前言

  如果有一天，一個(gè)醫(yī)生說(shuō)，給他一小塊皮膚他可以為他的心臟病患者定制一個(gè)跳動(dòng)有力的心臟？如果有一天，有個(gè)魔術(shù)師告訴你，像孫大圣那樣拔根汗毛吹口氣就能變出個(gè)小孫悟空？如果有一天，上帝哭了，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)人類(lèi)能夠撥回時(shí)鐘重塑自己了，你相信么如果有一天…&推開(kāi)瑞典首都斯德哥爾摩卡羅琳醫(yī)學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)處的大門(mén)，英國(guó)人John Gurdon和日本人Shinya Yamanaka，這兩位2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)人或許會(huì)給關(guān)于這些美好愿望和遐想的問(wèn)題一點(diǎn)答案。 

 細(xì)胞及神秘的干細(xì)胞

說(shuō)起細(xì)胞，大家并不陌生。細(xì)胞就是在顯微鏡下能夠看到的，構(gòu)成生命活動(dòng)的基本單位，比如血液里的白細(xì)胞，紅細(xì)胞，骨骼里的骨細(xì)胞等?？墒鞘裁词歉杉?xì)胞呢？首先，干細(xì)胞也是一種細(xì)胞，但又不是一種普通的細(xì)胞。之所以不普通，在于干細(xì)胞有兩大特異功能，一個(gè)是它能夠不斷的復(fù)制，二是它還能夠“七十二變”，在特定的條件下可以成為多種細(xì)胞類(lèi)型，比如神經(jīng)細(xì)胞，肌細(xì)胞，上皮細(xì)胞等。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。而根據(jù)干細(xì)胞的發(fā)育潛能，又可將其分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。生命從一個(gè)受精卵到成熟的個(gè)體，細(xì)胞在不斷增多的同時(shí)，也在不斷的成熟和分化。起初的胚胎細(xì)胞就是未成熟的，沒(méi)有定型的干細(xì)胞，它們可以分化成為之后的生命的各種組成部分。而隨著生命個(gè)體的成熟，大部分的細(xì)胞也在逐漸的定型，不再具有成為其他細(xì)胞類(lèi)型的能力。

“細(xì)胞核重編程”重啟生命？

對(duì)于上面提到的干細(xì)胞，估計(jì)一些人腦子里已經(jīng)開(kāi)始聯(lián)想到科幻大片了。要是有這么一個(gè)干細(xì)胞多好啊，可以長(zhǎng)出很多的干細(xì)胞，想讓它變成什么就變成什么。且慢，干細(xì)胞是好，可它也不是那么容易得到的，因?yàn)榉只蟮母杉?xì)胞在正常的情況下已經(jīng)喪失了多變的能力。這可怎么辦？這就要感謝我們今年的這兩位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者了，是他們讓我們獲得干細(xì)胞的夢(mèng)想變得不再遙不可及。這兩位科學(xué)家的秘密武器就是“細(xì)胞核重編程”，他們將已經(jīng)成熟的、定型的細(xì)胞通過(guò)某種核移植或基因誘導(dǎo)手段，改變細(xì)胞內(nèi)基因原有的表達(dá)模式，使其成為具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞。就是這個(gè)“細(xì)胞核重編程”過(guò)程，使得我們能夠?qū)⑤^易獲得的細(xì)胞類(lèi)型如皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變成諸如神經(jīng)細(xì)胞等其他較難獲得的細(xì)胞類(lèi)型。&在這里，兩位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者分別采用了兩種不同的“細(xì)胞核重編程”辦法。Gurdon的方法源于他1962年那個(gè)里程碑式的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他把青蛙成熟的腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去除細(xì)胞核的卵細(xì)胞中，得到了發(fā)育正常的青蛙，首次證實(shí)了已分化細(xì)胞的基因組可通過(guò)核移植技術(shù)將其重新轉(zhuǎn)化為具有多能性的細(xì)胞。至此，開(kāi)創(chuàng)了通過(guò)“體細(xì)胞核移植”來(lái)進(jìn)行“細(xì)胞核重編程”的方法。而Yamanaka卻在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一些遺傳學(xué)手段，用四個(gè)特定的基因就能夠?qū)⑿∈蟪墒斓捏w細(xì)胞誘導(dǎo)成具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞，開(kāi)創(chuàng)了“直接重編程”這一“細(xì)胞核重編程”方法，而采用這種辦法得到的干細(xì)胞也稱(chēng)作“誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞”。

