干细胞之春（2012）

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   冬去春又来，岁月的篇章又翻开了新的一页——2012年，此新的一年也是中国农历的龙年，我们知道龙象征着吉祥、也预示着腾飞。此外，如果愿意从另一个角度看干细胞与中国龙之间的关系，可以发现他们之间不仅颇为相似、而且还有的一比，因为干细胞象东方神龙一样，也是功力神奇、作用重要，他们隐藏在机体内部，可以分化产生个体所需的各种功能细胞，所以有人认为干细胞是生命得以延续和维持的动力源泉；另外，个人认为干细胞与“中国龙”之间也颇为相似的一点是：他们都是来无踪、去无影的神物，目前干细胞到底在机体内部怎样隐藏？如何存活？什么时候“醒来一下”开始一次不对称的细胞分裂？几乎与我们对龙的所知一样——知道的并不多！+ n' }' }/ C7 R# q
       有人说二十一世纪是生命科学的世纪，而我想说：二十一世纪的头十年则是干细胞的时代：如各种组织干细胞的isolation and identify，肿瘤干细胞理论的提出、以及体细胞的被成功重编程（iPS 细胞），他们都是目前干细胞研究的主战场，而刚过去的2011年则是最好的一个佐证。这一年，有关干细胞的基础、转化及早期临床研究结果层出不穷，为人类战胜包括癌症在内的顽疾孕育了新的希望；为揭开人体奥秘、探索生命机制播下了新的种子。
& @) a- `+ P- F7 `      听着2012年新春的脚步声，首先还是让我们一起去看看——在2011年的干细胞领域发生了哪些事、取得了哪些进展，可以值得我们回顾和回味。
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     一直想写这个主题，现在放假了，终于有时间能安静下来，打扫一下2011年干细胞研究的“战场”，并期待龙年的干细胞研究有好的“收成”。; r5 L& h; p8 p& x0 V( K6 p
    我会顺着胚胎干细胞、成体干细胞、iPS细胞、转分化及CSC的顺序尝试着一个个的写下去，利用春节几天的放假时间。

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9 o! f4 O+ h' ~% D( G/ u         胚胎干细胞 " [) V7 `, M" y# `7 z
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     开始让我们来聊聊干细胞的传统强项——胚胎干细胞在过去一年的表现：毫无疑问，在这个领域最大的一个突破是体细胞核移植获得成功，2011年10月，来自美国纽约的科学家在《自然》杂志发文，宣称他们通过改变技术手段成功得到了人的胚胎样干细胞。我们知道，自从绵羊Dolly诞生以来，科学家一直试图通过同样的方法（体细胞核移植SCNT）得到人的胚胎样干细胞，但一直未成功，韩国的国家英雄黄禹锡因为造假还为此身败名裂了。这项研究的科学家发现，导致SCNT不能成功的部分原因或在于固有生物学屏障，按常规方法培养所得细胞在分裂至6-10个细胞时便停止进一步发育，但若将成人细胞核导入未去核的卵细胞则会克服这一障碍，三倍体细胞将发育至胚泡阶段，从而最终可获取具有多潜能的胚胎干细胞。（Nature 2011, 478:70）。但虽然该项研究显示了培育治疗性人胚胎干细胞的可行性，但拥有3条染色体的细胞显然不适于临床应用。另外以色列科学家用ES细胞培养出了血管，日本科学家培养出了精子（Cell 2011, 146:519）和视网膜的雏形结构，美国科学家用胚胎干细胞培养出了血小板和神经元等。
' H' _- U  ~* ?5 }" O      此外，几项对胚胎干细胞系的研究及干细胞命名规范的探讨也是值得提一笔的，2011年6月的Cell Stem Cell杂志发表了由iPS创建人Shinya Yamanaka、哈佛大学George Daley等研究人员撰写的“The Nomenclature System Should Be Sustainable, but Also Practical”的评述性文章，探讨了干细胞系命名系统的问题，指出命名系统不仅需要具有可持续性，而且还要有可操作性。目前世界各地建立的人胚胎干细胞系已经积累了上千个之多，但这些人类胚胎干细胞系仍未有一个统一的鉴定胚胎干细胞特征的标准，包括iPS细胞系在内的细胞系并没有统一的命名方法，这不利于胚胎干细胞和iPS细胞相关领域的发展。山中伸弥等人认为建立人类胚胎干细胞系，以及iPS诱导多能干细胞系命名体系需要注意到两点：第一是新系统要能代表原来的IDs，尤其是那些在全球干细胞研究机构中被广泛应用的细胞系，其次新命名体系应该能容纳下未来可能出现的大量iPSC系。另一项由国际干细胞组织（ISCI）领导的全球性科研项目中，来自包括中国在内的十九个国家的胚胎干细胞科学家携手合作，研究了新老胚胎干细胞之间存在的差别（2011年11月27日《Nat. Biotech》）。这两项研究虽然看上去不甚起眼，但对干细胞研究实际上非常有用。- U: _* c- F: F: P

