你了解诱导多能干细胞iPS吗？

　　

由于其在生物医药及临床方面的广阔前景，许多研究人员开始着手于诱导多能干细胞（iPS）的研究。iPS细胞是由成人体细胞经过简单的基因改造产生的，它具有胚胎干细胞的特点，可以分化为任意一种体细胞。如此吸引人的产物让他成为了一些科学家及政客们口中的胚胎干细胞研究的最好的接替品（胚胎干细胞需要破坏胚胎）。但是对于生物学家来说，iPS细胞仍然存在着未知的“黑盒子”。随着研究的进展，一些科学家在考虑对于iPS的认识是不是太过于夸大其辞了。这里，《Nature》找到了与这项研究最为相关的5个人，听听他们的意见。

1 每个人都能做iPS？ 是的，这已是事实。

当Shinya Yamanaka和他在日本东京大学的博士后学生发现，简单的四个基因就可以重塑成年鼠细胞时，他们将这个消息保密了近6个月。那段时间他们没出席实验室的会议，而Takahashi 对他的同事们隐瞒了他的工作进展。所有的这些都是因为这一过程实在是太简单了，“如果有人发现了，他们能在一瞬间赶上我们”，他说。

Yamanaka 用了四个很熟悉的基因：Oct3/4, Sox2, c-Myc and Klf4。这些基因被克隆入病毒载体，然后简单的将这些载体加入到皮肤细胞的培养基里，在合适的条件下就会成为重组的iPS细胞。

但是这一过程看起来简单，iPS细胞依然不是那么容易得到的。洛杉矶加利福尼亚大学的Kathrin Plath 估计每个重组的基因只有15%机会整合到重组细胞。即使他们全部整合，这些细胞也只有5%的机会完全重组。这样低的效率对科学家来说就是一团迷雾，但是面对着数量成千上万的细胞样品，这并不算是什么。来自哈佛干细胞研究所的Konrad Hochedlinger说，关键点是找到不多的重组细胞然后进行培养。但是iPS细胞很挑剔，他们只在适当的条件下才能停止分化，类似胚胎干细胞。Hochedlinger说“对人胚胎干细胞的培养技术是很重要的环节。”

但是，这项技术正在变得越来越普遍。一年之内，Yamanaka的实验成果被重复而且在他的以及另外两个小组进一步在小鼠中进一步拓展。自从2007年11月，Yamanaka和维斯康星大学的James Thomson第一次独立的完成了iPS细胞，已经有许多个其它小组也完成了这一成果。试验的成果很引人注目，但技术又很简单，所以大批的研究人员蜂拥而上开始这一领域的研究，正如Thomson所说：“现在全世界都在做这个了。”

2  每个人都可以拥有自己量身定做的细胞？幻想，除非你有钱

“治疗用途的克隆”----人体胚胎细胞的克隆，可以再生出干细胞用于替换损伤的组织，但不会产生任何排异反应。这一说法自从90年代末提出就一直在徘徊中前进，主要是因为获取人体卵细胞存在很大困难。iPS细胞正向着同一个目标前进----病人特异的干细胞。

但是不要指望在不久的将来有这样的细胞。用于转入基因的的一些病毒载体还有基因本身都可能导致癌症。科学家们希望另辟蹊径，比如用蛋白或是药物刺激关键的基因或是更安全的方法转入基因，这些可能会在未来的两年内有成果。

尽管这样，“巨大的挑战依然存在：细胞的高纯度提纯和临床使用的细胞选择方法。”加利福尼亚大学的Hans Keirstead。通常我们要2个月的时间建立细胞系，几个月的时间放大，在几个月的时间去让iPS细胞分化到我们想要的细胞，然后在几个月放大，最后用大半年的时间测试细胞不会形成肿瘤。而且这一切必须在“良好作业规范”（GMP，good manufacturing practice）下进行，这又大大增加的成本。

