經(jīng)過 20年不懈的努力，科學(xué)家們終于實(shí)現(xiàn)了一個(gè)偉大的目標(biāo)：成功地將成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)化成原始血細(xì)胞（可以自我更新）以及血液中其他細(xì)胞。這項(xiàng)研究成果刊登在 5月 17日的《自然》雜志上。
圖丨干細(xì)胞可以培養(yǎng)成各類型人體細(xì)胞
這項(xiàng)成果為白血病或其他血液疾病的患者帶來了新的希望。以往，這些患者通常需要進(jìn)行骨髓移植，但尋找到可兼容供體者的概率卻十分之小，導(dǎo)致很多人因此無法得到及時(shí)的治療。
如果上述研究成果可以順利轉(zhuǎn)化為臨床治療方法，類似的悲劇就可以得到避免，因?yàn)?strong>患者們可以依靠自身健康細(xì)胞誘導(dǎo)出造血干細(xì)胞。
通常而言，造血干細(xì)胞產(chǎn)生于在胚胎發(fā)育期間，而成年人的造血干細(xì)胞存在于骨髓之中，并負(fù)責(zé)補(bǔ)充紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板的供應(yīng)量。而當(dāng)這些細(xì)胞不能正常工作時(shí)，血紅細(xì)胞的供應(yīng)就會(huì)受到影響。一旦沒有足夠的血液抵達(dá)身體組織，甚至影響到心臟等器官時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重疾病。
可以說，大部分白血病都直接或間接與造血干細(xì)胞異常相關(guān)。
圖丨紅細(xì)胞（右）、白細(xì)胞（左）和血小板（上）
正常的造血干細(xì)胞具有長期自我更新的能力，以及分化成各類成熟血細(xì)胞的潛能。自 1998年人的胚胎干細(xì)胞（ES）被成功分離出來，科學(xué)家們就一直在嘗試著用它們?nèi)ァ爸圃臁痹煅杉?xì)胞，但一直沒能獲得成功。
因此，此次研究成果意義重大，這得益于以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的各自工作：
一、麻省波士頓兒童醫(yī)院的團(tuán)隊(duì)；該團(tuán)隊(duì)由干細(xì)胞生物學(xué)家 George Daley領(lǐng)導(dǎo)，他們創(chuàng)造了一種類似于血液干細(xì)胞，但又不同于人體細(xì)胞的干細(xì)胞。
二、紐約市威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院的團(tuán)隊(duì)；由干細(xì)胞生物學(xué)家 Shahin Rafii領(lǐng)導(dǎo)，他們將小鼠體內(nèi)的成熟細(xì)胞誘導(dǎo)成了完全成熟的造血干細(xì)胞。
圖丨造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞，它們是由研究人員通過誘導(dǎo)人類多能干細(xì)胞制備而來的
那么他們是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
麻省波士頓兒童醫(yī)院 George Daley的團(tuán)隊(duì)選擇將成人皮膚細(xì)胞和其他細(xì)胞作為原材料。他們先通過現(xiàn)有的方法將細(xì)胞重新編程，使其轉(zhuǎn)變?yōu)?strong>誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞（iPSC）——這種細(xì)胞能夠分化產(chǎn)生其它類型的細(xì)胞。
圖丨干細(xì)胞生物學(xué)家George Daley
接下來，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了非常有創(chuàng)造力的一步：將 7個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（能夠控制其他基因表達(dá)的基因）插入到iPS細(xì)胞的基因組中，并將這些被修飾了的人細(xì)胞注射入小鼠體內(nèi)中進(jìn)行培養(yǎng)。
12周后，研究團(tuán)隊(duì)迎來了一個(gè)令人欣喜的結(jié)果：iPS細(xì)胞已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了造血干細(xì)胞，它可以產(chǎn)生人體血液中的各種血液細(xì)胞以及免疫細(xì)胞，而且這種細(xì)胞與人體中天然存在的造血干細(xì)胞“出奇得相似”。
