王一凡

簡易地獲得大量的多能或全能分化的干細胞是研究人員孜孜以求的目標，因為這樣的干細胞是治療嚴重疾病的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，獲取干細胞似乎已經(jīng)進入條條道路通羅馬的多元時代，因為用簡單的化學和物理方法也可以獲得多功能細胞或多能干細胞。

從基因誘導到物理誘導

最初研究人員認為，能夠多能分化的干細胞非胚胎干細胞莫屬。由于人類胚胎涉及復(fù)雜的倫理和法律規(guī)定，從胚胎提取干細胞受到了限制，既無法任意使用胚胎干細胞進行研究，更不可能把胚胎干細胞應(yīng)用于臨床治療。

為了避開倫理限制，干細胞研究轉(zhuǎn)移了方向。2006年日本的山中伸彌研究團隊利用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體向小鼠的成體細胞（小鼠胚胎成纖維細胞和成體尾巴成纖維細胞）轉(zhuǎn)入4個基因（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc），讓這些細胞重新編程，產(chǎn)生了類似小鼠胚胎干細胞的特征，這就是誘導多能干細胞（iPSC）。從理論上講，誘導多能干細胞不僅可以定向生成某種組織和器官，如肝臟，也可能發(fā)育為胚胎，重新孕育生命。

為此，英國的約翰·戈登和日本的山中伸彌共同獲得2012年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，獲獎的理由是，他們“發(fā)現(xiàn)成熟細胞可被重編程變?yōu)槎嗄苄浴薄?/p>

現(xiàn)在，日本的另一位研究人員——日本理化學研究所發(fā)育生物學實驗室的小保方晴子等人把從新生小鼠身上分離的白細胞暴露在弱酸性的環(huán)境中，使細胞恢復(fù)到未分化狀態(tài)，并使其具備分化成任何細胞類型的潛能，標志是，這些細胞具備早期胚胎的基因標記。

因此，這些細胞實際上就是可以多能分化的細胞。他們把這種培養(yǎng)和獲得多能分化細胞的過程稱為“刺激觸發(fā)的多能性獲得性”（STAP）。小保方晴子等人還發(fā)現(xiàn)，不僅弱酸性環(huán)境可以使細胞獲得多能分化的潛能（有人稱這一途徑為“酸浴”），而且物理擠壓方式也能讓細胞變得具有多能分化的潛能。

這也意味著，此前的基因誘導可能獲得多能分化的干細胞，現(xiàn)在的化學誘導（酸浴）和物理誘導（擠壓）也可能獲得多能分化的細胞，獲得多能分化的細胞似乎已經(jīng)是條條道路通羅馬。

一波三折的研究過程

不過，小保方晴子等人并沒有稱他們獲得了可以多能分化的干細胞，而是培養(yǎng)出了可以多能分化的細胞。這也意味著多功能細胞與多能干細胞有一定的區(qū)別，這個差別就是一個“干”字。

對此，用基因調(diào)控方法培養(yǎng)出誘導多能干細胞的山中伸彌指出，“該發(fā)現(xiàn)對理解細胞重新編程有重要意義。從臨床應(yīng)用的實用觀點看，我認為這是創(chuàng)建類似誘導多能干細胞的一種新方法?！憋@然，山中伸彌認為，酸浴和擠壓方式是培養(yǎng)誘導多能干細胞的一種新方法。

為了理解這種差別，可以來看看小保方晴子等人一波三折的研究過程。小保方晴子在培養(yǎng)細胞的一個偶然機會發(fā)現(xiàn)，一部分細胞擠過毛細血管時會收縮成干細胞大小的形狀。這提示，物理擠壓可能產(chǎn)生干細胞。于是她嘗試用加熱、酸性環(huán)境和物理擠壓等方式改變細胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3種方式都可以使細胞發(fā)生改變，也就是產(chǎn)生了胚胎細胞的多功能性基因標記。

但是，僅有標記還不夠，還要檢驗這些改變后的細胞是否能產(chǎn)生多功能性變化。為此，小保方晴子等人把熒光標記的細胞注入小鼠胚胎來驗證。如果導入胚胎的熒光細胞是多功能的，則這些發(fā)光細胞就會出現(xiàn)于發(fā)育后的小鼠體內(nèi)的每一種組織，因為干細胞的多功能性即是能分化成各種組織。

當然，檢驗這一點也需要技術(shù)和手段。日本山梨大學的若山照彥以克隆小鼠檢驗了這些細胞是能夠多能分化的，在培育小鼠時產(chǎn)生了綠色熒光較強的小鼠胚胎。小保方晴子認為這足以證明擠壓和酸性環(huán)境讓細胞改變后可以生成多能分化的細胞。但是，小保方晴子等人關(guān)于這些研究的論文屢屢被國際一流科學雜志拒絕。

小保方晴子意識到，要打消人們的懷疑必須證明這些多功能細胞是新生成的而不是原來就存在于生物體內(nèi)多種組織中的細胞。為此，小保方晴子的研究對象轉(zhuǎn)移到了T細胞（白細胞的一種），嘗試對T細胞施壓和把T細胞置入酸性環(huán)境來讓其轉(zhuǎn)化為多功能細胞。因為T細胞的轉(zhuǎn)化可以從其發(fā)育期間的基因調(diào)整和變化反映出來，同時研究人員還可以用視頻來拍攝T細胞的轉(zhuǎn)化。

