活体干细胞研究模型成功建立

　　上海交通大学医学遗传研究所黄淑帧教授领衔的课题组，在国际上首次将人脐血内的造血干细胞移植到50头山羊胎中，生出的39头小羊的血液、组织和器官里都有了人的细胞和基因。相关研究成果刊登在了本月的《美国科学院院报（PNAS）》上，并于今天上午通过了专家鉴定。

　　以肝脏和血液为例，除了外壳看起来是羊的肝外，内核都是人的细胞，血液中也表达了人血清的白蛋白。

　　上海科学家研究出的这一成果，其背后的意义在于，为干细胞在活的生物体内的研究开辟了新思路；像血友病、地中海贫血、神经肌肉缺陷等先天性遗传病的患者，未来就不用为家族病史而放弃怀孕生健康孩子的希望；利用这一技术，还能把人和动物的嵌合体的器官当做“药厂”。



　　七年积蓄，喷发出生命科学领域的新辉煌。继1999年成功培育出国内第一头含有人基因的克隆牛“滔滔”后，上海交通大学医学遗传研究所黄淑帧教授领衔的课题组，又在国际上首次将人脐血内的造血干细胞移植到50头山羊胎中，生出的39头小羊的血液、组织和器官里都有了人的细胞和基因。

　　相关研究成果刊登在了本月的《美国科学院院报（PNAS）》上，并于今天上午通过了专家鉴定。



　　专家解读　独辟蹊径巧解排异难题

　　黄淑帧教授告诉记者，干细胞移植，被视为未来最具前景的治疗手段之一。但干细胞研究也面临着许多难题，例如把干细胞移植到异体体内，会遇到排异问题，因此找到合适的配对者十分困难。此外，胚胎干细胞虽然能分化成全身各组织的细胞，但也牵涉到许多伦理问题。韩国科学家黄禹锡造假事件中的伦理问题就备受质疑。

　　不过，黄淑帧教授领衔的课题组却独辟两条“蹊径”，他们选取另一类干细胞———成体干细胞来作研究。比如造血干细胞，尽管它不像胚胎干细胞那样“全能”，但同样能分化成许多种组织细胞，也避免了伦理道德问题。

　　为了解决排异难题，过去做干细胞实验，总要先用放射线、基因敲除等手段，“废”了成年动物的免疫系统，但这种方法很难用到人身上。为此，交大科学家想出了“宫内移植”的方法，把干细胞打到胎儿身上去。黄教授解释说，由于胎儿早期的免疫系统还很“幼稚”，因此不能辨认外来细胞，也就不会产生排斥。



　　实验回放　羊肚子里流着人的基因

　　怎么会想到在羊身上“种”人的干细胞？黄教授说，过去通常是在培养皿里做干细胞的体外实验，无法观察干细胞在活体水平上的存活、分化、扩增和基因表达状况。研究要深入，就必须把研究转向动物身上做实验。

　　在这两个新思路的指导下，上海交大医学遗传所承担的这一国家863专项首先对妊娠的山羊妈妈开刀，摸准了胎中羊宝宝的腹部位置，把人的脐血干细胞用针注射进去。2004年秋天，他们又在B超监视引导下，不动手术刀，成功地将干细胞注射到羊胎儿的腹腔内，还把移植的时间提前到了45至55天的妊娠期。

　　人的干细胞进入羊肚子里，会不会到处“乱跑”？怎么知道它们的分化、增殖过程？为了得到答案，专家们还给注射进去的干细胞装上了“追踪器”———绿色荧光蛋白（GFP）。如果在紫外灯显微镜底下，看到绿色的荧光，那就是人的细胞啦。

　　此外，专家们还在国际上首次使用基因芯片分析了这种“人-山羊嵌合体”的人源基因的表达谱，发现羊宝宝的血液、骨髓、脾、肝、肾、骨骼肌、肺、心脏等器官里，都有人的基因，最高的检出率达37%。以肝脏和血液为例，除了外表看上去是羊的肝外，内核都是人的细胞，血液中也表达了人血清的白蛋白。



　　现场探秘　羊宝宝住顶级“别墅”

　　通过这套技术，课题组对50头山羊实施了人干细胞注射，除了11头羊妈妈不幸流产外，其余39头均顺利产仔，最大的羊宝宝已经有4岁多了。研究发现，这些干细胞均能在小羊体内长期存活，并且持续稳定地表达人源基因。

