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标题: 干细胞随想：从干细胞是个什么东西聊起 [打印本页]

作者: tpwang 时间: 2011-1-27 21:26 标题: 干细胞随想：从干细胞是个什么东西聊起

本帖最后由 tpwang 于 2011-1-27 21:32 编辑

开宗明义，人干细胞是个什么东西？0 E, |0 D5 k0 Q3 S3 Q$ ~+ s0 s
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是人造产品吗？好像不能这么说，因为无论是胚胎干、iPS、成体干、脐血干等等，起码都是直接利用人体材料得来的。是人体本来的一部分吗？也有问题，胚胎干是否有体内发育对应物还无法确认；iPS目前来讲是体外诱导得来的；各种已分离成功的成体干细胞比胚胎干相对接近人体组织的存在但也是体外的现象；脐血胎盘等组织中提取出来的造血干细胞，间充质干细胞、羊膜细胞等，应该是最接近人本身产物的概念，尽管好像是作为“废弃”物。) Z+ ?$ B% K" C9 [
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既然干细胞总是来源于人体的某种内在材料（尽管未来也不排除造出完全合成的干细胞的可能性），那么能否说干细胞其实可以从某种程度上理解为一种“技术”，用来从人体获取（成体干细胞）、利用材料延伸（胚胎干）、诱导变化（刺激因子体内再生）和改造（iPS、直接转分化、克隆）以获得“干细胞”及其效应。说干细胞是一类基于人体材料的细胞（研究与应用）技术，这一说法基本上可以概括目前关于主流干细胞研究与应用的热点。例如，在胚胎干方面，除了不断寻找最理想体外培养分化条件的努力外，德国的舒勒去年发现，胚胎干其实可以分为两种亚型，即所谓OCT4阳性和阴性两类。包括通过与鼠胚胎干的对比来确定人胚胎干处于发育过程中哪个阶段，也是努力寻找自然发育过程的体外对应性。这种“技术”概念在化学分子诱导和维持干细胞技术发展方面表现的最为突出，参见丁盛关于小分子诱导iPS和吴虹在Nature Communications上利用小分子组合维持胚胎干体外培养的研究。而iPS自从四因子发端之后的大部分“进展”，都是在寻找诱导的技术“手段”，以及尝试新的细胞源，比如从成纤维细胞到外周血免疫细胞，或不同种属动物iPS的诱导技术。去年热起来的直接转分化，试图绕过倒退回原始状态这个弯，可以看作是一种“技术”上的取直捷径，而基于直接体内调控干细胞活动的所谓“体内再生”更是一种尽量减少体外环节的相对终极技术理想。

当然，说是基于人体内在的材料，并不是说人体仅仅提供了无生命的材料，毋宁说是干细胞技术试图揭示人体细胞重编程的本来图景及潜能。问题是这个重编程潜能多大程度上是“被”人为技术造出来的，或者说放大出来的。

某种角度来看，胚胎干是一种体外现象，也是一种编程与重编程的产物。而iPS现象的机制是什么仍不清楚，虽然科学家们很自然倾向于有其必然的机制，但目前还无法排除是一种随机性现象，就好比体细胞克隆技术，效率如此之低，如果不能完全归结为一种随机现象的话，起码不能说是细胞自然存在的有效潜能，而有可能是比如一种发育机制的“残余”，可以在某些状态或条件下加以利用。如果有这种可能，那么这种“残余”的潜能在多大程度上可以人为地挖掘，效率上和完整性上，都值得保留谨慎的意见。直接转分化现象，原本来自同一胚层不同组织细胞系之间的某些转分化可能，比如造血细胞系内不同细胞之间的转分化，还有肝细胞与胰岛细胞之间的互通性等。而现在发现的不同胚层之间细胞系的互相直接转分化可能，其原理是改造了原来的重编程程序，还是把直接转化的机制强加在了仍保留的逆分化机制上，这是一个没有得到研究的问题。如果是后者，那么直接转分化，如成纤维细胞变为神经细胞或心脏细胞，就不是传统意义上的重编程，而是一种叠加的其他机制。换句话说，如果在直接转分化过程中，逆分化过程是被“跳过”（bypass）的，那么也从一个侧面说明逆分化不是必然的生物过程，而更可能是一种发育的“残留”可能。相关的用外源性因子体内诱导干细胞分化技术同样可以问类似的问题，即干预的是体内的自然过程，还是一种“强加”（forced）的变异现象，只是因为在相应的组织细胞微环境中，得以表达为相应的靶细胞效应。各种重编程现象是否是生物内在保留机制的另一个可疑旁证，是重编程靶细胞保留的“生物记忆”，如前不久揭示的iPS保留了源细胞的基因与表观遗传“记忆”，换句话说，还不是彻底的重编程。这也许是个技术问题，可以随着技术的进展而得到克服，也可能不是个简单的技术问题，有待观察。6 G. P4 y' G3 s7 s( G
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干细胞是个什么东西，以及重编程潜能是个什么性质的现象，还可以从干细胞与肿瘤的类比来看。这里不是要讨论到底干细胞是否本质上与癌症没有区别，一个是受控的一个是失控的(这方面的争议已经很多，本网的网友也有很多精辟的议论）。而是说多潜能干细胞研究所采用的所谓畸胎瘤模式，iPS诱导机制中关于癌症抑制因子作用的发现，以及癌症干细胞特性及其最近被提出来的“逆转”恶性为良性增殖的可能，都不免提示这两个东西之间一定有某种深层内在的同一性。也许干细胞移植或体内转化等手段带来的成瘤性与机体肿瘤干细胞的成瘤性本质上是一样的，这个没有定论，故置不论。如果从重编程角度来套一下，癌症干细胞及干细胞（具有癌变潜能）区别只是在重编程过程的可控性上，无论是体内自动控制还是体外人为控制。干细胞移植的成瘤性也许不容易彻底预先消除，而更现实的办法是减弱其“癌变”程度和可能，这有可能是以干细胞产品的“可塑性”为代价的。干细胞体内过程控制的一个理想情景，就是在其指定的作用中止之后，失去体内“重编程”的能力，由机体的各种机制来消除它。处理癌症干细胞也可以有类似的思路。这是个技术。9 P0 K- e# j4 G; n5 B

