干細胞研究與再生醫學

隨著科學技術的進步、生活水平的提高及醫療條件的改善，人類的平均壽命顯著增加。由于機體的自我更新能力隨年齡增長而下降，因此人口老齡化不可避免伴隨著各種退行性疾病的普遍發生，如心血管疾病、糖尿病、老年癡呆癥等。打個比方，人體就像一臺機器，出生相當于機器出廠。伴隨著這臺機器的使用，組成機器的零件會發生不同程度的磨損，而且使用時間越久磨損程度越厲害。機器出故障了就需要零件來修理。遺憾的是，組成人體這臺機器的零件很難獲得，器官移植的來源一般是死者捐獻的遺體，遠遠滿足不了日益增加的需求。干細胞的發現為解決這一難題提供了全新的手段。

　　干細胞是一類特殊的細胞。它們可以自我更新，并且可以分化成特定類型的功能細胞。根據來源的不同，干細胞一般分為胚胎干細胞（embryonic stem cells）和成體干細胞（adult stem cells）。胚胎干細胞可以分化成體內所有類型的細胞，而成體干細胞可以分化成相應器官的所有類型的細胞（如造血干細胞可以分化成造血系統所有類型的細胞）。因此，可以先將干細胞分化成特定類型的功能細胞（如心肌細胞、胰島細胞、神經細胞等），再將這些細胞移植到病人體內，替代損傷的組織，這就是再生醫學的基本原理。與傳統的藥物治療相比，細胞治療具有以下優勢：藥物治療往往通過干預某些信號通路來發揮作用，而細胞治療則是用健康的細胞替代損傷的組織，更能從根本上治愈疾病;某些疾病尤其是退行性疾病，傳統的藥物治療很難發揮作用，只能依賴與細胞治療。干細胞研究和再生醫學給治療退行性疾病帶來全新的手段和希望，引起各國政府的重視和大眾的關注，在掀起干細胞研究及應用的熱潮。隨著老齡化的問題日益嚴重，細胞治療必將成為未來醫學的主流。

　　本文簡單介紹干細胞研究與再生醫學的現狀、干細胞臨床應用需要克服的問題及該領域的發展趨勢，分為多能干細胞和成體干細胞兩個部分。

　　多能干細胞與再生醫學

　　人類的發育始于受精卵，在早期發育的胚胎中存在一類多能性細胞，這些細胞將發育成組成人體的各種細胞。1981年，Martin Evans和Gail Martin分別建立了小鼠胚胎干細胞系，而該項成果也讓Martin Evans和另外兩位科學家獲得了2007年的諾貝爾獎。1998年，來自美國威斯康辛大學的Thomson JA等人在science雜志上報道成功建立了人胚胎干細胞系。由于人胚胎干細胞系可以分化成人體任何一種細胞并應用于移植，為多種困擾人類的疾病提供了全新療法，因此該研究立即引起科學界巨大轟動，開創了干細胞研究的浪潮。2006年，日本京都大學教授山中伸彌（Shinya Yamanaka）等人在Cell雜志上報道通過轉染四種轉錄因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc）將小鼠成纖維細胞重編程為誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells）。該方法解決了傳統方法建立病人特異多能干細胞的致命缺點（效率低，需要大量卵細胞;建立胚胎干細胞系需要破壞胚胎，引起道德倫理爭議;目前尚無人的核移植多能干細胞建系成功的報道），立即在掀起iPS研究的浪潮，而山中伸彌也成為諾貝爾獎得主的熱門人選。

　　從人胚胎干細胞建系成功之初，科學家們就嘗試將這類細胞分化成有功能的細胞。通過模擬體內發育過程，目前科學家們已經可以將人胚胎干細胞分化成多種細胞（如神經元，心肌細胞，胰島細胞，血細胞等），甚至可以得到類似體內組織的結構，并在多種動物模型上驗證這些分化得到的細胞是有功能的。通過組織工程的手段，即將這些細胞種在生物材料上，可以進一步獲得組織甚至是器官，目前已經可以獲得人造皮膚、人造膀胱等。

　　2009年，美國食品和藥物管理局（FDA）批準加州的生物技術公司杰隆（Geron）開展世界上*基于人胚胎干細胞的臨床試驗。該公司首先把人胚胎干細胞分化成運動神經元，再將這些細胞移植到10個左右的癱瘓病人體內，并觀察這些細胞能否恢復損傷的脊髓的功能。目前，該研究仍在進行中，估計不久的將來該公司會宣布這項試驗的結果。zui近，FDA又批準另一家公司（Advanced Cell Technology）開展另一項人胚胎干細胞的臨床試驗。在這項研究中，科研人員將把人胚胎干細胞分化成的視網膜細胞注射到10個患有視力障礙的病人的眼球內。近期，法國批準了該國*例人胚胎干細胞的臨床試驗。George Pompidou醫院將嘗試用人胚胎干細胞分化成的心肌細胞治療心臟病。未來幾年世界范圍內將會有更多的基于人胚胎干細胞的臨床試驗。

　　然而，要實現多能干細胞的普遍應用，需要解決一系列問題。首先，基于人胚胎干細胞的治療會引起免疫排斥，雖然iPS技術可以有效解決這一問題，但個體化治療有成本太高、周期較長等缺點，折衷的方案是建立覆蓋整個人群的iPS細胞庫。其次，現有的人胚胎干細胞的分化方法效率不高，殘留的未分化人胚胎干細胞移植到病人體內后有長畸胎瘤的風險，因此需要進一步優化現有的分化方法。再次，大規模的治療需要大量細胞，而現有的人胚胎干細胞的培養方法費時費力，需要開發基于生物反應器的批量培養體系。zui后，理想的細胞治療是移植體外培養得到的組織甚至是器官，而目前這方面的報道很少，將來需要將干細胞技術和組織工程結合起來，通過將人胚胎干細胞分化成的細胞種在生物支架上，得到人造組織和器官。

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