日本大阪国立医院的神经外科医生Yonehiro Kanemura说，用这种量身定做的细胞要花去无法估量的金钱。他估计要花去比一次特异的皮肤移植多好几倍的钱，而现在一次病人特异的皮肤移植要花去大约100000美元。大约2年的培养时间对一些需要迅速治疗的疾病和损伤却又显得太慢了。

Kanemura的解决方案是“现成的”iPS细胞。今年四月，他和Yamanaka还有东京Keio大学的Hideyuki Okano将要开始建立一个国家治疗待用细胞库，来自捐献的胎盘和脐带血组织。最开始他计划用病毒载体，接着在技术成熟的时候换用无病毒的载体。在未来五年内，他准备培养出200个iPS细胞系和200个从这些细胞系分化来的神经细胞系。
        这些细胞并不是病人特异的，但是东京大学的Norio Nakatsuji估计大约50个经过良好筛选的细胞系就能有90%的日本人可以免疫系统匹配。Kanemura说，那些需要急救的人们可以用最匹配他们的细胞，而那些慢性病的人也许就得付钱去做一个与他们匹配的细胞系。富人可能会去把他们自己的iPS保存起来以供不时之需，也当然会有公司愿意给他们做这些。

3 快要引入临床治疗了？为时过早！
        iPS细胞将会首先用于疾病的模型，然后才是治疗。研究人员很快就将在培养皿中培养出肌萎缩性脊髓侧索硬化症病人的“马达”神经，心脏病人的心肌细胞，或是肾病病人的肾脏细胞。通过在他们发育过程中的观察，生物技术公司可以试用预防性的或治疗性的药物
        加利福尼亚大学和哈佛干细胞学院正在讨论开始“iPS细胞银行”的计划。Hochedlinger说，干细胞学院认为主攻的疾病应是神经退化类疾病，代谢疾病，心血管疾病和糖尿病。
        要想达到临床阶段，一切取决于iPS细胞分化为我们想要的细胞类型的忠实性，还有将他们送入人体内的各种途径的安全性。这些基本工作已经陆续展开了。
       例如，麻省理工大学的Rudolf Jaenisch用从小鼠iPS细胞得来的造血干细胞去治疗镰刀状贫血症的老鼠。他说血液疾病可能可以进行早期的iPS细胞的应用，因为这一方面我们已经拥有大量细胞移植的经验。京都大学的Jun Takahashi从前是以猴子为模型研究帕金森氏疾病，他现在从事干细胞及iPS细胞分化出的神经干细胞的临床应用，他希望这些可以在五年内进行临床实验。
       分化细胞的细胞培养中是否存在为分化的胚胎干细胞或是iPS细胞，这一点是最为重要的。加利福尼亚大学的Arnold Kriegstein说，移植即使是一小点数量未分化的干细胞，可能就是微乎其微的一个多能干细胞，都存在着可能导致恶性肿瘤的危险。
       Okano基于脊髓损伤小鼠的研究，虽然还未发表，但会加速iPS细胞的应用。他称他有技术在细胞移植到小鼠前将有潜在危险的细胞出去。

