這十年，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞如何改變整個(gè)世界？

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞被期望可以帶來一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命，但在其發(fā)現(xiàn)十年后，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞慢慢開始轉(zhuǎn)變?yōu)樯飳W(xué)研究；日本京都大學(xué)(Kyoto University)的科學(xué)家山中伸彌(Shinya Yamanaka)曾因?qū)⒊审w細(xì)胞重編程為胚胎樣狀態(tài)而獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，有一天當(dāng)他的學(xué)生Kazutoshi Takahashi告訴他，我們發(fā)現(xiàn)了新的克隆時(shí)，他從桌子上一躍而起，隨后跟著他的學(xué)生Takahashi來到組織培養(yǎng)室；在顯微鏡下山中伸彌看到了一小群細(xì)胞，這是他們經(jīng)過5年辛勤研究的工作成果。

兩周前，Takahashi從成體小鼠組織中獲得了皮膚細(xì)胞，隨后利用病毒感染細(xì)胞引入了24個(gè)經(jīng)過精心挑選的基因，如今這些皮膚細(xì)胞已經(jīng)開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，這些細(xì)胞的行為看起來和胚胎干細(xì)胞多潛能細(xì)胞非常相似，其有能力分化成為皮膚、神經(jīng)、肌肉或者任何一種類型的細(xì)胞；研究者山中伸彌在Takahashi之前就非常希望看到這種細(xì)胞煉金術(shù)。山中伸彌回憶道，那時(shí)候我認(rèn)為這肯定是個(gè)錯(cuò)誤，于是我就讓學(xué)生Takahashi重復(fù)了一下實(shí)驗(yàn)，結(jié)果每一次我們都能成功。

在接下來的兩個(gè)月里，Takahashi將測(cè)試的基因范圍縮小到了4個(gè)，這些基因需要退回至發(fā)育時(shí)鐘，2006年6月，研究者山中伸彌在加拿大多倫多舉辦的國(guó)際干細(xì)胞研究學(xué)會(huì)上發(fā)表了他們的研究成果，這項(xiàng)研究成果震驚了在場(chǎng)的所有研究者，山中伸彌將這種細(xì)胞稱之為胚胎干細(xì)胞樣細(xì)胞，隨后將這些細(xì)胞稱之為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS cells），在會(huì)場(chǎng)的麻省理工學(xué)院研究者Rudolf Jaenisch說道，很多人并不相信，但我清楚并且信任山中伸彌的研究成果。

這些誘導(dǎo)多能干細(xì)胞被認(rèn)為是再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的福音，研究者利用個(gè)體的皮膚、血液或其它細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行重編程就可以獲取誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，隨后利用這些干細(xì)胞使其轉(zhuǎn)變成為肝臟細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞或者任何一種ZL疾病所需要的細(xì)胞，這種個(gè)體化的療法或可有效避免免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以回避一些倫理性的問題。

10年過去了，研究者們的Z初的目標(biāo)也發(fā)生了改變，部分是因?yàn)殚_發(fā)相應(yīng)的ZL手段具有一定的挑戰(zhàn)性，而且2015年利用iPS細(xì)胞進(jìn)行的**一個(gè)臨床試驗(yàn)也被叫停了，自此僅有1人接受過這樣的療法ZL。但iPS細(xì)胞還可以以其它方式來發(fā)揮作用，其可以作為一種重要的工具來模擬并且調(diào)查人類疾病，同時(shí)也可以進(jìn)行藥物的篩查。

從皮膚到眼睛

在發(fā)表相應(yīng)研究結(jié)果6周后，研究者Yamanaka（山中伸彌）和Takahashi公布了負(fù)責(zé)重編程成體細(xì)胞的基因的身份，即Oct3/4， Sox2， Klf4和c-Myc；未來一年中，包括Yamanaka在內(nèi)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)室都證實(shí)了相關(guān)的研究結(jié)果并且改善了重編程的方法，接下來的6個(gè)月里，Yamanaka和威斯康星大學(xué)的研究者James Thomson設(shè)法對(duì)來自人體的成體細(xì)胞進(jìn)行重編程，然而直到2009年年底全世界的其它實(shí)驗(yàn)室才開始使用這項(xiàng)技術(shù)，如今已經(jīng)有300篇關(guān)于iPS的研究被發(fā)表。

