■新闻缘起
近日，美国《科学》杂志公布了该刊评选出的2008年十大科学进展，其中在对细胞重新编程“定制”细胞系方面的进展名列第一位。
《科学》杂志负责评选的编辑罗伯特·孔茨说：“当《科学》杂志的作者和编辑们着手挑选2008年最大的科学进展时，我们关注的是那些能够解答一些重大问题的科学研究，比如宇宙如何运作，以及那些为未来新发现奠定基础的科学研究。”
《共享科学》栏目将从中选出老百姓关注的科技成果进行解读，让读者和我们一起及时去领略科技的巨大魅力。
2008年8月，美国科学家在
学术性期刊《血液》中发表的一份研究报告让人激动，该报告宣布成功利用胚胎干细胞培育出人体无核红细胞，这意味着
献血有望成为历史。
与通过骨髓移植实现血液病治疗不同，科学家的研究可以通过体外诱导的方法，把从个人身上得到的体细胞重编程为（类）胚胎干细胞，并将（类）胚胎干细胞定向分化为血细胞的造血程序在体外实现。
这是细胞重编程“定制”细胞系应用前景的一个描述。在美国《科学》杂志公布的这项2008年十大科学进展中，美国和日本的两个科学小组同时宣布成功地将体细胞改造成几乎可以和胚胎干细胞相媲美的干细胞，即对细胞重编程“定制”细胞系。
量身定做规避伦理挑战
在胚胎发育过程中，大量具有全能性的胚胎干细胞分化成人体的各种组织和器官，如肝脏、肾脏、心脏、大脑以及其他脏器。
北京生命科学研究所研究员高绍荣介绍，从胚胎中提取的干细胞可塑性最强，被称为“万能细胞”，在医学上，尤其在人体器官移植方面潜在价值很大。然而作为胚胎干细胞“原材料”之一的卵子来源始终是困扰科学研究者的一大问题。一般用于研究的人类卵子主要为体外受精的女性所剩余的，要想使用必须经过捐献者的同意，这造成卵子数量严重不足。而在现阶段，培育一个胚胎干细胞需要几百个卵子，相当困难。更为重要的是，使用卵子的细胞核移植在伦理上存在争议。
对细胞重编程“定制”细胞系解决了这个问题。通过这项工作，能让已有的细胞分化程序进行逆向操作，即让分化的体细胞重新变为全能干细胞，重新进行分化，产生所需要的组织和器官。
高绍荣说：“对细胞重编程‘定制’细胞系，最大的优势在于能够不用卵子，直接让体细胞重编程为全能干细胞。”不用卵子，直接让体细胞重编程为全能干细胞，这样规避了伦理上遇到的挑战。
治疗疾病操作更简便
中科院上海生命科学研究院研究员康九红说，细胞重编程“定制”细胞系将可以用于治疗疾病。
他介绍，因为基因本身有问题，有些病人患有
遗传性疾病。如果通过人为干预，将分化后的细胞沿原路径返回，诱导成为原始细胞，再进行遗传纠正，可以规避基因本身的问题。如美国科学家就通过试验，利用体细胞重编程及遗传纠正技术，对患有
贫血症的老鼠进行了有效的治疗。
康九红表示，使用体细胞最终能够让医生制造出带有病人特定遗传密码的干细胞，从而消除组织或器官移植后发生排异反应的风险。
对细胞重编程“定制”细胞系的一大长处是非常简单：只需要4个甚至更少转录因子就可以将体细胞重新变回干细胞。与细胞核移植使用胚胎不同，将体细胞重新变回干细胞操作相对简单，而且体细胞远比胚胎更容易获得。
临床应用期待更大突破
康九红同时指出，对细胞重编程“定制”细胞系需要克服一大障碍，即需要找到将体细胞转化为干细胞的安全方法。
美国和日本的两个研究小组公布的研究方法显示，使用4个转录因子重新编排皮肤细胞，即可生成诱导多能干细胞———简称iPS细胞。但由于需要使用逆转录酶病毒来将4个外源转录因子注入皮肤细胞内，这在无形中增加了细胞发生变异的风险，可能存在致瘤性。
“虽然新获取的干细胞看起来与胚胎干细胞几乎没有什么两样，但是现在还没有完全弄清楚其中的原理，不能确定它们能否有着与胚胎干细胞完全相同的表现。目前这项新技术仍处于初期阶段，不能完全替代胚胎干细胞研究。”康九红表示，重新编程需要在外源基因的干预下才能达到目的，目前需要寻找解决iPS细胞诱导中转化效率不高及机理不清楚的问题，也需要寻找尽量避免使用外源基因的途径来诱导iPS细胞。
