2007年11月14日Nature在線發(fā)表的文章中,Byrne等報告其通過體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù),成功用恒河猴皮膚細(xì)胞克隆出了胚胎,并從中得到具有分化能力的胚胎干細(xì)胞(Nature 2007, 450: 497)。這是科學(xué)家首次成功克隆出靈長類動物的胚胎,也讓人們向“克隆人”的大膽設(shè)想又邁進(jìn)了一步。隨之而來的,是又一輪浩蕩的倫理與科學(xué)之爭。然而一周后,日本和美國的兩項研究成果不約而同地公布了獲得干細(xì)胞的新途徑,結(jié)束了持久的倫理爭議。

    近日,日本和美國的科學(xué)家們分別發(fā)表文章,提出不用制造胚胎,只需要通過幾個細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子,就可以對體細(xì)胞重新“編程”,誘導(dǎo)出多能干(iPS)細(xì)胞,該細(xì)胞具有胚胎干細(xì)胞的形態(tài)、增殖、表面抗原、基因表達(dá)、端粒酶活性等,還可以分化成為三個胚層中的所有細(xì)胞類型。(Cell 2007, 131: 861和Science 2007年11月20日在線發(fā)表)。這種制造干細(xì)胞的方法另辟蹊徑,巧妙地避開了“生產(chǎn)和制造胚胎”等飽受倫理學(xué)抨擊的步驟。

    從胚胎中獲取干細(xì)胞   此前,想要獲得胚胎干細(xì)胞,一定要通過制造雜合胚胎的步驟。一般的方法是通過體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移(SCNT)技術(shù),將體細(xì)胞的細(xì)胞核(包含遺傳物質(zhì))轉(zhuǎn)入不含細(xì)胞核的卵細(xì)胞中。得到的雜合胚胎中,遺傳物質(zhì)絕大多數(shù)來自體細(xì)胞,只有少數(shù)的線粒體DNA來自卵細(xì)胞(見圖1)。從這些雜合胚胎中得到的胚胎干細(xì)胞,可分化成各種細(xì)胞類型。 通過這種方法得到的胚胎干細(xì)胞“性能”優(yōu)越,可以在體內(nèi)和體外的適當(dāng)條件下分化成人們想要的各種細(xì)胞,可用于治療遺傳疾病、癌癥和一些退行性疾病。

    體細(xì)胞重新“編程”獲得干細(xì)胞   此次美國和日本的科學(xué)家分別研究發(fā)現(xiàn),通過四個基因轉(zhuǎn)錄因子可以使皮膚細(xì)胞“轉(zhuǎn)型”,不制造雜合胚胎一樣可以獲得“性能”優(yōu)越的多能干細(xì)胞。 人體中每個細(xì)胞都攜帶了全套的遺傳信息,但彼此形態(tài)功能各異。此細(xì)胞與彼細(xì)胞間的不同,緣于每個細(xì)胞的基因表達(dá)情況差異。胚胎干細(xì)胞有其特異的基因表達(dá)類型。而基因表達(dá)是由一系列名為“轉(zhuǎn)錄因子”的蛋白質(zhì)來調(diào)控的。日本京都大學(xué)的Yamanaka等在一年前就發(fā)現(xiàn)了可以使小鼠體細(xì)胞重新回到胚胎干細(xì)胞狀態(tài)的四個轉(zhuǎn)錄因子――Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4。此次,他們又發(fā)現(xiàn),這四種轉(zhuǎn)錄因子組合可以調(diào)控人體中皮膚細(xì)胞的基因表達(dá)情況,從而使其回到處于胚胎干細(xì)胞時期的狀態(tài)。 

     日本研究者因此得到的被誘導(dǎo)的多能干(iPS)細(xì)胞可以分化成神經(jīng)細(xì)胞和心臟細(xì)胞,可以產(chǎn)生干細(xì)胞特征分子。當(dāng)這些細(xì)胞聚合發(fā)育可以形成三胚層的胚胎特征結(jié)構(gòu)。 但他們研究中所采用的c-Myc因子常會導(dǎo)致癌癥。而美國Wisconsin-Madison大學(xué)的Yu等用另一套轉(zhuǎn)錄因子(Oct4、Sox2、Nanog和Lin28)“轉(zhuǎn)型”皮膚細(xì)胞,避免了產(chǎn)生癌癥的危險,同樣得到了具有胚胎干細(xì)胞特性的多能干細(xì)胞。 這兩個互相獨立的研究小組都采用逆轉(zhuǎn)錄病毒作為載體,將其選中的轉(zhuǎn)錄因子克隆進(jìn)宿主細(xì)胞的DNA之中,從而使這些因子能夠改變宿主細(xì)胞的基因表達(dá)情況。

    更多胚胎研究?  由于不用制造和破壞胚胎,這個新方法自然贏得了一些倫理學(xué)組織和反對胚胎干細(xì)胞研究的強硬派的好感。美國生命倫理研究中心(Hastings Center)的法律和生物倫理學(xué)專家Johnston表示,雖然這個方法仍將引起一些道德爭議,但用這個方法來獲取多能干細(xì)胞可以避開重大的倫理學(xué)問題。美國白宮也對這個方法表示了贊許。如同美國總統(tǒng)小布什曾經(jīng)說過的,“相信醫(yī)學(xué)問題可以通過不需要破壞人類生命的方法來解決”。 這項研究還被許多科學(xué)家認(rèn)為是干細(xì)胞研究領(lǐng)域“里程碑式的進(jìn)展”。 新方法的誕生是否意味著胚胎干細(xì)胞研究的末日?不約而同實踐了該新方法的兩組實驗者再次很有默契地表示,目前廢除胚胎研究為時過早。日本京都大學(xué)的Yamanaka表示,目前尚無法確定iPS細(xì)胞是否能夠完全取代胚胎干細(xì)胞,還需要更多的實驗驗證“轉(zhuǎn)型”后皮膚細(xì)胞的干細(xì)胞“性能”。這又引出了下一個問題――驗證這些多能干細(xì)胞的“性能”時必須與胚胎干細(xì)胞對比,這是否意味著人們需要更多的胚胎干細(xì)胞研究?  此外,新方法中還有一些設(shè)計缺陷。“克隆羊多利之父”Wilmut表示,新方法雖然避開了傳統(tǒng)從胚胎中獲取干細(xì)胞可能帶來的倫理問題,但是由于其采用逆轉(zhuǎn)錄病毒作為載體,因此可能帶來其他的危險。如果能夠改進(jìn)這個方法,不用病毒作為載體,那么該不需破壞胚胎的方法將可能成為獲取人類干細(xì)胞的首選。