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人体内的魔术师:干细胞

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人体内的魔术师:干细胞

发布日期:2017-09-14 作者: 点击:

幻化百态的魔术师—— 干细胞

 

虽经过了几百万年的进化,我们的社会已经高度发展,科技业已高度发达,但是却仍旧逃不过老化凋亡的自然规律。生老病死的困惑还在围绕我们左右,禁锢着我们的思想和行为。作为所谓的高级动物,我们人类,有时的渴求却是那么的简单:拥有像低等动物才会有的看似简单的生存本领,如像壁虎那样重长出尾巴而不留下伤疤,像螃蟹那样缺胳膊少腿却依旧可以再生。

 

令人欣喜的是,拨开层层迷雾,科学家们显然已经发现了一些绝地重生、返老还童的蛛丝马迹,为人类的自我修复和抵抗年老色衰的侵袭带来一缕冬日灿烂的光亮。

 

故事的主角,是一群有着非凡魔力的细胞。先进的技术可以让它在人的手中千变万化,衍变成“万物”。同时,还可以让它拼命往回追溯,找回那些年逝去的青春,回到年少时“单纯”的模样。此外,它还如同一个随时准备被唤醒,来解决人们身体问题的种子,扣动着人的心弦,幻化着万般姿态,给人以期许种种。这,就是下面即将展开的,关于神秘干细胞的,种种传奇。

干细胞

 

百变神君

 

我们人体约有40-60万亿个细胞,共分为220多种,包括皮肤细胞、神经细胞、骨髓细胞等。不同的细胞担负着不同的功能。而所有的细胞,却都无一例外,全是由同一个细胞--受精卵发育而来的。

 

想当初,上亿个如蝌蚪般的精子吹响着前进的号角,试图攻城拔寨,刺破卵细胞,而最后,却只有那亿里挑一的超级幸运儿成为仅有的胜利者,出线庆功。顶体反应完成后,小小的精子便一跃进入卵细胞,与之融为一体,形成受精卵。也许看起来,这只是“蝌蚪”前进路上的一小步,可却是生命史上的一大步:自这种精卵结合,个体才被真正的赋予了生命。自此,受精卵的不断分裂使细胞数目扩增,不断地分化也使细胞种类增加。经过多次分裂(5-7天)后,便形成了未分化的,有可能变成不同类型细胞的胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES 细胞)。这些细胞是万能的,可以成为体内细胞中的任何一种,进而发育形成人体的各个组织和器官。这就像是母体里被播种下的一颗种子,生根发芽、枝繁业茂,最终成形并形成我们这个复杂而又完整的生命个体。

 

科学家们想尽一切方法,试图去了解并获取到精确控制这种细胞的能力,让一直崇尚“人定胜天”观念的我们,成为掌握一切的“总闸开关”,左右着故事的行进方向。试想一下,如果真能让这种万能细胞按照我们的意愿随意“变身”,那么,修复患病组织甚至器官,不就正如换个轮胎安个螺丝那么简单便行么?我们如果什么地方受了伤的话,那么这些细胞直接通过增殖,便轻易的摆平一切,把受伤的组织修复如初,那该是多么美妙的事情啊!

 

科学家们坚信这个来自早期胚胎(原肠胚期之前)或原始性腺的,被称之为胚胎干细胞的“怪物”拥有幻化一切的可能,是公认的最佳干细胞的来源。

干细胞研究

 

可是,不要高兴得太早了! 尽管无论在体外还是体内环境,ES细胞都有能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型的潜能。然而,ES细胞研究的同时,却也伴随着各种甚嚣尘上的种种争议。胚胎干细胞所引发的政治和伦理问题,正如它的科学问题一般高深复杂:支持者认为它有助于根治很多疑难杂症,是一种挽救生命的高尚行为,是科学进步的表现;而反对者则认为,进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎,而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式,这不就是在间接的谋财害命么?此外,一些流产或废弃的人类胚胎被研究人员进行研究,白白牺牲掉了,同样会引起人类胚胎伦理学地位的争论。正是由于胚胎干细胞的研究往往会触碰到伦理道德的边缘,因此多国禁止对其进行研究。

 

让我们回望下历史,就不难知晓它的艰难曲折了:在干细胞技术刚刚萌芽的上世纪九十年代初,克林顿是第一位支持并鼓励人类胚胎研究的美国总统。然而仅两年之后,便变卦缩水,还在宪法中明令写下:联邦政府不能资助涉及创造或毁坏人类胚胎的研究。在布什执政期间,继续采取紧缩政策:政府只拨1亿美元资助60个细胞系的研究。

 

在美国之外的欧洲,说起来也都是一把辛酸:欧盟在06年决定,他们将不资助“涉及毁坏人类胚胎”的研究;奥地利、丹麦、法国、德国和爱尔兰也都不允许本国科学家开发胚胎干细胞;基督教圣殿罗马天主教堂在2008年颁布《人类尊严》文件,继续维持其二十多年来对胚胎干细胞研究的反对......


尴尬的替身

 

既然胚胎干细胞的研究阻碍重重,争议颇多,那还有其它可供替换的其它选择么?