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成体干细胞9 ~8 f7 Y  f+ N: g

: ?' J& j% z2 b+ ]6 D6 B  [     不知何时起，我对成体干细胞一向是情有独钟、喜爱有加，原因也许是因为他们“与罗马”有着最近的距离。但可惜的一点是，组织干细胞可塑性的研究当前一直处于停摆状态，2011年也未有好文章出现，希望在龙年能摆动起来，最好有好戏上演。' g" u9 r0 }3 r6 t
     开始还是让我们来看看干细胞的大牛们在11年有些啥亮点，首先看看干细胞鼻祖、来自斯坦福的Irving L. Weissman发了啥“good paper”，在10月2日的Nature Biotechnology杂志上以他为通讯作者的研究小组发表了新的细胞追踪技术，他们研发了一种能在异质性细胞群中追踪单个造血干细胞的高通量新技术。另外来自加拿大多伦多大学的干细胞研究泰斗John E. Dick教授在七月份的《Science》上发表文章，宣称他们利用一个新分子标记：CD49f首次隔离出单个人类血液干细胞，其能让整个血液系统再生。 John Dick也是癌症干细胞的发现者。0 S8 S9 u  \8 A. _# c5 S
     另一项值得大写的突破性研究是法国科学家杜艾团队首次用造血干细胞培养出了“人造血”，并成功输入自愿者的人体内。其他在2011年成体组织干细胞研究获得进展或突破的work有：5月的NEJM杂志首次确认可自我更新的人体肺干细胞，8月份的PNAS杂志日本科学家在人耳中发现软骨干细胞，以及毛囊干细胞缺陷是脱发的一个主要原因。
0 B: ~  J' x0 i; U, \5 b   成体干细胞应用方面的进展有：5月Sci Trans Med杂志发表的美国科学家首次发现的皮肤及血液中的提取的干细胞可修复肝脏，11月Lancet在线发布的干细胞疗法治疗心肌梗塞获得突破，及12月Development发布的承认干细胞修复损伤肌肉等。
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2 q  A8 I' W. }0 D4 viPS细胞. U+ G, U" ?$ e
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     与前几年相比，iPS细胞在2011年的表现明显“风头大减”，原来吆喝的最起劲的Shinya Yamanaka和Jaenisch Rudolf师徒俩几乎没怎么好好露过面，只分别在6月份的《Nature》和12月份的《Cell Stem Cell》杂志上发表了两篇不甚起眼的paper，一个声称找到了iPS细胞的“魔法基因”、一个宣称重编程因子配比决定iPS细胞的质量，打开细细看一下，其实是在玩噱头的成分多，并没有多少干货的。9 L4 s* Q0 y- J( L- ]# {
       另外，2011年对iPS细胞也是冲击比较大的一年，开年就有连续几篇文章宣称重编程后的iPS细胞具有更高基因突变频率，此外也有文章称重编程的细胞同源移植会产生免疫排斥反应，造成连一直给予持iPS细胞支的《Nature》杂志也连续发表评论性文章数落它的“黑暗面”，6月份的PNAS杂志更是发表了一篇名为“只有特定的皮肤细胞才能发育成iPS细胞”的文章，来自日本东北大学的研究人员在研究中发现只有混在其中的一种特定细胞才能发育成iPS细胞，而这种细胞本身就具有万能性。这一发现有可能颠覆京都大学教授Yamanaka提出的原有学说。
2 X; `) e) x! w# F1 g% C9 U3 L8 H; a# }        2011年重编程领域其他的可以书写的进展有；科学家终于做到了用Micro RNA诱导iPS 细胞成功，并使诱导效率提高了100倍；此外来自英国的科学家通过在诱导过程中多添加两个调控因子（RAR-γ）和（Lrh-1）使诱导效率提示100倍；还有值得恭喜的一项工作是来自中国广州生物医药与健康研究院的研究团队不仅利用维生素C提升了诱导效率，还阐明了促进体细胞“变身”为诱导多能干细胞的分子障碍，从而为诱导多能干细胞形成机理奠定了基础。
0 x$ v3 O4 W! ?* T       另外在11月份的Genes ＆Development）杂志上，来自法国的研究小组成功地将来自百岁高龄老人的供体细胞在体外重编程为了具有高活力的诱导多能干细胞，此项工作标志着科学家们在iPSC研究方面又取得一项突破性的进展，并推动再生医学向前迈进了重要的一步。
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转分化  - J: Q+ W, q/ I/ }& y
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       转分化研究是近年来一颗正在冉冉升起的新星，因为他可以直接越过iPS细胞的诱导过程和再分化过程所包含的危险，所以被认为是超越iPS的新技术，具有逆分化细胞重编程过程所不能比拟的优点。转分化（transdifferentiation）是指一种类型的分化细胞直接转变成另一类型分化细胞的过程，绕过了干细胞的中间环节。; |; q8 N4 X- n* i' @1 y
        来自斯坦福大学的Marius Wernig可以说是干细胞转分化研究领域的大师，在2010年由他领导的研究小组成功将3个转录因子（Ascl1,Brn2和Myt1l）转入到小鼠皮肤细胞后，在不到1周的时间内将20%的皮肤细胞诱导生成了神经细胞，这些细胞不光看上去像神经元，而且还表达神经元特有的蛋白，并且能互相与正常小鼠的大脑皮层细胞形成神经突触并转导信号。由此确认了转化的细胞具有完全的成熟神经细胞的功能。在2011年五月份他们又在《Nature》杂志上公布了新的研究成果，在原有的三个转录因子基础上，添加了一个螺旋环螺旋转录因子NeuroD1，成功地将人类胚胎及新生儿的皮肤纤维细胞成功地诱导为功能性神经细胞。这些细胞不仅显示典型的神经元形态，表达多种神经元标志蛋白。并且能够产生动作电位。随后又在Cell Stem Cell杂志上发文宣称他们已经完成了将终末分化肝细胞转分化成功能性神经元的工作。* ?' |, B+ C# `2 n* r0 {6 W' a
       此外，来自国内的研究学者也在这一领域取得重要成果，他们利用直接转分化的技术将肝脏以外的体细胞重编程生成了成熟的肝细胞样细胞（hepatocyte-like cells，iHep）。相关文章发在2011年5月的《Nature》杂志上。来自于意大利米兰圣拉斐尔科研所的研究人员对老鼠皮肤细胞和人类皮肤细胞进行基因重组，将其变成了能制造多巴胺的特定神经元，此技术的成功使未来患帕金森氏症的患者有望借助用自己的皮肤制成的神经元来医治自己的病症。
( E/ l  Y3 A& W+ _  }      另外，这个领域在2011年的进展有：来自Scripps的科学家成功将皮肤细胞直接转分化成心脏细胞，来自UCLA的科学家将人皮肤细胞转化为诱导性间充质干细胞，来自宾夕法尼亚大学的科学家在PLoS ONE发文宣称星形胶质细胞可直接转化为多巴胺能神经元。9 P/ q* j7 h( S4 Z