結(jié)果證明，T細胞的確能在擠壓和酸性環(huán)境下形成多功能細胞，因此被稱為“刺激觸發(fā)的多能性獲得性”（STAP）細胞。對STAP細胞最重要的證明是，它們可以形成胚胎組織，但是誘導多能干細胞與胚胎干細胞都無法做到這一點。這讓研究人員非常驚喜。若山照彥認為，STAP細胞能形成胚胎組織的這一特點使得克隆更加方便。如果STAP細胞能夠自建胚胎組織，就不必使用供卵和供精，而是可以直接移入代孕者體內(nèi)孕育。但這只是一種設(shè)想。

同時，小保方晴子等人還證明，在刺激條件下，有25%的細胞存活下來，其中30%的細胞可以轉(zhuǎn)化為多功能細胞，這也比導入4個基因才讓1%的細胞可以轉(zhuǎn)化為誘導多能干細胞的轉(zhuǎn)化率更高。同時，能夠在物理和酸性環(huán)境下轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙δ芗毎囊膊恢皇荰細胞，而是包括來自大腦、皮膚、肺與肝臟的許多細胞。這也提示，擠壓等物理方法即使不能適用于所有細胞類型，也可能適用于絕大多數(shù)的細胞類型，從而讓它們轉(zhuǎn)化為多功能細胞。

優(yōu)勢與疑問

如果物理擠壓和酸性環(huán)境也能使成年細胞返老還童，成為可多能分化的多功能細胞，將是一種突破。因為，與獲得2012年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的誘導多能干細胞相比，物理和化學方法誘導細胞轉(zhuǎn)化更有效，時間更短，而且可塑性更強（因為STAP細胞可以形成胚胎組織）。

例如，讓T細胞浸泡在酸性液體中只需30分鐘就能讓其返老還童，成為多功能細胞，這比山中伸彌導入4個基因才能把人體皮膚細胞轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導的多能干細胞更簡便，因為導入4個基因產(chǎn)生誘導多能干細胞需要4～5周時間，這在培養(yǎng)時間上簡直如同乘太空飛船。

STAP細胞的另一個優(yōu)勢是安全。誘導的多能干細胞由于導入了4個基因，可能會產(chǎn)生另一種副作用，即讓細胞無限分裂生長，成為腫瘤。endprint

然而，酸液或擠壓方式產(chǎn)生的多功能細胞卻不會有這種“致癌性”，因為由化學和物理因素促成產(chǎn)生的STAP細胞是緣于細胞的一種自我保護本能。

另一方面，STAP細胞是否可以像誘導的多能干細胞那樣稱為干細胞還需要更多的研究來證實。不過，在小保方晴子等人的研究之前，已經(jīng)有其他一些研究人員發(fā)現(xiàn)了哺乳動物體內(nèi)存在著多功能細胞，例如，美國明尼蘇達州立大學明尼阿波里斯市分校分子生物學家凱瑟琳·韋費賴就在論文中描述過有多功能變化的潛能祖細胞。小保方晴子認為，這些有多功能變化的潛能祖細胞就是STAP細胞，因為它們是通過物理應(yīng)激產(chǎn)生的，并非體內(nèi)本來就有而分離出的。

但是，2009年，韋費賴因涉嫌學術(shù)不端而被明尼蘇達大學學術(shù)委員會調(diào)查，其中有3篇文章被懷疑造假，這3篇文章都涉及干細胞或多功能細胞。這3篇文章有1篇發(fā)表在《自然》上，1篇發(fā)表在《血液》上，1篇發(fā)表在《美國生理學雜志》上。

韋費賴是《美國生理學雜志》上發(fā)表的文章的共同作者之一，這篇文章報告的是內(nèi)耳細胞中的干細胞可分化成神經(jīng)細胞和感覺細胞。英國《新科學家》雜志發(fā)現(xiàn)，文章中的一個電泳圖片條帶是人為拼接修改的，另外，有兩張不同實驗中的圖片完全一致。

韋費賴與一名在其實驗室已畢業(yè)的博士研究生于2001年發(fā)表于《血液》雜志的文章涉及數(shù)據(jù)造假，不過，韋費賴是該文章的通訊作者。2009年3月，《血液》雜志已撤回了這篇造假文章。

2002年，韋費賴以通訊作者名義發(fā)表在《自然》的成體干細胞文章因其可靠性和原創(chuàng)性的原因在2007年受《新科學家》雜志質(zhì)疑。2009年6月，《自然》雜志因這一問題撤回了這篇文章。

由于韋費賴涉及學術(shù)不端，而且內(nèi)容都是涉及干細胞，因而其生物體內(nèi)的多功能細胞的發(fā)現(xiàn)也受到懷疑。顯然，小保方晴子等人的多功能細胞培養(yǎng)的新途徑的發(fā)現(xiàn)還需要時間來檢驗。

但是，另一方面，小保方晴子等人的研究如果能得到重復(fù)驗證，那么，她在論文中提出的觀念就是對山中伸彌研究的否定。小保方晴子稱，在過去幾十年里，關(guān)于成年組織里是否存在多功能細胞（或非常相近的細胞）一直有爭議，不同的研究組報告了有矛盾的結(jié)論。然而，目前還未有研究證明多功能細胞可從已分化的體細胞獲得。也就是說，山中伸彌導入4個基因能讓已分化的體細胞轉(zhuǎn)化為多功能細胞尚未得到證實，這無疑是對山中伸彌獲得諾貝爾獎的懷疑和否定。

孰是孰非，需要時間和其他研究來驗證。

【責任編輯】張?zhí)锟眅ndprint