 干細(xì)胞開(kāi)啟人類(lèi)醫(yī)學(xué)研究新進(jìn)展

    1981 年英國(guó)科學(xué)家 Evans 和 Martin 等人用延緩著床的胚泡首次成功地分離出小鼠胚胎干細(xì)胞，并成功地用于體外培養(yǎng)，從而在全球掀起了有關(guān)干細(xì)胞的研究熱潮。然而，人體胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)直到1998 年才取得進(jìn)展，美國(guó)科學(xué)家Jumes Thomson首次取得了人體胚胎干細(xì)胞在體外的非分化增殖，他們從體外受精的人體胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離胚胎干細(xì)胞，進(jìn)行體外培養(yǎng)，并獲得了成功，證明了人體胚胎干細(xì)胞與嚙齒類(lèi)動(dòng)物有極為相似的特點(diǎn)，從而使胚胎干細(xì)胞可能被用來(lái)取代病人體內(nèi)的病損組織細(xì)胞，達(dá)到醫(yī)學(xué)的目的。這項(xiàng)研究的成功，可以說(shuō)是干細(xì)胞醫(yī)學(xué)治療研究的一個(gè)重要里程碑。從此，干細(xì)胞的研究便進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。&多年來(lái)，科學(xué)家們一直在研究細(xì)胞的重編程及細(xì)胞核的潛在全能性，早在20世紀(jì)50年代，John Gurdon等人的實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)證明了卵細(xì)胞質(zhì)（一種單純的卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)）能重編程體細(xì)胞核。這些實(shí)驗(yàn)是為了解答分化細(xì)胞的基因組是否經(jīng)歷了不可逆轉(zhuǎn)的變化，以及是否不再支持早期發(fā)育這些問(wèn)題而進(jìn)行的。Gurdon證明蝌蚪分化細(xì)胞的細(xì)胞核在移植進(jìn)入卵母細(xì)胞中后，能指導(dǎo)卵細(xì)胞發(fā)育為性成熟成體青蛙。盡管發(fā)生在50年前的重組DNA前時(shí)代，這些早期的核轉(zhuǎn)移或克隆實(shí)驗(yàn)還是引起了報(bào)刊上關(guān)于克隆人可能性的無(wú)限猜測(cè)?？茖W(xué)的魅力也許就在于此，而1998年克隆羊多利的誕生標(biāo)志著這一研究工作已經(jīng)推進(jìn)到了哺乳動(dòng)物領(lǐng)域。&2006年，日本京都大學(xué)的Yamanaka教授在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表了具有里程碑意義的文章，他用四個(gè)神奇的因子將小鼠成纖維細(xì)胞逆轉(zhuǎn)成為類(lèi)似多能的干細(xì)胞，從此開(kāi)創(chuàng)了iPS（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）時(shí)代。iPS技術(shù)已成為當(dāng)今生物學(xué)研究的熱點(diǎn)，由于同時(shí)具備深遠(yuǎn)的科學(xué)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用價(jià)值，在2007年分別被世界兩大頂級(jí)雜志《Nature》和《Science》 評(píng)為第一及第二大科學(xué)進(jìn)展，又在2008年榮登Science 十大科技進(jìn)展榜首。今年的諾貝爾獎(jiǎng)也因John Gurdon和Shinya Yamanaka兩人“革命性地改變了大家對(duì)細(xì)胞和生物體的理解”而授予了他們，他們獲得這個(gè)最高的榮譽(yù)實(shí)至名歸。

