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干细胞治疗神经系统疾病概况
神经内科晏勇
一、干细胞治疗正成为征服人类疾病的新疗法
19世纪科学家发现一些细胞有“制造”其他细胞的能
力。20世纪早期,欧洲科学家第一次发现了真正的干细
胞——可产生所有血细胞的细胞。这个发现导致了80
年代骨髓移植疗法的问世。
干细胞(Stem Cells)的英文意义是“起源的细胞”,
这类细胞正如一颗富有生命力的种子,既能通过对称
分裂进行自我复制,又能分化成为机体内各种类型的
细胞,进一步形成各类组织和器官。这样的特性被称
为“自我更新”和“多潜能”。
1998年是拉开人类胚胎干细胞研究序幕的关键里程
碑。这一年,美国科学家Jumes Thomson从体外受精
的人胚胎内层细胞团中分离出干细胞,对其进行体外
培养并获得成功,从而证明人类胚胎干细胞(ESC)
能被诱导分化成为替代病损组织的功能细胞。实际
上,ESC是一种高度未分化的细胞,它具有发育的全
能性,亦即具有能分化出成体动物所有组织和器官的
潜能。
存在的问题:
1、伦理问题人们虽叹服ESC几近完美的“全能
性”,但由此引发的伦理问题却使科学家左右为难。
2、最主要的困难是如何解决免疫排斥问题。
1)应用核移植的方法,将病人的体细胞去核,再将
核移植到去核的卵细胞中,然后再将杂合细胞推动到胚
胎的囊胚阶段,从中分离ESC。此研究目前尚未成功。
2)孤雌生殖的方式来获得人类胚胎。
3、ESC应用于临床疾病治疗的另一忧人之处是
ESC本身具有形成畸胎瘤的特性。虽然在移植实验中
尚未发现成熟分化所得到的细胞发展成肿瘤现象,但对
于ESC在体外正常维持和扩增中,是否存在着类似肿瘤
的表观遗传学的改变,是一个值得重视的课题。
此时,事情却又出现了转机。
1999年12月,美国科学家Margarel Goodel发现小
鼠肌肉组织干细胞可以“横向分化”成血液细胞,这一重
大发现扭转了人们对成体干细胞的固有认识,直接促
进了人成体干细胞应用研究的发展,为干细胞研究开
辟了一条开阔的新路。目前,越来越多的科学家已经
证实:人类成体干细胞具有普遍的“横向分化”能力。亦
即是说,源于某系统的干细胞能够突破其“发育限制”,
分化成其他系统的组织细胞。如此一来,就能利用患
者自身的健康组织干细胞,诱导分化出病损组织的功
能细胞,从而达到其治疗目的。
尽管干细胞的前景令人憧憬不已,但实际操作起来并非那么
容易。首要的问题就是干细胞作为植入体是否具有安全性及稳
定性、并且保证在长期培养的过程中不会分化?
对此,NIH的美国国家衰老研究所与Geron公司合作,首先证
明了源于不同细胞系的人类ESC具有共同的遗传标记,且可在
相似的实验室条件中培养。这样,人们不但能获得培养干细胞
的最适条件,还能利用干细胞上的特殊标记进行分离纯化。此
外,他们还将人ESC置于无饲养层细胞条件下培养,试图降低
不同物种细胞间的交叉污染。实验结果表明,人ESC有可能被
稳定地保持于一种不分化的状态,在长期培养中不会产生染色
体的异常变异。而另一些由NIH资助的美国科学家显然信奉“本
土培养”原则,他们将人ESC置于源于胎儿或成人组织的饲养
层细胞中测试其控制分化能力,实验亦获得了令满意的结果。
能否进一步控制其增殖和分化的程度呢?
2003年日本学者发现Nanog基因,它是小鼠ESC中
一个起阻止分化作用的转录因子,其存在有利于维持
小鼠ESC的多潜能性和自我更新能力。另外人们还发
现了OCT4和SOX2等重要的转录因子,它们与Nanog一
样,对保持SC的自我更新和多潜能性是必不可少。
2007年末,生命科学界再次涌起波涛。日本和美国
两个课题组相继运用基因修饰技术,对普通人的皮肤成
纤维细胞导入了Oct4、nanog、sox2 等基因,发现成纤
维细胞经过基因重新编程,具备了人类ESC的特性。
Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 4个转录因子可使体细胞
重新回到ESC状态。此成果震动了全世界,美国政府
为此投入30亿美元以资助该课题的深入研究。
Boyer等用基因组水平的位置分析法找出了OCT4、SOX2和
Nanog的靶基因。令人吃惊的是大部分靶基因是被它们共同享有
的。这些靶基因经常编码一些与发育相关的重要同源结构域蛋
白作为转录因子,这些转录因子共同作用,形成了一个由自我
调节和反馈相互循环而组成的调节网络。此外,来自周围组织
及细胞外基质的外源性因素也影响着SC的分化。例如胶质细胞
衍生的神经营养因子,不仅能促进多种神经元的存活和分化,
还对精原细胞的再生和分化有决定作用;又如膜蛋白Notch 及
其配体Delta或Jagged产生的信号能使SC进行非分化增殖。明确
这些影响因素的作用机制,就能调控SC的分化。上述结果显示