4 iPS细胞和胚胎干细胞是相同的？不管怎么说，到现在为止是的。
       现在看，不管从形态上，染色体分析和基因表达上，他们并没有大的差别，Plath这么说。
但是没有人敢打保票，有一个十二人的科学家小组已经开始研究一个关键性的问题：iPS细胞是否能像胚胎干细胞那样稳定的而且全能的分化？与此同时，iPS的先驱们这在寻找一些微小的线索，例如能够区分两种细胞的标记蛋白。但是Hochedlinger说标记蛋白并不能说明一切，比如一些肿瘤细胞也表达多能干细胞的蛋白但他们就只能是肿瘤细胞。
       与此同时，关于iPS细胞属性的报道也开始出现冲突。Thomson发现iPS细胞不仅表达胚胎干细胞类似的细胞，而且他们的表达更加持久。这就说明他们的分化比胚胎干细胞可以更加容易被预测。但是，来自一家生物技术公司Advanced Cell Technology的Robert Lanza说，iPS细胞更加多变。胚胎干细胞再怎么说也只是表达那么几个标记，但是一些iPS细胞表达仅仅是多能干细胞的标记蛋白，而另一些则表达所有的标记蛋白。他得出的结论是细胞的类别上看还是趋于不同。
       即使iPS细胞看起来会分化为被我们选择的细胞，在细胞系之间的多变性却是不可改变的。每一格细胞系都要记过严格地测试。不同的细胞系可能有不同的潜在致癌性，不同的分化潜力和迁移潜力，他们都会和受体有特别的反应。比如所用的试剂产品的不同。同样，Plath也说任何测试或药物都可能影响到细胞系。
       即使有对iPS的各种怀疑，许多主要的研究人员还是愿意把它当作通往胚胎干细胞的另一个途径。1998年底一个建立了人力胚胎干细胞系的Thomson说，只有时间有权利说话，但是我不知道我会向哪走。如果你不能说出iPS细胞和胚胎干细胞的区别，胚胎干细胞就会逐渐走出历史的舞台，他说。如果一切如他预言，这可能会是一个时代的结束。

5 iPS细胞不存在伦理问题？不一定，看你想做什么。

在Yamanaka和Thomson声明他们创造出了人类iPS细胞的第二天，美国总统布什就祝贺这一科学进展是在伦理界限内完成，但是他却不知它的话言之过早。
        一个星期后，Yamanaka告诉Nature：这其中存在着新的伦理学问题，或许还是更糟，因为太多的人都可以做这些尔可以不告诉任何人。Yamanaka说一些人可能用iPS细胞生成配子细胞，例如卵子和精子细胞都可以从iPS细胞得到，他们可以被用于试管人工授精。结果将不是一个相同的克隆，因为基因在形成配子的时候被打乱过。这就可能形成不可预知的生物和潜在的威胁。
        从iPS细胞中得到配子可能被用于不育症的治疗。而且从男性iPS细胞得到卵细胞可以使男同性恋拥有后代。（女同性恋就没那么幸运了，因为Y染色体是生成精子所必需的，而她们没有。）
        这样的不育症治疗将会导致极大的安全问题，但是从胚胎干细胞的实验上推测，这不会在不久的将来发生。形态学上卵子和精子已经从胚胎干细胞中得到，但只有一个小组报道过他们的小鼠胚胎干细胞精子可以和正常的卵子结合形成新的生命，而这一结果还要被重复和证实。
        iPS细胞的冒险者们或许还想去尝试创造生命，例如克隆人。Jaenisch已经成功地克隆出小鼠，他通过将iPS细胞转入一个特殊的用两细胞融合得到的胚胎膜中实现的。通过将这些胚胎放入母鼠子宫，Jaenisch得到了几个和iPS细胞供体遗传特征相同的幼鼠。（并没有成功的小鼠出生，但Jaenisch 说经过足够多的尝试后就能实现。）
        在人类世界重复这样的实验从理论上是可能的，Jaenisch 说，但是这个实验的成功要至少100个胚胎，所以这并不现实。但是受精的胚胎比新鲜的卵子细胞容易得到，一些人还是会试试的。从人体来的iPS细胞也可以被插入到受精胚胎中产生杂合体婴儿。
       这些再生复制的策略至少在现在的技术下不会成功，但是根据现在科技发展速度和iPs细胞的越来越广的新能力，这些危险的实验将会越来越难被控制。
       Yamanaka不得不去游说政府去加强管理。2月21日，日本的科技部长给所有大学和研究所发出通知，禁止人类以及动物的胚胎移植，禁止从iPS细胞的其它途径复制个体，禁止将iPSxibao引入胚胎或胎儿，和禁止由iPS细胞途径得到精细胞。
       Yamanaka说，整个社会必须极快处理iPS细胞的出现带来的挑战，而不是只是科学家，我因这项技术而自豪，但是我也感到巨大的责任。