医教研论坛
2013年01月号
医学进展

干细胞走向临床应用

    干细胞技术的产生和应用,无疑是对传统医学的一场革命性突破。但在目前有限的知识水平和技术条件下,人类对干细胞的操控能力并不成熟,干细胞现在还是一柄双刃剑。

   干细胞(stem cells,SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。

    干细胞有两种分类方法,一是根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。第二种分类方法是根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)。胚胎干细胞的发育等级较高,是全能干细胞,而成体干细胞的发育等级较低,是多能或单能干细胞。

    两本权威期刊《Cell》及《Science》在2007年11月20日同时刊出来自美国及日本两个研究团队的报告,证实皮肤细胞经过“基因直接重组(direct reprogramming )”后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。他们所使用的方式都是利用病毒将四个基因送入皮肤细胞,促使普通的皮肤细胞产生变化,最后成为带有胚胎干细胞性质的细胞,称为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)。同样是11月,发表在另一重要期刊《自然》上的一篇文章指出,利用一种被称为“体细胞核移植”的技术可以创造胚胎干细胞,研究人员在猴子身上成功进行了试验。

    在20世纪50年代,科学家就发现移植含有造血干细胞的骨髓,可以治疗血液系统疾病。但是像造血干细胞这种成体干细胞,通常只能分化为某一特定组织的细胞,因此在医学应用上仍然有着很大的限制。ES的出现,则为人类带来了新的希望。这种被俗称为“万能细胞”(universal cell)的细胞,从理论上讲,可分化为人体220种细胞中的任何一种,并发育为相应组织器官,从而用来治疗组织器官缺损或功能障碍等疾病。

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    在这次高峰论坛上,与会嘉宾谈到如何应用医学科学的“上帝粒子”为人类健康服务时,主持人肖飞博士提出,鉴于风湿等自身免疫性疾病的发病机制,是否可以利用干细胞来诱导免疫耐受。陈香美院士认为,这是一个目前比较前沿的话题,科技部可能在2013年作为重大项目立项。由于干细胞不一定会长期定植在某个器官组织内,其许多效应是通过免疫系统来发挥作用的,所以肯定可以诱导出免疫耐受。

    在《自然》杂志评选出的四大生命科学的“上帝粒子”中,衰老的机制是其中的一项。肖飞博士指出,诱导产生干细胞的过程实际上也是一个抗衰老的过程,这相当于是将细胞的生命时钟回调到年轻的状态。陈香美院士提到,国际上有研究将壮年和老年大鼠血液互换,从而观察到内环境改变对生理机能产生重大影响;还有临床上的老年肾移植受者接受了年轻供者的肾脏,从而变得活力焕发。陈院士认为人的生物学年龄和实际年龄可以不同步,即“60岁的人30岁的心脏”。然而不管是改善内环境也好,还是使器官年轻化,这些都是“缓老”的过程,而干细胞技术的兴起却让我们看到了“还童”的希望。

    虽然干细胞被认为是最有治疗前景的技术,但是,干细胞属于未分化的前体细胞,具有“无限增殖”和“多向分化”的潜能,因此,注入体内后,其在体内的增殖、分化过程存在相当的不确定性,谁也无法保证移植到体内的干细胞会100%分化为我们想要的细胞或组织。2009年2月,《自然》杂志报道,1例患有遗传性共济失调症的13岁男孩在接受3次人胚胎神经干细胞移植后,其大脑和脊髓中发现肿瘤生长。研究人员在分析手术切除的肿瘤标本后证实,肿瘤细胞并非来自患者本身,而是来自移植的干细胞。

    2012年的诺贝尔医学奖授予了干细胞的研究者约翰•戈登和山中伸弥,以表彰他们在“体细胞重编程”领域作出的革命性贡献。诺奖之后不久,日本的森口尚史就放言在美国成功实施六次心脏 iPS手术,引起世界关注。虽然这一成果随即被证实是一场欺诈,但也从一个侧面反映出人们对干细胞研究领域的临床转化的渴求。

   干细胞技术的产生和应用,无疑是对传统医学的一场革命性突破。但在目前有限的知识水平和技术条件下,人类对干细胞的操控能力并不成熟,干细胞现在还是一柄双刃剑。可以预测,将来对干细胞的驾驭技术炉火纯青后,人类将不仅可以更换新“零件”,还能直接诱导身体的一部分甚至全部细胞重回青春,这不但可以解除病痛,更能从数量级上刷新人类的寿命记录。

(作者:程明)

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