iPS出来后，另一个大大加热了的干细胞研究方向，是所谓干细胞疾病模型，实现体外模拟细胞及亚细胞或组织水平的疾病状态，以便研究疾病病理机制，用于筛选安全、有效的药物研发以及选择个体特异性药物。这里的一个技术问题是病人某种组织来源的细胞，通过诱导分化iPS的中间环节，再分化为特定组织细胞，是否能够模拟来源病人的疾病特征。一个基本的条件是有遗传因素的疾病，比较容易得到表达疾病特征的干细胞分化疾病细胞模型。先不说基因或表观遗传水平的疾病机制是否可以经历逆分化，再分化的重编程过程得以稳定的保留，一个有趣的可能，是用同一病人的源细胞直接转分化为指定的靶细胞，来看看是否这个靶细胞是否具有相应的疾病特征。如果没有，那么就提示逆分化到原始状态以及再分化过程与保持细胞疾病特征有关。如果有，那么直接转分化用作治疗手段，还需要克服所带来的病理问题。. b# ~ s/ D9 Y( l% V
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类似的问题还可以用在干细胞处理衰老问题上。如果衰老过程确实与机体组织干细胞再生能力减弱有关（无论是干细胞本身还是微环境变化导致的），那么用自体细胞重编程得来的治疗性靶细胞只有在体外重编程过程中克服内在的干细胞本身“衰老”的基础上才有价值。而这个人为的干细胞“强心”作用，是否会同时增加其癌变风险，是一个现实的问题。临床上早有观察，衰老本身在很大程度上减弱了癌症病理与预后。也许这本身是一个机体内在的生活“智慧”，为了其他目的的人为干预有可能破坏这个妥协式的平衡机制，带来不可预期的后果。即使这个不可预期的后果未必是癌症的风险，也有可能是“不彻底”重编程带来的不可预测性，比如某个组织细胞来源的特性被一定程度上转到了另外一个组织细胞中。可能未来确实需要认真设计iPS或者直接转分化的来源细胞，不仅仅是从“便利”的角度，如现在所主要考虑的，而是要分析哪两种组织细胞之间的重编程分化过程带来的潜在风险更小，甚或，有好处，呵呵。: O) l2 @7 x0 ^! ^8 d
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从临床应用的角度来看，也许不同来源、不同技术得来的“干细胞”到底是个什么东西，类似上面这些假想的问题是否很快得到澄清，不是那么当紧的事情。极少体外加工的自体干细胞用于受控的临床治疗，看来是最接近的手段。特异性基因重组干细胞用于治疗某种病因明确单一的基因疾病，也是比较合理的现实。安全性相对较高的骨髓间充质干细胞或脐带血造血干细胞，在充分配型基础上，用于尝试改善某些疾病指标，临床上诱惑比较大，难以一下子完全纳入标准程序的实践。iPS疾病模型用于药物试验和筛选，理论上可行，但这最终是个大制药公司的事。胚胎干也已得到极少数临床试验准入，即使有临床效果，在多大程度上能推进胚胎干大规模进入广泛临床应用，还是相当程度上有赖于调控机制的认识。iPS作为细胞治疗途径，还在寻找有效手段和来源的阶段，多了一道重编程程序，克服潜在风险看来不是个容易的事。直接转分化首先需要在各种可能的源靶细胞之间证明其普遍性，而且是病人特异性的，类似iPS，没有胚胎干的异体规模效益。而体内直接调控技术，听起来很吸引人，但体内的不可控性更大，尤其是降到分子水平。看看癌症干细胞研究能否较快找到有效瞄准目标的技术和手段吧，如果较快能有临床可接受的效益出现，估计将是干细胞研究的下一个重大临床突破。因为相比较其他特定器官的干细胞应用，癌症干细胞为基础的应用，是跨组织跨器官的，这一点恰恰与干细胞本身的潜在意义一致。