圖丨誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞
然而，以往的生物學(xué)認(rèn)為，只有植物細(xì)胞，才能完成去分化和再分化過程，回到多能干細(xì)胞狀態(tài)再分化成其他組織，而動(dòng)物細(xì)胞只能不斷繼續(xù)分化的命運(yùn)，直到終老。
直到 2006年，這一曾經(jīng)被寫入教科書的生物學(xué)“常識(shí)”被日本京都大學(xué)山中伸彌教授打破：他從 24種與多能干細(xì)胞功能相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子中，找到四個(gè)對(duì)逆轉(zhuǎn)已分化細(xì)胞充分必要的轉(zhuǎn)錄因子：Oct4，Sox2，cMyc和 Klf4，成功使它們?nèi)シ只啥嗄芨杉?xì)胞。
這四個(gè)重編程因子后來被稱為“山中因子”。2012年，山中伸彌也因?qū)PSC技術(shù)的貢獻(xiàn)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
圖丨山中伸彌
iPSC技術(shù)從 2006年發(fā)表以來一直備受矚目，“山中因子”的經(jīng)典配方也被后人持續(xù)更新，甚至發(fā)展出單純小分子誘導(dǎo)版本。從臨床角度，iPSC技術(shù)最大的優(yōu)勢就在于，可以避免使用倫理爭議性較大的胚胎干細(xì)胞，一點(diǎn)皮膚，一點(diǎn)毛囊就可以轉(zhuǎn)變成任意體細(xì)胞。
相比之下，紐約市威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院 Shahin Rafii的團(tuán)隊(duì)則是避開了誘導(dǎo) iPS細(xì)胞這個(gè)中間步驟，從小鼠中生產(chǎn)出真正的造血干細(xì)胞。他們的步驟如下：
一、研究人員首先從成熟小鼠的血管內(nèi)層提取了細(xì)胞；
二、他們將四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子插入到這些細(xì)胞的基因組中，接著用模擬人血管內(nèi)環(huán)境的培養(yǎng)皿培養(yǎng)它們；
三、這些細(xì)胞轉(zhuǎn)變成了血液干細(xì)胞并開始增殖。
圖丨干細(xì)胞生物學(xué)家Shahin Rafii
當(dāng)研究人員將這些干細(xì)胞注射到放療后的小鼠（大部分血細(xì)胞和免疫細(xì)胞已被殺死）時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，小鼠可以從放療損傷中恢復(fù)過來！這意味著，這些干細(xì)胞實(shí)現(xiàn)了血細(xì)胞再生（包括免疫細(xì)胞），小鼠因此可以繼續(xù)存活，并且生存期超過了 1.5年。
由于繞過了 iPS細(xì)胞階段， Shahin Rafii將這種方法比作“直達(dá)月球的航班”，而將 George Daley 的方法比作為“先繞月球飛行后再抵達(dá)月球的航班”。也就是說，他認(rèn)為自己的方法更加直接、省時(shí)和高效。
但是，George Daley和其他研究人員相信，他們所使用的方法更有效，而且引起腫瘤生長和其他異常出現(xiàn)的概率更小。
圖丨人體腫瘤
對(duì)此，加利福尼亞州拉霍亞斯克里普斯研究所的干細(xì)胞研究員 Janne Loring在接受采訪時(shí)表示，最佳的方法可能是僅僅去臨時(shí)改變 iPS細(xì)胞中的基因表達(dá)，而非永久性地插入具有編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因。
她指出，iPS細(xì)胞容易從皮膚和其他組織中獲取，而 Shahin Rafii 方法中的細(xì)胞卻難以采集并在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)。
無論如終，時(shí)間最終會(huì)證明哪種方法更適合實(shí)際情況。不過，這些進(jìn)展已經(jīng)足夠鼓舞那些曾經(jīng)感到希望渺茫的研究人員。此前，很多人已經(jīng)對(duì)此不抱希望了，他們甚至認(rèn)為，這些細(xì)胞在大自然中并不存在。事實(shí)證明，這種想法是錯(cuò)誤的。
聯(lián)系客服