很多實(shí)驗(yàn)室目前都集中精力去研究哪類成體細(xì)胞可以被重編程，以及重編程后的iPS細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化成為哪種類型的細(xì)胞，有些研究者則會(huì)去尋找如何改善重編程的方法，起初他們通過消除c-Myc基因來實(shí)現(xiàn)，該基因可以促進(jìn)某些細(xì)胞癌變，而后研究者在這些基因沒有整合進(jìn)基因組時(shí)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)輸，而這種方法也是目前研究者針對(duì)基于iPS細(xì)胞的療法上所擔(dān)憂的事情。

另外一個(gè)問題就是這些相似的iPS細(xì)胞是否真的是胚胎干細(xì)胞？研究者發(fā)現(xiàn)，iPS細(xì)胞可以保留一些表觀遺傳學(xué)記憶，即DNA上的一種特殊化學(xué)標(biāo)記可以幫助反應(yīng)原始的細(xì)胞類型；但有專家有表示，這樣的改變或許并不能夠影響細(xì)胞在療法中的使用，因此iPS細(xì)胞或許在其它方面同胚胎干細(xì)胞存在一定差異，研究者認(rèn)為二者并不相關(guān)。

2012年，當(dāng)研究者Yamanaka因其研究工作獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，基于iPS細(xì)胞療法的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)化開展，當(dāng)YamanakaS次發(fā)表他們重編程方法時(shí)，來自日本理化研究所發(fā)育生物學(xué)ZX的研究者M(jìn)asayo Takahashi都已經(jīng)開發(fā)出了基于胚胎干細(xì)胞的療法ZL視網(wǎng)膜疾病，隨后她們快速轉(zhuǎn)向到了對(duì)iPS細(xì)胞的研究，并且Z終同Yamanaka達(dá)成合作協(xié)議。

2013年Takahashi的研究團(tuán)隊(duì)利用來自兩位年齡相關(guān)性黃斑變性患者機(jī)體的皮膚細(xì)胞制造出了iPS細(xì)胞，隨后她們利用這些細(xì)胞開發(fā)出了供臨床試驗(yàn)使用的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞。隨著研究的深入進(jìn)行，Yamanaka團(tuán)隊(duì)在iPS細(xì)胞和其衍生的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中鑒別出了兩種小型的遺傳改變，但目前并沒有證據(jù)表明，這兩者突變中的任何一種和腫瘤形成直接相關(guān)。

研究者Takahashi計(jì)劃將樣本庫(kù)中的iPS細(xì)胞同來自患者機(jī)體的iPS細(xì)胞進(jìn)行對(duì)比，從而觀察免疫反應(yīng)的差別，下一步她們將向日本政府申請(qǐng)重新開始黃斑變性臨床試驗(yàn)。

細(xì)胞性改善

盡管細(xì)胞療法目前頻遭挫折，但其它研究領(lǐng)域卻發(fā)展迅速，制造iPS細(xì)胞的方法也變得非常精煉及巧妙；但大部分重編程技術(shù)的效率并不高，僅有一小部分細(xì)胞可以完全進(jìn)行重編程，就像所有細(xì)胞系一樣，iPS細(xì)胞在不同群體之間并不相同，這就非常難以建立實(shí)驗(yàn)中的控制措施。

來自洛克斐勒大學(xué)的研究者M(jìn)arc Tessier-Lavigne在對(duì)來自早期阿爾茲海默氏癥及額顳癡呆患者機(jī)體的iPS細(xì)胞進(jìn)行研究時(shí)就遇到了這種挑戰(zhàn)，他們迅速意識(shí)到，將患者機(jī)體的iPS細(xì)胞同健康個(gè)體進(jìn)行對(duì)比似乎并不奏效，因?yàn)樵谂囵B(yǎng)基中細(xì)胞的行為并不相同，而這有可能是遺傳背景或基因表達(dá)的差異所導(dǎo)致的，于是研究者就轉(zhuǎn)向利用基因編輯技術(shù)進(jìn)行研究。