　　在所长曾溢滔院士的带领下，记者昨天来到这些神奇羊宝宝的“家”———坐落于松江生态园区的上海医学遗传研究所动物试验基地。67岁的曾溢滔教授曾在1999年春培育了我国第一头克隆牛“滔滔”以及乳汁中含有人凝血因子的克隆羊，引起了国内外巨大轰动。但此后，曾院士领导的研究所一直关起门来，不接受媒体采访。

　　作为曾院士的夫人，黄淑帧教授笑着把这7年比喻成“闭门造羊”。“之所以不对外界开放，就是为了能有一个安静的科研环境，科学研究需要戒骄戒躁。”

　　200亩郁郁葱葱的试验基地里，零星点缀着几栋红、蓝色的房子，蓝顶的就是干细胞异种移植羊的“别墅”了。为了参观羊宝宝，记者必须穿过走廊，换上白色隔离服，套上鞋套，再走过一块浸过消毒水的脚垫，才得进入羊舍。

　　曾院士自豪地说：“这可能是最舒适的羊宫殿了，完全模拟天然的生态环境，还具有专利呢。”它是上下两层设计，中间由一层布满小孔的防滑地板隔开。小羊都在上层生活，而排泄的粪便就从小孔中漏下来。这些小孔的大小计算得刚刚好，既能防止个头最小的小羊“调皮”地将脚伸出去，又可以使最大的粪便颗粒掉下来。

　　记者采访时，正是小羊的开饭时间。开放吃草的铁栅栏是伸缩式的间隔设计，定点开放，每1米可容3只羊间隔吃草。这样设计也是为了防止大羊与小羊抢草吃。之后，记者又跟随曾院士去看小羊饭后放风、晒太阳。昨天的气温很高，小羊却很惬意。原来，这里的地面是由煤渣、水泥等材料混合铺成的，具有防晒、抗热的功效。



　　展望未来：血友病患者也能生健康宝宝

　　《美国科学院院报（PNAS）》是与《科学》、《自然》杂志齐名的世界三大综合性科学学术期刊。上海科学家的这一成果，何以能登上《PNAS》？对于首次将人的造血干细胞移植到山羊身上，曾溢滔院士娓娓道出了其背后的意义——

　　首先，我们为干细胞在活的生物体内的研究开辟了新思路。过去基本上都是在体外做实验，不能真实反映干细胞在生物体里面分化、增殖的机制。而人与山羊异种移植嵌合体的诞生，提供了研究干细胞的新动物模型。

　　众所周知，现在要给病人移植器官，器官来源非常有限，还总有配对、排异等难题。随着这一研究课题的深入，将来人类是否可以去找羊换器官？比如糖尿病人，是否可以把自己的干细胞移植到羊身上，“种”一个健康的胰岛出来给自己用，而且不用担心排异反应？曾院士表示，目前的实验正是为实现异种器官移植提供材料基础。

　　还有像血友病、地中海贫血、神经肌肉缺陷等先天性遗传病的患者，未来就不用为家族病史而被迫放弃生育健康孩子的希望了。通过干细胞宫内移植，就可以像打预防针一样轻松进行产前治疗和组织损伤修复。黄淑帧课题组还用实验验证了这一思路，他们培育的HSV-tk转基因小鼠可诱导肝损伤，通过对怀孕12天的胎鼠注射干细胞治疗后，出生的鼠宝宝的肝损伤得到了理想的修复。

　　最后，利用这一技术，我们还能把人与动物的嵌合体的器官当作“药厂”。以肝脏为例，它能制造4000多种蛋白，如果羊身上能长出一只含有人肝细胞的羊肝，就能以此为生物反应器，分离提取出人肝细胞合成的各种药用蛋白。不过，曾院士也强调，目前这些应用前景尚处于构想阶段，离真正的应用还有相当远的距离。



　　相关链接　器官移植供体奇缺

　　市第一人民医院副院长彭志海表示，近年来我国器官移植发展快速，移植器官的种类很广，包括肾脏、肝脏、心脏、胰腺、肺、骨髓及角膜等都已经开展了临床移植。但是器官移植的供体来源很有限，就活体移植来说，临床器官移植最好要取材于近亲，而我国现在的独生子女很多，近亲器官供给很困难。