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* u2 R$ Y2 d8 o3 ?4 o肿瘤干细胞5 u$ g* X' }% e4 E$ ~# p- t
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       肿瘤干细胞学说曾经是多么振奋人心，人们就此认为找到了肿瘤的阿基里斯之踵（achilles' heel），但随着进一步的研究提示，此理论可能会成为最短命的一个理论，刚热没多久，随着前几年几篇paper的质疑，就一蹶不振了。2011年几乎全年看不到像样的文章出来，除了几篇血液系统的之外，实体瘤的根本看不到了。个人认为这个学说有致命的缺陷在里面，即肿瘤干细胞还可以clone evolution吗？
( f1 w5 f) T7 X; z$ p, I# t2 \( h      希望2012年有好的实打实的paper呈现，不要让肿瘤干细胞这个学说真正成为了“昨日黄花”，只有凋零的份，而没有生气了。
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     2012年是中国的龙年，希望干细胞研究在这一年有“大事件”发生，胚胎干细胞可以分化出更多的成熟体细胞出来，成体干细胞有更实际的应用性结果产生，iPS细胞不要突变、而有更稳定的表现，转分化研究则有更多姿多彩的演出，实体瘤的干细胞研究也有更实际的结果呈现。, }6 v: f* e; Z7 {% r
     最后让我们在2012的春天期盼干细胞研究的图腾！在这个中国龙年期待干细胞之春的真正到来！！) k( n' w$ z5 B; ?- Z