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诱导性多能干细胞的研究历史

2022.9.02

1950年代,英国发育生物学家约翰·格登的一系列实验表明,将蟾蜍成体细胞的细胞核移入去除细胞核的卵细胞后,这个重组的细胞可以发育为一个完整的蟾蜍个体。这一发现否定了此前一度流行的一个学说:细胞在分化的过程中会不断丢弃不需要的遗传物质。约翰·格登的实验证明动物成体细胞仍然拥有全套基因组,有发育成完整个体的潜力。

iPS细胞诱导技术的发现者山中伸弥于1999年入职日本奈良先端科学技术大学院大学(NAIST)担任副教授。在1999年至2003年间,他提出了通过转入外源性因子使体细胞重编程为干细胞的猜想,并与博士后高桥和利开始了相关的研究。2003年,山中伸弥得到了大阪大学教授岸本忠三的支持,获得科学技术振兴机构5年3亿日圆的经费支持。同年,山中伸弥升为正教授。2004年,山中伸弥转任京都大学教授。

山中伸弥团队最初选择了24个候选基因,并制备了分别含有这24个候选基因的慢病毒载体。最初,山中伸弥的团队同时将这24种慢病毒载体转入小鼠的成纤维细胞中,发现有部分细胞回到了与胚胎干细胞类似的状态,并形成了细胞集落。在经过几次重复实验确认结果的可靠性后,山中伸弥团队又在这24种基因中进行了进一步筛选,最终确认了一组最佳的组合:当同时向成体细胞转入Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4四种转录因子时,就能有细胞转化为多能性干细胞。2006年,山中伸弥团队发表了他们的这一实验结果。在山中伸弥发表这篇论文后,实验结果的真实性曾一度遭到同行的质疑。2007年4月,美国生物学家鲁道夫·耶尼施首次表示山中伸弥的实验是可重复的。随后,其他课题组也先后重复出山中伸弥的实验。同年,研究人员成功使用人的成体细胞取得人源性的iPS细胞。之后,研究人员又成功制备了山羊、大鼠、狗等哺乳动物的iPS细胞。

在山中伸弥团队宣布发现iPS细胞后,iPS细胞很快成为生命科学领域研究的热门。根据统计,仅2006年到2009年之间,就有300余篇关于iPS细胞的论文发表。iPS细胞诱导技术的发现者山中伸弥于2012年与约翰·格登爵士一同获得了诺贝尔生理医学奖。同年,京都大学教授高桥政代与山中伸弥合作,计划展开一项使用iPS细胞治疗黄斑部退化的临床试验。在该试验中,会先用患者的体细胞产生iPS细胞,然后再令取得的iPS细胞分化为视网膜色素上皮细胞。最后,将得到的视网膜色素上皮细胞用于修复患者的视网膜。2014年,该计划正式进入临床试验阶段,成为全球首个进入临床试验阶段的iPS细胞相关治疗方案。试验开始后,研究团队曾一度宣布实验进展顺利,患者的病情得到了缓解,视力也有了提高。但最后因为发现iPS细胞和分化的细胞基因组中存在两处变异,研究团队于2015年宣布停止这项临床试验。2016年3月,高桥政代团队又进行了一次移植手术,将重编程自正常人体细胞的iPS细胞重新分化为视网膜色素上皮细胞,并将之移植入一名黄斑部退化患者的眼部。移植手术本身是成功的,但后续报导表明,患者在手术后产生了严重的不良反应。


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