干细胞研究开辟第二战场克隆羊技术路线

    从羊到猴子的跨越    如果没有11月20日发表的两篇论文，沙乌科莱特?米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov)将会是这段时间内最受瞩目的干细胞研究科学家。    11月14日，这位美国俄勒冈州国家灵长类动物研究中心的科学家在《自然》杂志上发表论文，宣布成功得到了恒河猴的克隆胚胎，这是科学家首次从灵长类动物上克隆到可存活的胚胎。当然，2004年，韩国的黄禹锡曾宣布他领导的研究小组得到了首个人类克隆胚胎，但正如人们后来所知的那样，这项成果是伪造的。灵长类动物的克隆胚胎研究依然是一个大难题，不少科学家认为这与牛羊克隆不一样。    米塔利波夫的成果是杰出的。他运用传统的体细胞核转移技术，将恒河猴的皮肤细胞移植入卵细胞中，并将这个细胞培育成胚胎，从中提取出胚胎干细胞。这与1996年英国人造出多利羊的技术没有太大区别，但是米塔利波夫改进了一些步骤，令这项技术得以在猴子上实现(虽然成功率依然不高)。    11年了，干细胞研究科学家终于艰难地实现了从羊到猴子的跨越，令人们意识到人克隆胚胎技术可能即将出现。从克隆胚胎中可以提取到全能性的胚胎干细胞，用于一些重大疾病如阿尔海默茨症的治疗，可谓意义远大。但是不可避免地，新一轮关于人类克隆的伦理争论又开始了。    里程碑式的进展    然而仅仅过了一周，这些争论就像被戳了一下的气球，瘪到一边去了。11月20日，日本京都大学的山中伸弥(Shinya Yamanaka)和美国威斯康星大学的詹姆斯?汤姆森(James Thomson)分别在《细胞》和《科学》杂志上发表重量级论文，宣布他们用基因改造的手段，将人类体细胞改造成了类胚胎干细胞，在功能上几乎可以和胚胎干细胞相媲美。    这项差不多的结果在两个实验室同时得到，造假的可能性当然极小。可以说，干细胞研究领域一下子有了一种全新的获得胚胎干细胞的方法：不需要用到人的卵细胞，也不需要培育人类胚胎并将它破坏，更不用费尽法子去制造人兽混合细胞了。之前所有的伦理争论都可偃旗息鼓，这无疑是个里程碑式的进展。    在得知这个消息后，“多利羊之父”、英国苏格兰爱丁堡大学教授伊恩?威尔莫特(Ian Wilmut)随即宣布放弃用体细胞核转移技术研究胚胎干细胞，他认为新的方法才是今后治疗疑难病症的关键。    美国先进细胞技术公司的首席科学家罗伯特?兰扎(Robert Lanza)称赞道，这项工作“在生物学上的价值相当于莱特兄弟的飞机首航”。    面临多重阻碍    对这一突破，最高兴的可能是美国总统布什。6年多来，虽然备受抨击，布什却一直坚持反对人类胚胎干细胞研究，认为取得胚胎干细胞的过程会涉及“创造”和“杀害”生命。布什曾动用否决权，禁止联邦经费资助胚胎干细胞研究，后来在2001年稍作让步，同意科学家可用联邦经费研究之前已有的人类胚胎干细胞株。布什坚信，总有一天，科学家会找出不用摧毁胚胎就可获得胚胎干细胞的两全之法，如今这句话终于应验。    然而正是由于面临多重阻碍，胚胎干细胞研究才一直进展迟缓。一方面，科学家难以申请到大量经费研究人类胚胎干细胞，而另一方面，由于这项研究成功率不高，需要大量的人类卵子，所以研究开销巨大。这些困难在阻挠干细胞研究进展的同时，也迫使科学家们开始动别的脑筋。    一个方法是让动物代替人类作为“克隆木马”。    内华达大学的教授艾斯梅尔?扎加尼(EsmailZanjani)多年来致力于在绵羊胚胎中培养人体细胞，他将人体的骨髓干细胞注入绵羊胚胎，曾获得人类细胞高达15%的绵羊。通过这种方法，有可能利用绵羊培养人类器官，并克服器官移植的排斥问题。但是，反对者却对此抱强烈的怀疑态度，人羊混合的前景也让人们恐惧。此外，也有不少研究者将人类的体细胞移植入动物(如兔、羊)的卵细胞中，利用动物卵细胞中的一些因子，对人类体细胞核重编程，培育出胚胎。但是，人兽混合细胞同样很难被人们接受，技术上也面临不少问题。    开辟第二战场    山中伸弥和汤姆森的方法可以说是另辟蹊径。    体细胞是一种已经分化得十分成熟的细胞，相当于命运已经定型。