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克隆技术能给我们带来更好的胚胎干细胞吗?

2013.7.03

  作为一名科学界的名人,Shoukhrat Mitalipov在过去的这短短一个月的时间里就已经体验过了一番过山车式的大起和大落。Shoukhrat Mitalipov是美国俄勒冈健康与科学大学(Oregon Health & Science University in Beaverton)的生殖生物学(reproductive biology)专家,他因为完成了世界上首例人体胚胎干细胞克隆操作(科学家们长期以来一直都视这项操作为一大技术难题)而名噪一时,可是很快就因为在文章中出现的错误而受到质疑,这篇文章就是今年5月31日匆忙发表在《科学》(Science)杂志第1026页上的那篇文章。

  虽然在将近10年以前,韩国的科研人员也曾经宣称过他们成功获得了人体胚胎干细胞克隆(但后来被证明是学术造假行为),可是到目前为止,Mitalipov等人还是选择坚定地站在他这一边。Mitalipov在上周曾经在国际干细胞研究年会(International Society for Stem Cell Research)上发表过演说,向大家介绍了他们实验室的研究成果,试图彻底打消科研界对这项技术的担忧和畏惧。他还第一次向世人介绍了另外一项研究成果,他们实验室发现,他们的克隆人体胚胎干细胞“完胜”目前正红极一时的另外一种干细胞——诱导多能干细胞(iPS cell),这又一次引发了众人的关注。据Mitalipov介绍,和诱导多能干细胞相比,他们的克隆胚胎干细胞里存在的异常情况更少,更接近真正的胚胎干细胞,这些特性使得克隆胚胎干细胞更适于开展科学研究,也更适于治疗线粒体异常等疾病。

  可是Mitalipov也提醒道,由于目前在科学研究方面还存在很多对胚胎来源细胞的限制,所以很多科研人员都无法重复和验证他们的试验,也不能在这方面开展更进一步的研究工作。实际上,Mitalipov也曾经遭遇过这方面的限制,他曾经试图向美国加利福尼亚州的一位科学家验证他们的试验成果,不过当时Mitalipov也只能给这位科学家寄送一些研究数据资料和对细胞进行的遗传分析资料来解答她的问题,并不能直接给她寄一份真正的细胞让她自己去验证。

  这主要是因为这位来自加州的科学家(她也是Mitalipov的合作者),美国加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的Louise Laurent需要接受加州大学胚胎干细胞监督委员会的监督,必须获得该委员会的批准才可以开展相应的研究工作。美国国家科学院(National Academies)曾经在2005年出台过一份有关胚胎干细胞研究的推荐管理意见,所以有很多学术科研机构都根据这份意见建立了类似加州大学胚胎干细胞监督委员会一类的管理机构。很多科研人员,如果他们接受了美国加州再生医学研究所(California Institute for Regenerative Medicine, CIRM)的资助,那么他们也同样不能开展相应的研究工作对Mitalipov的成果进行验证,因为美国加州再生医学研究所禁止使用任何通过有偿方式获得的卵子细胞开展科学研究。Mitalipov的具体工作是这样的,他利用体细胞核转移技术(somatic cell nuclear transfer, SCNT)将人体皮肤细胞的细胞核注入去核的卵子细胞,最后得到了克隆人体胚胎干细胞,不过他使用的卵子细胞是向妇女们“买”来的。为此,美国加州再生医学研究所也曾经给Mitalipov发过一份邮件,表示他们禁止接受过美国加州再生医学研究所资助的科研人员开展这样的工作,不过Mitalipov并没有接受美国加州再生医学研究所的资助。

  美国国立卫生研究院(NIH)禁止使用胚胎(这种胚胎只能用于研究工作)来源的细胞,Mitalipov在被问及这项禁令时这样说道:“我们很清楚我们的工作是不可能得到NIH的资助的,但是我们曾经对申请CIRM的资金产生过希望。”

  在这次大会演讲中,Mitalipov介绍了四种细胞,它们分别是用体外受精法(in vitro fertilization, IVF)获得的传统的胚胎干细胞、SCNT细胞(将胎儿皮肤细胞的细胞核转移到去核卵子细胞里获得的细胞)、iPS细胞(使用胎儿皮肤细胞重编程得来的 iPS细胞)和被广泛使用的胎儿皮肤细胞系,他们实验室曾经对这四种细胞都进行过研究和比对。为了更进一步确定研究成果,Mitalipov还对所有这四种细胞进行了一次全基因组分析,并且将这些数据和资料全都寄给了干细胞研究专家,同时也是一名产科医生的Laurent。Laurent对这些数据进行了分析之后也对Mitalipov的工作给予了承认,她也认为SCNT细胞拥有和胎儿皮肤细胞一模一样的细胞核,可是SCNT细胞的线粒体却是来自卵子细胞的。这就说明Mitalipov他们的确将胎儿皮肤细胞的细胞核注入了另外一个卵子细胞里。

  Mitalipov等人后来又接着对SCNT细胞和iPS细胞进行了比对,他主要比对的是细胞甲基化修饰(我们知道细胞在发育过程和我们这一生中都会不断的在DNA上添加甲基基团,来关闭基因的表达)的情况。结果Mitalipov和Laurent发现,与iPS细胞相比,SCNT细胞的甲基化修饰模式更接近胚胎干细胞,而且SCNT细胞对这种甲基化修饰模式保持得更好、更持久,iPS细胞在这一点上就明显不如SCNT细胞,iPS细胞的甲基化修饰模式在最开始还比较接近真正的胚胎干细胞,但是过了一段时间之后很快就会发生改变。Laurent介绍说:“SCNT细胞更加稳定,更接近IVF细胞。”

  不过美国斯坦福大学医学院(Stanford University School of Medicine in Palo Alto, California)的干细胞研究人员Marius Wernig则提醒道,到目前为止观察到的SCNT细胞和iPS细胞之间的差异可能也就只反映出了不同胚胎干细胞之间,以及不同iPS细胞之间原本就存在的、正常的差异。有时源自同一个供体的细胞之间都会表现出这种差异。所以Wernig认为现在就下确定性的结论还为时过早,至少还需要得到其他实验室的重复验证才行。

  美国马萨诸塞州坎布里奇白头生物医药研究院(Whitehead Institute for Biomedical Research in Cambridge, Massachusetts)的Rudolf Jaenisch认为,Mitalipov等人开展的工作解决了一个长期未能解决的问题,那就是核转移技术是否可以应用于人体细胞。不过关于这种细胞与 iPS细胞有没有差异的问题现在还没有得到很好的解决。

  Mitalipov也承认他们在不同细胞之间观察到的差异还只是非常初步的研究结论,同时他也认为用核转移技术制备胚胎干细胞成本太过昂贵,而且受到的监管更为严格,在这些方面的确都不如iPS技术。可是Mitalipov还是希望那些有实力开展这方面研究的实验室和科研同仁们能够使用这种技术,用患有不同疾病的患者的细胞培育出各种不同的胚胎干细胞克隆。因为获得这些细胞系才是Mitalipov他们的最终目的。

  可是这些细胞能够帮助我们回答有关iPS细胞的某些问题吗?比如这种干细胞是不是能够分化出所有类型的细胞?Jaenisch对此还是持怀疑态度,他认为只有真正的胚胎干细胞才能够解决这些问题。“获得SCNT细胞非常困难,而且还存在监管方面的问题,很难开展这样的研究,所以我不知道我们是不是非得开展这项工作。”Jaenisch最后这样说道。

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