近些年來，CRISPRCas9基因編輯工具大受科學(xué)家們歡迎，其可以幫助研究者們將疾病相關(guān)的突變引入到iPS細(xì)胞樣本中，隨后將其同原始未編輯的細(xì)胞系進(jìn)行對(duì)比，而研究者Jaenisch的實(shí)驗(yàn)室正是每天都利用CRISPRCas9對(duì)iPS細(xì)胞進(jìn)行研究，他們可以對(duì)iPS細(xì)胞進(jìn)行各種他們想要的修飾和操作。

然而“精煉的”基因編輯方法被證明也是非常有效的，比如在4月，Tessier-Lavigne實(shí)驗(yàn)室的研究者Dominik Paquet和Dylan Kwart就闡明了一種新技術(shù)，利用CRISPR技術(shù)將特殊的點(diǎn)突變引入到iPS細(xì)胞中，而且僅對(duì)單一基因的一個(gè)拷貝進(jìn)行編輯，這就可以幫助他們產(chǎn)生攜帶阿爾茲海默氏癥相關(guān)突變極ng確組合的細(xì)胞，從而進(jìn)行更為深入的研究。

實(shí)際上模擬早期人類發(fā)育的iPS細(xì)胞在其它領(lǐng)域也被證明是有用的，揭示孕婦感染寨卡病毒的機(jī)制就可以幫助闡明嬰兒頭小畸型的原因，而研究者就是利用iPS細(xì)胞開發(fā)出人類大腦類器官，當(dāng)將其暴露于寨卡病毒中時(shí)他們發(fā)現(xiàn)，病原體可以優(yōu)先感染形成新型神經(jīng)元的神經(jīng)干細(xì)胞，從而增加神經(jīng)干細(xì)胞的死亡率并且降低大腦皮層中神經(jīng)元細(xì)胞層的含量。

目前iPS細(xì)胞已經(jīng)在藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域取得了一定成功，其可以幫助提供病人衍生細(xì)胞的潛在來源來幫助進(jìn)行藥物篩選和實(shí)驗(yàn)性藥物的檢測(cè)。比如研究者利用來自神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育疾病患者機(jī)體的神經(jīng)干細(xì)胞對(duì)將近7000個(gè)小分子進(jìn)行了篩選并且鑒別出了ZL這種疾病的潛在藥物，同年研究者報(bào)道，利用遺傳性疼痛障礙患者機(jī)體的iPS細(xì)胞制造出了感覺神經(jīng)元；研究者還表示，鈉阻斷化合物可以降低患者神經(jīng)元的興奮性以及疼痛癥狀，因此研究者就可以利用iPS細(xì)胞來預(yù)測(cè)是否患者會(huì)對(duì)特殊藥物產(chǎn)生反應(yīng)。

在重編程細(xì)胞領(lǐng)域研究度過10個(gè)年頭后，研究者并不是非常清楚細(xì)胞重編程的過程是如何發(fā)生的，目前有研究人員就通過檢查細(xì)胞的基因組、基因表達(dá)模式及其它信息，來系統(tǒng)性地證實(shí)細(xì)胞系的身份和安全性。位于英國(guó)劍橋的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞歐洲生物樣本庫(kù)就在今年3月份正式推出了一份用于疾病模型的標(biāo)準(zhǔn)化iPS細(xì)胞目錄，同時(shí)研究者Yamanaka也開始建立iPS細(xì)胞樣本庫(kù)來用于未來的臨床ZL領(lǐng)域。

如今來自制藥工業(yè)和政府部分的研究人員需要強(qiáng)大的支持來進(jìn)行相關(guān)的細(xì)胞療法，在藥物開發(fā)及疾病模型研究領(lǐng)域，研究者必須堅(jiān)持忍耐，而iPS細(xì)胞僅僅可以縮短藥物發(fā)現(xiàn)的過程，未來進(jìn)行iPS細(xì)胞的研究仍然任重而道遠(yuǎn)，科學(xué)家們還需要付出不懈地努力對(duì)其進(jìn)行研究。