2001年,美國第43任總統喬治•沃克•布什(George W. Bush)因為倫理和安全問題,對取材自植入前胚胎的干細胞研究下了禁令。這一政策大大阻礙了干細胞領域的研究步伐。
5年后(2006年),來自于京都大學的科學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)和他的學生高橋和利(Kazutoshi Takahashi)為干細胞研究帶來了新思路。他們利用4個轉錄因子成功實現了體細胞的“重編程”,將其誘導回最初的多能狀態,這些有著類似于胚胎干細胞的細胞隨后正式被命名為誘導性多能干細胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)。理論上,iPSCs能夠分化成多種細胞類型,例如心肌細胞、神經細胞等等。
2012年,山中伸彌榮獲諾貝爾生理學或醫學獎。這一技術回避了使用胚胎引發的倫理道德問題,能夠有效降低免疫排斥風險。但是時隔10年,圍繞iPS細胞治療疾病的試驗依然存在很多未知和挑戰。
目前,山中伸彌就職于京都大學iPS細胞研究和應用中心,同時他在加州大學Gladstone 研究所帶領一個研究小組,專注于挖掘細胞多能性、誘導重編程的關鍵因子。
2017年1月17日,《紐約時報》對山中伸彌進行了專訪,請他分享了誘導性多能干細胞這十年的發展以及前景。
Q:自誘導性多能干細胞被發現至今,已經過去10年。這十年間,iPS細胞在疾病治療領域的應用如何。
山中伸彌:目前,我們依然處于研究初期。2014年,日本發育生物學(CDB)RIKEN中心的眼科醫生Masayo Takahashi團隊成功利用iPS細胞治療黃斑變性,并完成首例臨床試驗。他們從70歲高齡黃斑變性患者獲得皮膚細胞,將其重編程iPS細胞,并應用該多能干細胞生成視網膜色素上皮(RPE)細胞,最終將RPE層植入患者眼睛中。這一治療終止了患者的黃斑變性,并改善視覺問題。
Q:是否有其他患者接受治療?
山中伸彌:在Takahashi團隊計劃進行第二例臨床試驗之前,我們發現患者iPS及RPE細胞存在基因突變。為了安全,我們終止了相關臨床試驗。多能干細胞有無限更新、復制的能力。但是它是一把雙刃劍。伴隨著細胞復制,突變的幾率上升,從而增加了致癌等風險。
Q:所以,這一治療方法現在仍然被擱置著嗎?
山中伸彌:是的。我們正在研究利用外源性干細胞治療疾病,這些相容的干細胞來源于捐贈者,治療思路類似于同血型輸血。
我們對捐贈細胞進行嚴苛的檢測,包括基因組測序以確保干細胞不攜帶致癌性突變。我們將這些外源性干細胞分化成視網膜細胞,在確保相容的前提下將其移植至小鼠或大鼠眼中長達一年,以確保其安全性。
Q:“外源性干細胞”治療不同于您之前提到的試驗:使用患者自己的干細胞分化成成體細胞,這種個性化醫療方案能夠降低免疫排斥的風險。為什么會轉向異體干細胞呢?
山中伸彌:這是因為個性化醫療需要投入大量時間和成本,為每一位患者構建誘導性多細胞,包括相關基因測序和動物試驗。
Q:您預計,滿足日本患者的治療需求需要多少種捐贈細胞類型?
山中伸彌:并不需要很多。一種干細胞類型能夠適用于17%的日本人群。我們預估,約100種細胞系就可以治療1億日本人。
Q:干細胞的應用前景是否被夸大?
山中伸彌:某種程度上,它確實被夸大了。我們通常認為,干細胞有望治療帕金森、視網膜和角膜疾病、心臟病、肝臟衰竭、糖尿病、脊髓損傷、關節疾病和一些血液類疾病,這10種左右的疾病也許就是全部。
人類疾病種類繁多,我們不知道有多少種,干細胞治療僅僅只能夠解決其中一小部分。
Q:為什么這么少?
山中伸彌:構成我們身體的細胞類型超200種。一些疾病的發生是因為其中一種細胞失活,例如帕金森癥、心臟衰竭。對于這類疾病的治療,常常可以借助干細胞技術試驗。但是很多疾病涉及多種細胞的功能紊亂,這是干細胞不能解決的。
Q:對于帕金森、糖尿病等疾病,干細胞治療的前景如何?
山中伸彌:我認為針對這些疾病的臨床試驗將在未來十年內相繼開展。
Q:您如何看待,誘導性多能干細胞并不能完全取代胚胎干細胞?
山中伸彌:不同的情況需要不同的治療手段。
Q:現在有一種新的重編程技術,它不同于誘導性多能干細胞,可以將一種終末分化細胞直接轉變為另一種終末分化細胞。
山中伸彌:我們將這一技術稱為“細胞直接重編程”,它跨越了分化細胞去分化以及再定向分化為特定功能細胞的過程。如果我們需要替換老人膝蓋全部的軟骨組織,那么直接重編程而來的細胞可能優于iPS細胞。但是如果我們治療的對象僅僅是膝蓋存在小損傷的年輕人,那么iPS細胞治療可能是首選。
Q:未來對于干細胞治療,您最大的擔憂是什么?
山中伸彌:我認為,科學的發展遠遠先于倫理爭議。當我們成功研發出誘導性多能干細胞,我們會認為“哇,我們能夠繞開使用胚胎干細胞的倫理問題了”。但是不久之后,我們意識到,新的倫理問題正在出現。
如果將誘導性多能干細胞注射到豬胚胎中,我們能夠獲得人的腎臟或者胰腺。但是我們真的能這樣做嗎?這無疑備受爭議。但是它確實能夠幫助成千上萬的患者,所以達成倫理共識很重要。
Q:帕金森、糖尿病等患者在能夠接受干細胞治療之前需要準備什么?
山中伸彌:時間和金錢。
我初中的時候,父親在工廠弄傷了腿。治療過程中因為輸血而感染了丙型肝炎。1989年,他因此不幸去世。25年后,科學家研發出高效的直接抗病毒藥物,它們能夠有效清除病毒。現在,iPS細胞僅僅只有10年的研究歷史,所以距離臨床應用依然需要時間。
參考資料:
The Stem-Cell Revolution Is Coming — Slowly
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