既然是随想，最后也不妨哲学一些。人最大的敌人是自己，这是人在意识到自己可以作为宇宙主宰之后的深一步意识。人在孜孜不倦地研究人自己与疾病，人也在潜在地增加“制造”疾病的风险，用干细胞概念研究治疗癌症，同时增加了干细胞导致癌症的风险；改变细胞特性用于治疗疾病，也许带来有记忆的“后遗症”，化学分子水平的工具，导致更方便地引入潜在风险的可能更深。但这并不一定意味着是什么不可接受的大困境，因为人与自身，与人与环境一样，相互关系不可能是一厢情愿的线性关系，有利有弊，是也非也，此起彼伏，螺旋上升，是客观事物的自身规律，包括人这个客观现象，以及他所具有的一定自主能动性。# y0 _/ W# v& }% x. _
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未来随着人类对干细胞与基因的认识愈加深入透彻，技术也会像电脑、手机等，越来越“傻瓜化”。人可以定制自己的“后代”还是一个比较远的可能，很多人有条件自己定制自己所需要的自身产品，如干细胞的可能性，已经被科幻界注意到。中国参与人类基因组计划的首席科学家杨焕明接受记者采访时说，下一步想做的一件事就是先把自己的基因谱做一下。不过感觉基因技术以及信息阐释还是很复杂的事情，“技术性”相对于“产品性”更强些。而细胞技术更容易“产品化”，也许不过数年，自动干细胞制造机器就可以模式化小型化到相当的程度。$ Y3 ^4 R& N/ ~ @: M+ E& H# I

但是，最终有效安全利用这些科技进步的潜在价值的绝对前提条件，必然是对各种复杂科学问题的透彻认识。说路还很长，不如说路在何方其实还不很清楚。因此，也就有了随想的余地和必要，必要更是因为科学需要兴趣，兴趣来自想象的自由。5 h# f9 g8 `% l( k+ [( u

是为随想。
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（仅供同网赏析，请勿本站外转贴，以免谬误流传）

作者: rexhz 时间: 2011-1-27 23:36

本帖最后由 rexhz 于 2011-1-27 23:38 编辑 " o5 h8 L7 F5 t9 W1 {2 I
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直接转分化应该是后面的热点了，因为有许多处在未分化末端的干细胞（例如牙髓干细胞）不能在体外进行器官的再生，因此找出器官发育中的关键的转录因子，再应用直接转分化使得干细胞具有器官发育的能力，这一技术在器官再生的领域会有很广阔的应用。

作者: tpwang 时间: 2011-1-28 11:33

rexhz 发表于 2011-1-27 23:36 : V$ a- z7 _) ]* r2 |1 s- X! M
直接转分化应该是后面的热点了，因为有许多处在未分化末端的干细胞（例如牙髓干细胞）不能在体外进行器官的 ...

为什么牙髓干细胞不能在体外再生(培养)？

目前的直接再分化也是体外途径。寻找关键因子的办法一是从参与相关组织细胞的发育过程的因素中选，一是从该组织细胞的正常功能所需的因子里选。不知牙髓干细胞有无好的“候选”。

作者: rexhz 时间: 2011-1-28 16:11

回复 tpwang 的帖子

牙齿的发育是由间充质和上皮相互诱导发育，牙髓干细胞属于终末分化的细胞，在体外实验证明牙髓干细胞不能诱导上皮形成牙齿，也不能被上皮细胞诱导形成牙齿，因此我们实验室期望通过转分化将牙髓干细胞转变成为具有诱导上皮发育能力的细胞，从而在体外能形成牙齿，实现牙齿再生