　　复旦大学附属中山医院泌尿科朱同玉教授表示，全国有大量器官坏死、需要靠移植获得重生的病人，如晚期肝硬化、肝癌、尿毒症、晚期肺病等，但是由于心、肝、肾等器官缺少供源，100个内脏需求者中仅1个能找到供给对象。仅以肾移植为例，全国现在共有100多万需要做肾移植的病人，而做过移植的只有几万人，而新的尿毒症患者正以每年十多万人的速度不断增加，但每年仅有几千人可以得到供体。而异种器官移植是解决临床上人类供体器官短缺的出路之一。

　　此外，先天性疾病包括血友病、地中海贫血、先天性愚型、多指(趾)、白化病、苯丙酮尿症、色盲、侏儒症、先天性聋自、先天性心脏病、先天性白内障、遗传性代谢缺陷病、唐氏综合症等，这类疾病至今已发现了数百种，但大多数疾病仍无有效治疗方法。  



        血友病、神经肌肉缺陷、地中海贫血症，这些与生俱来的遗传性疾病给成千上万的家庭带来无尽痛苦。然而，不久的将来，也许只要像打预防针一样，在孕早期注射一些造血干细胞，就有望在娘胎里将这些疾病治愈。

　　上海交大医学遗传研究所教授黄淑帧领导的课题组，在国际上首次以山羊作为动物模型，将人脐血造血干细胞注射到妊娠45-55天的胎山羊腹腔中，成功构建了能够长期存活的人/山羊异种移植嵌合体，为异种器官移植、产前治疗及组织损伤修复等提供了理论依据和新方法。作为“十五”期间国家863在干细胞领域的重大项目，该成果昨天通过了专家鉴定。

　　干细胞，特别是造血干细胞移植是一种有效的治疗方法，对于多种恶性疾病、遗传性疾病和自身免疫性疾病，以及组织损伤修复等都具有广泛的应用前景。然而，由于难以找到合适的配型，以及移植后出现的排斥反应，干细胞治疗的临床应用受到相当限制。

　　此次，黄淑帧课题组另辟蹊径地采用宫内移植技术，将干细胞移植的时间提前到胎儿时期。由于胎儿早期的免疫系统尚未发育成熟，对于移植的异体细胞不会产生排斥反应。

　　自2000年起，黄淑帧课题组开始尝试着在B超的引导下，将造血干细胞注入到胎山羊腹腔，如今最早接受移植的胎山羊已经成活了2年以上。通过追踪干细胞中的荧光标记物，研究人员发现，人源干细胞在山羊的血液、肝脏、肾脏、心脏、肌肉、肺等器官中均有较高比例的分布，并能分化成相应的人组织细胞，如人肝细胞。

　　在此基础上，科学家有可能在未来将人的细胞与动物细胞分离，提取纯粹“属于人”的细胞，然后给病人进行细胞治疗，或者直接将人/动物异种移植嵌合体作为异种器官移植的供体。同时，人/动物嵌合体的器官还有望成为一座“制药厂”，通过生物工程等技术批量生产人源蛋白。要知道，仅人肝脏细胞就能合成4000多种人源蛋白。

　　紧接着，课题组用同样的方法，对怀孕12天的胎鼠注射造血干细胞，并由此使小鼠受损的肝脏获得修复。这表明，干细胞宫内移植技术在产前治疗和组织修复方面有着巨大潜力。

　　值得一提的是，与容易引发伦理争议的胚胎干细胞研究不同，造血干细胞属于成体干细胞，只能分化为所在器官的成熟细胞，因而回避了伦理这一敏感问题。据悉，该成果的相关论文已在国际著名杂志《美国科学院院报》上发表。



上海交通大学医学遗传研究所黄淑帧教授领导的一个研究团队，通过宫内移植的方法，在国际上首次将人的成体干细胞成功植入山羊体内，建立了人源性干细胞能在山羊体内长期存活的“人／山羊异种移植嵌合体”。  