但是，山中伸弥和汤姆森用逆转录病毒为载体，将四个不同作用的关键基因转入体细胞内，令其与原有基因发生重组，竟然能让体细胞重新返回到“生命原点”，变成一个多功能的干细胞，具有胚胎干细胞的特性。这种细胞，人们称之为诱导性多功能干细胞(iPS)，它们就像是失忆了一样，忘记了自己先前的身份，重新“从零开始”。    这种方法似乎简单得令人惊叹，然而甚至在一年前也没有人敢说这样做能够成功。    曙光初现是在2006年8月。当时，山中伸弥首先报道，他所在的研究组以经过改造的逆转录病毒作为“运输车”，在小鼠尾尖成纤维细胞中引入四个转录因子基因，这样得到的新“皮肤细胞”具有干细胞的特性――能够分化出其他类型的细胞。可是，它们仍然和胚胎干细胞有着较大差异，也无法培育成鼠胚胎。然而，这是相当重要的第一步，破除了人们对胚胎干细胞的“迷信”。许多人认为这才是“干细胞莱特飞机”的处女航。    这篇论文的发表直接催生了干细胞研究领域的“军备竞赛”，许多科学家的第一反应是“这怎么可能”，一些大实验室立即着手相关的工作。    2007年6月，山中伸弥的实验室和美国哈佛干细胞研究所、怀特黑德生物医学研究所等机构相继发表了进一步的研究工作。这一次，科学家们还是用这4个基因，但是获得了真正多能性的干细胞，并且能够进入种系――将这些皮肤细胞植入到早期胎儿小鼠，它们能和真正的胚胎干细胞一样发育，参与形成胎儿小鼠的身体各部分。可以说，条件已经水到渠成。    接着就是四个多月后的这两篇新论文。山中伸弥从一位36岁妇女的脸部皮肤和一位69岁男性的结缔组织中提取细胞，而汤姆森选择的是胎儿皮肤细胞和一个新生儿的包皮细胞。不过，在这次的“研究抢滩”中，汤姆森小组略占上风，因为山中伸弥小组还是用最初的四个基因(Oct3/4，Sox2，c-Myc和Klf4)，汤姆森选择的基因则有两个不同(Oct4，Sox2，Nanog和Lin28)，这些基因就像开关一样开启了细胞“返老还童之途”，然而，c-Myc基因是一个劣质开关，它的引入可能会带来癌症等副作用。    俞君英的贡献    激烈的研究撞车令参与这项竞争的科学家们都绷紧了筋。俞君英说，最近两年内她每天在实验室工作十几个小时，常常放弃节假日。俞来自中国浙江诸暨，1997年毕业于北京大学生物学系，同年前往美国宾夕法尼亚大学攻读博士。她在2003年加入了汤姆森的实验室，目前在实验室担任助理研究员。    俞君英是汤姆森小组发表在《科学》杂志上那篇论文的第一作者和共同通讯作者，这也说明她承担了实验的主要工作。她在邮件里写道，当时“我独立提出了实验思路，这是项工作量极大的计划，我认为这是研究重编程问题的惟一途径。没有料到会有人在小鼠上做同样的工作。因为小鼠的实验研究周期较短，方法较为简单，因此日本的研究小组得以抢得先机，幸好我们没在人类细胞的研究上落后”。    今年7月俞君英终于完成了这部分工作。她兴奋极了，但首先想到的庆祝活动是回家美美睡了一觉。俞君英希望过些时候能有时间看看书、看看电视，去附近的密尔沃基看一场易建联的比赛。但是生物学研究竞争相当激烈且耗费时间，她要随即投入下一阶段的研究。    一个新的起点    不过新的发现并非完美。干细胞转化的成功率非常低，而且由于使用了逆转录病毒作为基因载体，会引发致癌基因的活性。在京都大学培育的老鼠中，有20%产生了肿瘤，如果应用到人身上同样可能诱发癌症。    俞君英也对《南方周末》表示，改善基因转入的方法是下一步工作的重点，并且还需要进一步证明诱导性多功能干细胞与胚胎干细胞的相似性，但是她觉得两者“在临床应用上区别不大”，“诱导性多功能干细胞应该能够完全代替胚胎干细胞”。    俞君英认为“这一技术在医学领域的应用还处于起步阶段”，对于器官移植来说，“目前的方法仅仅解决了免疫排斥问题”，剩下面临的问题则与胚胎干细胞研究面临的问题一样，因而“现在讨论利用这些干细胞培育人体器官并进行移植还为时过早，第一步的应用会在一些疾病模型的药物检测方面”。    但是这项成果会成为干细胞研究领域的一个新的起点。接下来，很多实验室都将以此为基础进行更有突破性的研究。一旦解决相关的技术问题后，传统的人胚胎克隆技术因为存在伦理问题，并且耗资太贵，将“不再有必要”。