优势

iPSCs还有一个优势就是技术优势。iPSCs技术不但成熟简单，而且相对便宜：传统的核移植除了要求要有非常熟练的经验工，完备的实验室，优质的实验动物，光一台显微操作的显微镜就要动辄几百万，这又有几个实验室负担得起？而iPSCs技术把技术门槛降低了很多，使得很多普通实验室也能尝试，也能成功。

所以一旦山中伸弥的iPSCs文章一出现，马上就在世界上掀起了诱导多能性干细胞狂潮，从06年唯一的一篇iPSCs文章开始，到现在已经有3000多篇文章发表，而且后续的研究还在井喷式的发展中。这一方面是因为iPSCs技术应用的前景非常广泛，另一方面也是这一技术简单易行。做回自己——个体特异性干细胞

iPSCs最诱人的前景是它的“个性化服务”这个特点。从生物学角度讲，这个世界上没有两个人是完全相同的，就算是基因型完全相同的的同卵双胞胎他/她们的表观遗传学特性也有可能不一样，两个人在生活中的际遇环境差异也会导致生理、病理上的差异。所以，每个人得的病也就不会完全一样，小病也就算了，万一得个大病，谁不希望能在最短的时间得到最有效的治疗？但事实上在当今医学上，还是在经常应用“试错法”――先上药治着看，如果起效了就是这个病，不起效就排除这个病――这叫做“诊断性治疗”。

当然，如果有了个性化的iPSCs，用我们自己的细胞修复我们自己的组织就更不用说了。

科幻片（比如《逃出克隆岛》）里经常有用“克隆人”做为“备用”为人类提供健康器官组织的狗血镜头，其实完全不必那么麻烦，为什么要培育一个完整的“人”那么麻烦呢？只要有万能细胞不就行了？iPSCs就是我们的万能细胞。不过目前为止，我们还不能做到在体外直接用“万能细胞”培育出一个完整的器官。

想变就变——定向重编程

iPSCs有它的局限性，和胚胎干细胞一样，都具有成瘤性。所以，还有另外一个选择，就是“转分化”，即定向重编程。

iPSCs是把终末分化的细胞重新恢复成胚胎干细胞的状态。那能不能把终末分化的细胞直接重编程成为另一种细胞，或者是成体干细胞，或者是另一种终末分化的细胞？

当iPSCs技术推广以后，“转分化”技术迎来了自己的“春天”。2010年在国际顶尖杂志《自然》和《细胞》上接连发表了3篇文章，分别是把成纤维细胞转分化成为神经细胞、血液祖细胞和心肌细胞。他们都是用iPSCs最常用的一种细胞――成纤维细胞，分别诱导培养出来了有功能的神经、血液和心肌细胞，这是相当了不起的成就，是再生医学的一个重要进步。

原地复活——定点重编程

有人提出来，我们可以在组织受损的部位，利用重编程技术把这个部位的其他种类的细胞重编程成为有功能的、我们需要的细胞种类。这是不是听上去很科幻？但这并不是不可能的，因为这个技术可以基于早已经在开发的另一个技术――个体水平的转基因技术来进行。很早就有人利用腺病毒来做这样的工作了，比如1996年就已经利用腺病毒治疗鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症，已经进入一期临床的实验了。只不过还没有人把它应用于诱导多能性干细胞技术或转分化技术中去罢了。

不过，这目前还属于想象阶段，具体的实施还需要艰苦的努力。

在2013年，高桥医生的团队从两名老年性黄斑病变的病人身上提取了皮肤细胞，将它们转化成了可供治疗使用的视网膜色素上皮细胞（RPE）。2014年9月，她带领日本理化所的研究人员利用iPSCs培育出了视网膜色素上皮细胞层，并且成功移植到了一名70岁女患者的右眼中，这是世界首例利用iPSCs完成的移植手术。但是，当她们准备实施第二例手术时，意外发现了在患者的iPSCs和RPE细胞中存在两个微小的基因突变。尽管没有证据表明这会导致癌症，但是为了患者的安全，治疗还是暂停了。这在当时使得其他研究iPSCs的科学家们也停下了脚步，大家都在观察，这一研究究竟会如何发展。

十年过去了，iPS细胞研究的目标发生了改变，一方面因为用于治疗方面存在局限。iPS细胞唯一的一个临床试验在给一位患者进行了一次治疗之后，于2015年戛然而止。(详细内容请参考《往事重提丨对全球首次诱导性多功能干细胞(iPSCs)临床试验临时叫停的分析》)。

步步有曰：基础研究意气风发，临床转化任重道远。革命前途未卜，我辈仍需努力。作者：步步先生

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