 干細(xì)胞的應(yīng)用及爭(zhēng)議

未來(lái)，由于干細(xì)胞與生俱來(lái)的可塑性，科學(xué)家們對(duì)它的研究也從基礎(chǔ)科學(xué)更多的聯(lián)系到醫(yī)學(xué)治療以及臨床研究領(lǐng)域。那么，對(duì)干細(xì)胞的應(yīng)用都有哪些呢？&根據(jù)之前談到過(guò)的干細(xì)胞分類(lèi)，主要有胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞應(yīng)用兩個(gè)大類(lèi)。&胚胎干細(xì)胞最誘人的前景和用途是生產(chǎn)不同類(lèi)型的細(xì)胞，用于“細(xì)胞療法”，為細(xì)胞移植提供無(wú)免疫原性的材料。任何涉及喪失正常細(xì)胞的疾病，都可以通過(guò)移植由胚胎干細(xì)胞分化而來(lái)的特異細(xì)胞來(lái)治療。如用神經(jīng)細(xì)胞治療神經(jīng)退行性疾病(帕金森病、亨廷頓舞蹈癥、阿爾茨海默病等)，用胰島細(xì)胞治療糖尿病，用心肌細(xì)胞修復(fù)壞死的心肌等。&胚胎干細(xì)胞還是基因治療最理想的靶細(xì)胞。這里的基因治療是指用遺傳改造過(guò)的人體細(xì)胞直接移植或輸入病人體內(nèi)，達(dá)到控制和治愈疾病的目的。這種遺傳改造包括糾正病人體內(nèi)存在的基因突變，或使所需基因信息傳遞到某些特定類(lèi)型細(xì)胞。&但是對(duì)胚胎干細(xì)胞的研究一直是一個(gè)頗具爭(zhēng)議的領(lǐng)域，支持者認(rèn)為這項(xiàng)研究有助于根治很多疑難雜癥，是一種挽救生命的慈善行為，是科學(xué)進(jìn)步的表現(xiàn)。而反對(duì)者則認(rèn)為，進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式。如果支持進(jìn)行胚胎干細(xì)胞研究就等于是慫恿他人“扼殺生命”，是不道德的，違反倫理的。很多國(guó)家包括我國(guó)都出臺(tái)了一些有關(guān)人類(lèi)胚胎干細(xì)胞研究的倫理準(zhǔn)則與法律監(jiān)管政策研究。由于胚胎干細(xì)胞涉及到社會(huì)倫理問(wèn)題，免疫排斥以及潛在的致瘤性等問(wèn)題限制了它在臨床上的應(yīng)用。

 未來(lái)干細(xì)胞治療的希望

既然胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用有諸多爭(zhēng)議，是否成體干細(xì)胞也是如此呢？&相比之下，成體干細(xì)胞具有許多胚胎干細(xì)胞不具備的優(yōu)點(diǎn)：（1）來(lái)源豐富，取材相對(duì)容易；（2）可實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療，避免免疫排斥；（3）避免了倫理方面和胚胎細(xì)胞來(lái)源不足等問(wèn)題。因?yàn)?，?yīng)用成體干細(xì)胞治療疾病已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。&成體干細(xì)胞已經(jīng)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的很多方面。如治療心臟、骨骼、皮膚、口腔、肝臟、眼表面疾病，腦和脊髓損傷等。&例如，皮膚是人體最大的器官，起到重要的保護(hù)作用，例如防止水分丟失，防止感染，創(chuàng)傷，保持溫度等等。一旦皮膚受到損傷，不僅影響美觀更會(huì)影響到皮膚對(duì)人體的保護(hù)作用。比如燒傷的病人，傳統(tǒng)植皮的治療方法會(huì)給病人帶去難以忍受的痛苦。而美國(guó)匹茲堡大學(xué)麥克哥爾恩(McGowan) 再生醫(yī)學(xué)研究院就根據(jù)成體干細(xì)胞發(fā)明了一種新的治療燒傷的方法。先從燒傷者身上提取健康的皮膚部位分離出干細(xì)胞，然后將其加入到一種溶液中，用噴槍將皮膚干細(xì)胞“噴射”到燒傷者的皮膚上，來(lái)治療燒傷的皮膚。干細(xì)胞噴槍治療法能在 90 分鐘內(nèi)治療燒傷皮膚，干細(xì)胞因其較強(qiáng)的自我更新能力，皮膚的愈合時(shí)間縮至數(shù)天。&目前，大范圍的骨缺損臨床治療這一醫(yī)學(xué)難題急待解決。我們知道,骨髓來(lái)源干細(xì)胞及其他來(lái)源干細(xì)胞都可以分化得到成骨細(xì)胞，通過(guò)將細(xì)胞與支架材料結(jié)合后移植于受損部位，用于修復(fù)骨骼缺損。該方法是治療骨骼疾病的一種有效方法。&當(dāng)然，干細(xì)胞技術(shù)的最理想階段是希望在體外進(jìn)行“器官克隆”以供病人移植。如果這一設(shè)想能夠?qū)崿F(xiàn)，將是人類(lèi)醫(yī)學(xué)中一項(xiàng)劃時(shí)代的成就，它將使器官培養(yǎng)工業(yè)化，解決供體器官來(lái)源不足的問(wèn)題；使器官供應(yīng)專(zhuān)一化，提供病人特異性器官。人體中的任何器官和組織一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可像更換損壞的零件一樣隨意更換和修理。&今年諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)人John Gurdon和Shinya Yamanaka 為我們的這一美好愿景帶來(lái)了希望。雖然在這一夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)的道路上還將會(huì)有重重困難，但是，相信我們一代又一代的科學(xué)家們將會(huì)前赴后繼，披荊斬棘。不久的將來(lái)，科幻小說(shuō)里的一小塊皮膚變成跳動(dòng)的心臟將會(huì)真正走進(jìn)我們的現(xiàn)實(shí)世界中。