2007年11月14日Nature在線發表的文章中,Byrne等報告其通過體細胞核轉移技術,成功用恒河猴皮膚細胞克隆出了胚胎,并從中得到具有分化能力的胚胎干細胞(Nature 2007, 450: 497)。這是科學家首次成功克隆出靈長類動物的胚胎,也讓人們向“克隆人”的大膽設想又邁進了一步。隨之而來的,是又一輪浩蕩的倫理與科學之爭。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胞的新途徑,結束了持久的倫理爭議。

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

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

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

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

    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組織和反對胚胎干細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胞可以避開重大的倫理學問題。美國白宮也對這個方法表示了贊許。如同美國總統小布什曾經說過的,“相信醫學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家認為是干細胞研究領域“里程碑式的進展”。 新方法的誕生是否意味著胚胎干細胞研究的末日?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。日本京都大學的Yamanaka表示,目前尚無法確定iPS細胞是否能夠完全取代胚胎干細胞,還需要更多的實驗驗證“轉型”后皮膚細胞的干細胞“性能”。這又引出了下一個問題――驗證這些多能干細胞的“性能”時必須與胚胎干細胞對比,這是否意味著人們需要更多的胚胎干細胞研究?  此外,新方法中還有一些設計缺陷?！翱寺⊙蚨嗬浮盬ilmut表示,新方法雖然避開了傳統從胚胎中獲取干細胞可能帶來的倫理問題,但是由于其采用逆轉錄病毒作為載體,因此可能帶來其他的危險。如果能夠改進這個方法,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胞的首選。