他说，目前这类干细胞暂时不会用于临床治疗，但研究人员可以使用这些干细胞来研究疾病并开发出相应的药物。
由于干细胞能够无限地复制自己，并能转变成人体内220种不同细胞中的任何一种。这项新的发现可以让研究人员绘制出带病细胞的基因结构图，从而帮助找到治疗方案。同时还可用来筛选药物，增加测试新药和研究
癌症、
糖尿病等疾病原理的研究对象，通过对化学药品的筛查，可以确定能够治疗或治愈疾病的药物，从而大大加快能够挽救生命的药物投放市场的过程。
—————历史回顾—————
1998年11月，威斯康辛州的科学家们宣布他们培育出了人体胚胎干（hES）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（pluripotency）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，得到了外表和作用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（iPS）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。在用活鼠做的一项漂亮的研究中，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。
■相关链接
量身定做细胞治疗疾病
近十年来，研究干细胞的生物学家一直在寻找一种方法，用患有难以研究的疾病的患者身上的细胞制造长期生存的细胞系。（大多数成熟细胞在培养皿中不能成活，所以直接从患者身上提取用于研究的细胞无法成行。）2008年，有两个研究小组实现了这个目标。其中一组从一位82岁的肌萎缩性脊髓侧索硬化症（又称路格里克氏病，是一种退化性疾病，袭击运动神经元，造成逐渐瘫痪）女患者身上提取了皮肤细胞，然后制造出了细胞系。科学家们然后引导iPS细胞形成了两种最受这种病影响的细胞：神经元和神经胶质。
仅一周后，另一组报告说他们为10种疾病的患者量身培养了iPS细胞系，包括肌肉萎缩症、I型糖尿病、唐氏综合症。这10种病中很多都很难甚至不可能用动物模型进行研究；而再编程的细胞为科学家们研究疾病的分子基础提供了新工具。这些细胞也许还将对候选药物的筛选有所帮助。最终，这些技术也许可以让科学家们在培养皿中修正基因缺陷，然后用修复了的自身细胞为患者治疗。
2008年发表的另一篇文章提出，再编程的出路并不一定要回到胚胎状态，而可以让细胞直接变成另一种新的成熟细胞。美国研究人员用小鼠做实验，把成熟的胰腺细胞（又称外分泌细胞）再编程为胰岛β细胞，这种被I型糖尿病破坏的细胞在胰腺中产生胰岛素。该研究小组把三种病毒的混合剂注入成年鼠的胰腺内。这三种病毒主要感染外分泌细胞，每个病毒携带有一种已知在β细胞发育过程中起作用的基因。几天内，小鼠体内形成了能制造胰岛素的细胞，这种细胞的外表和作用可与真的β细胞媲美。
这个研究结果出人意料，因为在生物体内，分化了的细胞几乎从来不改变发展方向，比如从肌细胞变成肺细胞。然而，这种细胞的直接再编程对治疗某些疾病来说，也许比采用多能干细胞更简单、更安全。这项技术也许能使科学家们加快在实验室培养所需细胞类型，用确定的因子把培养的一种细胞变成另一种。
尽管对再编程的全面了解还不够，但发现人体胚胎干细胞10年后，科学家们仍然在将那些引导多能干细胞成为成熟组织的步骤标准化。这个问题很关键，因为用于治疗的多能细胞如果出轨，可能会引发危险的
肿瘤。尽管科学家们可以在培养皿中轻易地促使多能细胞变成跳动的心脏细胞，但是还没有人能找到完美的方法使这些细胞融入人体组织并替代或修复患病细胞。不过，研究人员在发现的高速路上进展迅速，比很多人预料的或是敢于希望的还要快。（格雷琴·沃格尔）
作者：
2009-2-12