作者: rexhz 时间: 2011-1-28 16:17

在转分化的关键性的转录因子寻找方面，我们主要利用原位杂交方法研究在牙齿中表达的转录因子，和利用RNAi来研究这些转录因子被沉默后，是否能影响到牙齿的发育。

作者: tpwang 时间: 2011-1-28 17:06

回复 rexhz 的帖子, {4 S0 a& Z" P b& D: e [: G

嗯，谢谢解释。体外形成牙齿然后移植？牙根神经如何修复？* o5 h0 m! Q1 \3 u$ b
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看来rexhz兄是搞牙的，问个问题。牙颈部磨损确实是刷牙不当造成的吗？
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如果能有体内再生自修补牙齿各种问题的办法就好了。

作者: rexhz 时间: 2011-1-28 20:32

回复 tpwang 的帖子

牙的间充质细胞搭上牙的上皮组织后移植在小鼠的肾囊膜上，经过大约30天后就可以形成牙齿结构的组织，移植到人的口腔中没有做，我们只是科研的单位，临床上不了，所以牙根的神经修复也研究得很少。8 H. N' G/ C8 x" P8 j# I# F
牙颈部磨损确实是刷牙不当造成的吗？
这个问题也回答不了哦，我们不是临床口腔部门的，呵呵呵

作者: sallyshaomy 时间: 2011-6-22 23:07

回复 tpwang 的帖子

刚刚看到你的问题，我来回答哈！# f# R7 E: v$ W- O) A
牙颈部磨损的原因很多，刷牙不当是引起颈部楔状缺损的一个重要原因，因为牙颈部的釉质及牙本质很薄，如果刷牙方式不当（横刷），与釉质的纹理呈垂直方向，那么会破坏牙体结构，从而导致缺损的形成。当然，颈部缺损还可能是发育性的，比如釉质矿化不全或者氟斑牙等致牙体呈点隙窝沟状缺损等。总之颈部缺损原因较多，但是刷牙方式不当是个重要因素。. p2 G6 `% C/ O$ Z
建议你以后采取上下颤动方式刷牙，或者使用电动牙刷。

作者: fguw 时间: 2011-8-26 02:25

回复 rexhz 的帖子
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不熟悉该邻域，弱弱问，牙的间充质细胞搭上牙的上皮组织后为什么不直接移植到小鼠口腔？
为什么喜欢移植到肾或者肠？另外一个简单的问题，把小鼠口腔内牙连跟（应该包括牙的间充质细胞搭上牙的上皮组织）切下，再放回去，理论上似乎能够重新长好恢复功能？& |* b% g' B: o6 R1 i
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牙的间充质细胞搭上牙的上皮组织后移植在小鼠的肾囊膜上，经过大约30天后就可以形成牙齿结构的组织，移植到人的口腔中没有做，我们只是科研的单位，临床上不了，所以牙根的神经修复也研究得很少。0 _9 H% G' \- s- A: T/ Y# b6 B1 a! e2 k# G" f6 V
牙颈部磨损确实是刷牙不当造成的吗？
; U) K8 j0 |8 L, }& W& v* C这个问题也回答不了哦，我们不是临床口腔部门的，呵呵呵

作者: rexhz 时间: 2011-8-26 13:26

fguw 发表于 2011-8-26 02:25 ; Q9 J7 x9 W' D1 p1 D; v; R, T- D8 K+ A
回复 rexhz 的帖子. Z$ @4 K) R" r1 L' H

- N5 X7 Z2 I% A8 m5 m不熟悉该邻域，弱弱问，牙的间充质细胞搭上牙的上皮组织后为什么不直接移植到小鼠口腔？ ...

移植到口腔中会影响小鼠的进食，移植块是放置在肾囊膜下，肾的血液供应充足，利于组织发育。整个牙胚移植可以长成牙齿，但是我们是利用慢病毒为载体对牙间充质进行RNAi，因此要将上皮和间充质分离后，病毒感染间充质，再与上皮重组

作者: fguw 时间: 2011-8-27 10:34

回复 rexhz 的帖子7 k$ V3 b( G( _# a. K( q6 ]2 p4 w e: a

你们病毒感染间充质KD间充质基因表达似乎是为了不长成牙齿？
如果长不出来，就说明该基因重要？如果是多个基因控制牙齿，没有主效基因，那似乎该方法得不到答案？当然，这样概率比较小

作者: rexhz 时间: 2011-8-27 13:17

回复 fguw 的帖子/ n, F! q( R/ l3 K" M

我们研究的基因主要属于在牙齿发育中的关键四大信号通路（WNT ,BMP,SHH,FGF）上面的基因。表达模式通过原位杂交来获得。随后通过慢病毒进行gain and loss of function 的研究

作者: fguw 时间: 2011-8-30 02:21

回复 rexhz 的帖子

谢谢，有机会多交流，我主要做干细胞基因改造研究，对成体干细胞也很感兴趣，

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