５月２９日，这项研究成果通过了上海市专家鉴定委员会的鉴定。  

这项研究已经引起了国际学术界的关注。５月１６日，国际著名杂志《美国科学院院报》发表了黄淑帧教授课题组的“应用基因表达谱分析人脐血造血干细胞在山羊体内多脏器的附植和分化”的研究论文，表明中国科学家在干细胞研究领域获得新的重要进展。  

涉及到一个机体拥有两种不同物种的细胞或组织，这种生物称为嵌合体。国际上已经明确，禁止将全能人类胚胎干细胞引入处于早期发育阶段的动物，禁止开展人类嵌合体胚胎试验研究。  

黄淑帧教授的研究特别注意规避伦理方面的问题。课题组的研究均采用成体干细胞，而非胚胎干细胞进行，因而不存在伦理问题。  

干细胞移植，特别是造血干细胞移植是一种有效的治疗方法。然而，对于干细胞移植后在正常活体内的生物学行为由于研究材料所限，至今所知甚少，特别是由于难以寻找合适配型的供者、移植后常出现的宿主抗移植反应和需长期进行免疫抑制治疗等问题，使其临床应用在目前仍受到相当的限制。  

近年来发展起来的一种干细胞移植新技术——宫内移植，它将移植的时间推前到胎儿时期，由于胎儿早期的免疫系统尚未发育成熟，因此对移植的外源细胞产生免疫耐受性而不予以排斥，也不需要移植后进行免疫移植治疗。  

有关资料显示，美国科学家将人胎肝造血干细胞通过开腹后宫内移植的方法，移植到胎龄为４８－５４天的胎绵羊体内，建立了人／绵羊异种移植嵌合体以及研究工作。  

而黄淑帧教授的创新在于宫内移植采用非手术技术，在Ｂ超监视下，将人脐血造血干细胞注射到妊娠４５－５５天的胎山羊腹腔中，成功地建立了人／山羊异种移植嵌合体。  

目前已经在８２头胎山羊腹腔中建立了嵌合体，其中有６０头胎山羊移植成活。移植的干细胞可以在山羊体内存活２年之久。  

黄淑帧教授继而又综合应用分子生物学、细胞生物学、免疫组织化学和基因芯片等技术，系统地分析了人源干细胞在嵌合体山羊多种脏器的存活、扩增和分化以及人源基因表达状况和非损伤条件下可塑性等生物学特征。  

结果显示，人源干细胞在山羊的血液、肝、肾、肌肉、肺等器官高比例的归巢并分化成相应的人的组织细胞（如人肝样细胞等），显示了广泛的可塑性，而这种可塑性并非由细胞融合机制所致。  

在２９日的鉴定会上，评审专家们认为，此项研究工作为异种器官移植、细胞治疗和人源蛋白的生产等提供了新的思路，并为通过干细胞宫内移植进行疾病的产前治疗和组织损伤的修复等提供理论依据和技术手段，对一些目前难以根治的先天性／遗传性疾病的治疗也提供了新的治疗途径。



        干细胞研究是当今生命科学的一个前沿课题，但以往人们主要局限于体外研究，对其在正常活体内的生物学行为知之甚少。最新一期《美国科学院院报》（PNAS）上发表了上海交通大学医学遗传研究所黄淑帧教授课题组的相关论文，标志着这一领域的研究有了突破性进展。  

　　为了避免体内免疫系统对外源干细胞的排斥反应，黄淑帧教授等巧妙利用胎儿早期免疫系统发育尚未成熟的特点，在B超监视下，将带有绿色荧光蛋白（GFP）报告基因标记的人脐血造血干细胞注射到妊娠45—55天的胎山羊腹腔中，成功地建立了人源干细胞能在山羊体内长期存活的人/山羊异种移植嵌合体。在活体水平上系统地观察、分析了人源干细胞在嵌合体山羊多种脏器中的生物学特征，并用基因芯片分析了嵌合体中人源基因的表达谱，获得了宝贵的科学资料。同时，黄淑帧领导的课题组还构建了肝脏损伤的转基因小鼠模型，并在胎鼠怀孕12天时注射干细胞来治疗小鼠的肝脏损伤，成功地使肝脏损伤获得修复。  

　　5月29日，该课题组的成果在上海交通大学顺利通过鉴定。该成果还具有多项潜在意义，为产前治疗血友病、地中海贫血病等疾病提供了理论依据和技术手段，为人源蛋白的生产开辟了新的思路和途径。