这十年,诱导多能干细胞如何改变整个世界?

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　　　2016年6月23日 讯 /生物谷BIOON/ --诱导多能干细胞被期望可以带来一场医学革命，但在其发现十年后，诱导多能干细胞慢慢开始转变为生物学研究；日本京都大学(Kyoto University)的科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)曾因将成体细胞重编程为胚胎样状态而获得诺贝尔生理学及医学奖，有一天当他的学生Kazutoshi Takahashi告诉他，我们发现了新的克隆时，他从桌子上一跃而起，随后跟着他的学生Takahashi来到组织培养室；在显微镜下山中伸弥看到了一小群细胞，这是他们经过5年辛勤研究的工作成果。 7 s5 K6 B1 H  w; B$ n! @7 c; s1 y: J
　　两周前，Takahashi从成体小鼠组织中获得了皮肤细胞，随后利用病毒感染细胞引入了24个经过精心挑选的基因，如今这些皮肤细胞已经开始发生转变，这些细胞的行为看起来和胚胎干细胞多潜能细胞非常相似，其有能力分化成为皮肤、神经、肌肉或者任何一种类型的细胞；研究者山中伸弥在Takahashi之前就非常希望看到这种细胞炼金术。山中伸弥回忆道，那时候我认为这肯定是个错误，于是我就让学生Takahashi重复了一下实验，结果每一次我们都能成功。
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　　在接下来的两个月里，Takahashi将测试的基因范围缩小到了4个，这些基因需要退回至发育时钟，2006年6月，研究者山中伸弥在加拿大多伦多举办的国际干细胞研究学会上发表了他们的研究成果，这项研究成果震惊了在场的所有研究者，山中伸弥将这种细胞称之为胚胎干细胞样细胞，随后将这些细胞称之为诱导多能干细胞（iPS cells），在会场的麻省理工学院研究者Rudolf Jaenisch说道，很多人并不相信，但我清楚并且信任山中伸弥的研究成果。
5 O$ X$ O" ^( S　　这些诱导多能干细胞被认为是再生医学研究领域的福音，研究者利用个体的皮肤、血液或其它细胞，对其进行重编程就可以获取诱导多能干细胞，随后利用这些干细胞使其转变成为肝脏细胞、神经元细胞或者任何一种治疗疾病所需要的细胞，这种个体化的疗法或可有效避免免疫排斥的风险，同时还可以回避一些伦理性的问题。 3 X& `1 C8 l" s: L/ \% g+ q- L
　　10年过去了，研究者们的最初的目标也发生了改变，部分是因为开发相应的治疗手段具有一定的挑战性，而且2015年利用iPS细胞进行的唯一一个临床试验也被叫停了，自此仅有1人接受过这样的疗法治疗。但iPS细胞还可以以其它方式来发挥作用，其可以作为一种重要的工具来模拟并且调查人类疾病，同时也可以进行药物的筛查。 6 P0 m$ E0 Q/ t
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　　从皮肤到眼睛
8 ?" x' y( ^; [. w　　在发表相应研究结果6周后，研究者Yamanaka（山中伸弥）和Takahashi公布了负责重编程成体细胞的基因的身份，即Oct3/4， Sox2， Klf4和c-Myc；未来一年中，包括Yamanaka在内的三个实验室都证实了相关的研究结果并且改善了重编程的方法，接下来的6个月里，Yamanaka和威斯康星大学的研究者James Thomson设法对来自人体的成体细胞进行重编程，然而直到2009年年底全世界的其它实验室才开始使用这项技术，如今已经有300篇关于iPS的研究被发表。
8 Z4 w2 X- i7 f* x　　很多实验室目前都集中精力去研究哪类成体细胞可以被重编程，以及重编程后的iPS细胞可以转化成为哪种类型的细胞，有些研究者则会去寻找如何改善重编程的方法，起初他们通过消除c-Myc基因来实现，该基因可以促进某些细胞癌变，而后研究者在这些基因没有整合进基因组时对其进行运输，而这种方法也是目前研究者针对基于iPS细胞的疗法上所担忧的事情。 2 v/ N. ]% N' B3 D5 d
　　另外一个问题就是这些相似的iPS细胞是否真的是胚胎干细胞？研究者发现，iPS细胞可以保留一些表观遗传学记忆，即DNA上的一种特殊化学标记可以帮助反应原始的细胞类型；但有专家有表示，这样的改变或许并不能够影响细胞在疗法中的使用，因此iPS细胞或许在其它方面同胚胎干细胞存在一定差异，研究者认为二者并不相关。 $ I9 q. y. {, U$ u
　　2012年，当研究者Yamanaka因其研究工作获得诺贝尔生理学及医学奖时，基于iPS细胞疗法的首个临床试验正在进化开展，当Yamanaka首次发表他们重编程方法时，来自日本理化研究所发育生物学中心的研究者Masayo Takahashi都已经开发出了基于胚胎干细胞的疗法治疗视网膜疾病，随后她们快速转向到了对iPS细胞的研究，并且最终同Yamanaka达成合作协议。