 

此时,就不得不提及,摆在科学家面前的,那源于上世纪六十年代,由加拿大多伦多大学科学家Ernest McCulloch和James Till等发现的成体干细胞了。

 

说起来,我们的人体的确很神奇。伴随着个体的成长,身体里的血液、四肢、器官会逐渐趋于发育完全,不同部位各司其职,相互协调。要想让这些已经成型的组织重新发育,看似几乎是不可能的。但事实上,也不是完全没有机会。成年人身上如脑、骨髓、外周血液、血管、骨骼肌、皮肤、肝脏等处其实是有干细胞的。它并没有消失掉,而只是藏身在各个角落罢了。不过,与前面所提及的胚胎干细胞相较之下,成体干细胞还是显得身单力薄:量少不说,且在体内一般处于静息睡眠的状态,常常潜伏不表,明显的“耍大牌”么这不是而要想动用下这些少之有少的且不太愿意“劳筋动骨”的成体干细胞,谈何容易哟。拿骨髓细胞来说吧,每一万到一万五千个细胞中,仅有一个是造血干细胞,对于它的发现可谓是大海捞针,让科学家们颇费了一番工夫。不过令人欣喜的是,研究人员们经过常年不懈的探索,现已可以通过技术手段来识别它,并且让它再生出治疗人类血液疾病的新细胞了。

 

那么此时,或许有人会有这么一个疑问,为什么受精卵能发育成一个人,而造血干细胞只能发育成血细胞呢?它们的遗传物质不是一样的么?这就不得不提及基因的神奇之处了!尽管不同的组织细胞有着相同的遗传物质,但是他们面临的环境,以及调控方式却是不同的,像甲基化,磷酸化,小RNA干扰,组蛋白修饰等等就差别迥异(打个比方,就像是做饭的时候,用同样的米面等材料,经过不同的方式,什么揉搓啊、劈砍啊、甩弄啊、混搭啊,就可以制造出各种色香味不同,差别极大的成品-可以是面条、是馒头、是饼…)。于是,有的基因在肌肉组织里会表达,但是在神经里被抑制,不表达;有的基因在血细胞里高表达,但是在淋巴里受调控,表达量低;有的基因表达所产生的蛋白在这里被修饰成了圆形,在其它地方却被剪成了方形。自此,各种“打扮”方式正如同一层层复杂难拧的开关,形成着数之不尽的排列组合,造就着大相径庭的后果。

 

科学家们一直试图去做的,便是寻找到各种开关,并弄明白其开合关闭之道。当然,一旦我们完全掌握了这些开关的控制方式,一扇崭新的大门必将完全打开。


这就不禁让人畅想:如果人体的其他组织和器官,也能像血液一样,可以直接获得成体干细胞这样的“种子”,然后弄明白控制开关,那是否也可以让我们再生出可以替代患病或缺失的任何组织呢?是不是那样的话,就可以像胚胎干细胞那般“为所欲为”,横行无阻呢?

 

理论上,或许应该如此。不过,实际上,还有很多问题亟待攻克。要知道,即使是像血液干细胞这样已经发展了几十年的技术也进展有限,真正长期在体外扩增和培养成体干细胞的血液干细胞技术仍然不是很成熟。更不用说那些刚刚开始的其他器官的成体干细胞的研究了。就目前看来,较胚胎干细胞后续(4周后)的胎儿组织干细胞、脐带血干细胞等,可变范围还是较窄,“能耐”有限。

 

当然,种子,一般是有限的,且会有发芽凋败那天。而最后,当枝叶枯黄,伴随着阵阵秋风絮絮下坠的时候,它已老去,能成的,只是为作陪衬,拌入春泥,甘当护花。

 

所以,我们需要,需要变通!

 

如果说成体干细胞是一颗特定的种子。种瓜得瓜,种豆得豆。那么是否有一种万能种子,可以种出人们想要的任何东西呢?或是,存在着这样一个“怪物”:它虽不是严格意义上的种子,却可以受外界蛊惑而成为可以七十二变的悟空呢?

 

哈哈,现在就是见证奇迹的时刻了:2006年,日本科学家Shinya Yamanaka(山中伸弥)横空出世,宣告诱导多能干细胞技术(iPS,induced pluripotent stem cell,诱导多能性干细胞)的正式实现。这项技术可以将终末分化的体细胞逆转成干细胞。且正是由于此项突破性的贡献,他被历史所铭记,与英国剑桥大学约翰?戈登(John Gurdon)教授一起荣获2012年诺贝尔生理或医学奖。

 

简单说来,技术是这样的:用人工诱导的方法将四个精心筛选而得的因子,导入体细胞中,使已成形的终末细胞逆转,重新编程,恢复成几乎是受精卵后三天的类胚胎干细胞状态,成为“种子”。这个过程如同返老还童,直接便将成年推回到婴幼儿时期。让生命重新来过,开展新的征程。

 

此翻折腾所获的iPS细胞,最重要的优势就是,它规避了胚胎干细胞研究的伦理壁垒。用成体细胞来培养出胚胎干细胞,就是在创造着新的“种子”,不涉及有关胚胎、生命、意识等这些问题。另外,它也规避了捐献的供体和受体的问题,克服了异质性和排斥反应的干扰。由此,诱导多能性干细胞技术真正做到了用自己的细胞治疗自身的疾病,无需求助于他人。这应该算是“自己动手,丰衣足食”的典范了吧!

 

因此,基于iPS,我们不难想到,或许有这么一天,在诱导干细胞技术成熟后,大家不用再担心身体配件的缺失损坏了,就是像缺血那样现在看来万分头疼麻烦的事儿,也只需随便取一块儿皮肤,学猴哥那样放在掌心一吹,便可“瞬间”变化成血的了。

 

当然,前途是美好的,现实往往是残酷的。由于目前对诱导技术的研究还处在初级阶段,既不够深入也不尽成熟。而且,在诱变过程中暂时还存在着这样或那样的问题,诸如致次瘤性较高,诱导效率较低,“变身”的火侯力道掌控得不够理想等。不过,相信,随着iPS的研究的不断深入,对细胞机理研究的更多的了解,人类将会在不远的未来搞定各种阻障,玩弄细胞于鼓掌之中的。

 

期待吧,致我们所钟爱的“百变神君”-干细胞!


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