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; e: O: m3 y' X" O2 l　　2013年Takahashi的研究团队利用来自两位年龄相关性黄斑变性患者机体的皮肤细胞制造出了iPS细胞，随后她们利用这些细胞开发出了供临床试验使用的视网膜色素上皮细胞。随着研究的深入进行，Yamanaka团队在iPS细胞和其衍生的视网膜色素上皮细胞中鉴别出了两种小型的遗传改变，但目前并没有证据表明，这两者突变中的任何一种和肿瘤形成直接相关。 6 L6 {* o% n: q2 L0 w
　　研究者Takahashi计划将样本库中的iPS细胞同来自患者机体的iPS细胞进行对比，从而观察免疫反应的差别，下一步她们将向日本政府申请重新开始黄斑变性临床试验。 + i3 b% N/ {# V% p1 n
　　细胞性改善6 X  W/ R6 g, L  h) i2 c, p6 G; s1 \
　　尽管细胞疗法目前频遭挫折，但其它研究领域却发展迅速，制造iPS细胞的方法也变得非常精炼及巧妙；但大部分重编程技术的效率并不高，仅有一小部分细胞可以完全进行重编程，就像所有细胞系一样，iPS细胞在不同群体之间并不相同，这就非常难以建立实验中的控制措施。
; W+ A. |( @5 w- D　　来自洛克斐勒大学的研究者Marc Tessier-Lavigne在对来自早期阿尔兹海默氏症及额颞痴呆患者机体的iPS细胞进行研究时就遇到了这种挑战，他们迅速意识到，将患者机体的iPS细胞同健康个体进行对比似乎并不奏效，因为在培养基中细胞的行为并不相同，而这有可能是遗传背景或基因表达的差异所导致的，于是研究者就转向利用基因编辑技术进行研究。 - _0 g: @. T/ O- N9 Y" Q
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　　近些年来，CRISPR–Cas9基因编辑工具大受科学家们欢迎，其可以帮助研究者们将疾病相关的突变引入到iPS细胞样本中，随后将其同原始未编辑的细胞系进行对比，而研究者Jaenisch的实验室正是每天都利用CRISPR–Cas9对iPS细胞进行研究，他们可以对iPS细胞进行各种他们想要的修饰和操作。 * u4 `* H/ p" ]
　　然而“精炼的”基因编辑方法被证明也是非常有效的，比如在4月，Tessier-Lavigne实验室的研究者Dominik Paquet和Dylan Kwart就阐明了一种新技术，利用CRISPR技术将特殊的点突变引入到iPS细胞中，而且仅对单一基因的一个拷贝进行编辑，这就可以帮助他们产生携带阿尔兹海默氏症相关突变精确组合的细胞，从而进行更为深入的研究。 & }0 C7 W4 b: l* i! s6 ]& j
　　实际上模拟早期人类发育的iPS细胞在其它领域也被证明是有用的，揭示孕妇感染寨卡病毒的机制就可以帮助阐明婴儿头小畸型的原因，而研究者就是利用iPS细胞开发出人类大脑类器官，当将其暴露于寨卡病毒中时他们发现，病原体可以优先感染形成新型神经元的神经干细胞，从而增加神经干细胞的死亡率并且降低大脑皮层中神经元细胞层的含量。
: b0 L( P& B0 V1 G9 y( F8 {$ [　　目前iPS细胞已经在药物发现领域取得了一定成功，其可以帮助提供病人衍生细胞的潜在来源来帮助进行药物筛选和实验性药物的检测。比如研究者利用来自神经细胞发育疾病患者机体的神经干细胞对将近7000个小分子进行了筛选并且鉴别出了治疗这种疾病的潜在药物，同年研究者报道，利用遗传性疼痛障碍患者机体的iPS细胞制造出了感觉神经元；研究者还表示，钠阻断化合物可以降低患者神经元的兴奋性以及疼痛症状，因此研究者就可以利用iPS细胞来预测是否患者会对特殊药物产生反应。
2 r+ N4 I8 E: F  |; ~　　在重编程细胞领域研究度过10个年头后，研究者并不是非常清楚细胞重编程的过程是如何发生的，目前有研究人员就通过检查细胞的基因组、基因表达模式及其它信息，来系统性地证实细胞系的身份和安全性。位于英国剑桥的诱导多能干细胞欧洲生物样本库就在今年3月份正式推出了一份用于疾病模型的标准化iPS细胞目录，同时研究者Yamanaka也开始建立iPS细胞样本库来用于未来的临床治疗领域。
- Z6 L5 D8 s( y　　如今来自制药工业和政府部分的研究人员需要强大的支持来进行相关的细胞疗法，在药物开发及疾病模型研究领域，研究者必须坚持忍耐，而iPS细胞仅仅可以缩短药物发现的过程，未来进行iPS细胞的研究仍然任重而道远，科学家们还需要付出不懈地努力对其进行研究。（生物谷Bioon.com）
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十年了，仍然不是非常清楚细胞重编程的过程是如何发生的，任重而道远啊