2010年度國內(nèi)干細(xì)胞研究進(jìn)展盤點(diǎn)
時(shí)間流逝如同白駒過隙，轉(zhuǎn)眼又到了2010年的尾聲。今年對我們國家來說是不同尋常的一年，上海世博會和廣州亞運(yùn)會順利舉辦，GDP超過日本位居世界第二，Cell Research影響因子首次突破8；同樣，今年也是我國干細(xì)胞領(lǐng)域不同尋常的一年。去年的這個(gè)時(shí)候，生物谷就國內(nèi)2009年干細(xì)胞研究的成果做了一個(gè)總結(jié)。依照慣例，現(xiàn)將國內(nèi)今年干細(xì)胞研究的成果總結(jié)如下。由于干細(xì)胞研究的范圍很大，某些工作在這里可能沒有提到，特此向這些工作的作者致以誠摯的歉意。
一、干細(xì)胞的概念及研究歷史
目前科學(xué)界公認(rèn)的干細(xì)胞的定義是：干細(xì)胞（stem cells）是這樣一類細(xì)胞，它們可以自我更新(self-renew)，即通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子細(xì)胞中至少有一個(gè)仍是干細(xì)胞；同時(shí)它們在特定的條件下可以分化成不同類型的功能細(xì)胞，與之相關(guān)的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)是可以形成有功能的器官或整個(gè)個(gè)體。
20世紀(jì)初就有科學(xué)家提出“干細(xì)胞”這個(gè)概念，然而直到1963年，加拿大研究員Ernest A. McCulloch和James E. Till才首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)干細(xì)胞的存在。他們發(fā)現(xiàn)小鼠的骨髓細(xì)胞中存在可以重建整個(gè)造血系統(tǒng)的細(xì)胞，即造血干細(xì)胞。經(jīng)過近五十年的研究，造血干細(xì)胞是目前研究最清楚的干細(xì)胞，為干細(xì)胞其他領(lǐng)域的研究提供了許多指導(dǎo)性意見。迄今為止，人類陸續(xù)在其他器官中發(fā)現(xiàn)成體干細(xì)胞(adult stem cells)，如小腸、皮膚等。
除了成體干細(xì)胞外，人類還從發(fā)育早期的胚胎中建立多能干細(xì)胞系（pluripotent stem cells）。最早是從畸胎瘤中建立胚胎瘤細(xì)胞系（embryonal carcinoma cells），在此基礎(chǔ)上1981年Martin Evans和Gail Martin分別建立了小鼠胚胎干細(xì)胞系(embryonic stem cells)，該項(xiàng)成果也讓Martin Evans和另外兩位科學(xué)家獲得了2007年的諾貝爾獎。1998年來自美國威斯康辛大學(xué)的Thomson JA等人在Science雜志上報(bào)道首次成功建立了人胚胎干細(xì)胞系。由于人胚胎干細(xì)胞系可以分化成人體任何一種細(xì)胞（包括神經(jīng)、心肌、造血、肝臟、胰腺等細(xì)胞）并應(yīng)用于移植，這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(xué)界巨大轟動，開創(chuàng)了干細(xì)胞研究的全球浪潮。2006年，日本京都大學(xué)教授山中伸彌（Shinya Yamanaka）等人在Cell雜志上報(bào)道通過轉(zhuǎn)染四種轉(zhuǎn)錄因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc）將小鼠成纖維細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells）。由于該方法解決了傳統(tǒng)方法建立病人特異多能干細(xì)胞的致命缺點(diǎn)（效率低；需要大量卵細(xì)胞；建立胚胎干細(xì)胞系需要破壞胚胎，引起道德倫理爭議。目前尚無人核移植多能干細(xì)胞建系的成功報(bào)道），因此，該研究立即在全球掀起iPS研究的浪潮，使該領(lǐng)域成為熱門中的熱門，而山中伸彌也成為諾貝爾獎得主的熱門候選人。
二、2010年我國iPS研究的成果
由于iPS細(xì)胞巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，2010年，它仍然是干細(xì)胞領(lǐng)域的主角。目前iPS領(lǐng)域的研究趨勢為：優(yōu)化建立iPS細(xì)胞的方法，最終得到可用于臨床的iPS細(xì)胞；研究重編程（即體細(xì)胞變成多能干細(xì)胞）的分子機(jī)制，并用來指導(dǎo)iPS技術(shù)的優(yōu)化；將病人的體細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞，用來研究疾病的發(fā)生機(jī)制和篩選藥物。
2.1 建立iPS細(xì)胞方法的優(yōu)化
由于建立iPS細(xì)胞的傳統(tǒng)方法是利用病毒載體將重編程因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc）轉(zhuǎn)入體細(xì)胞內(nèi)，而病毒載體會隨機(jī)插入到體細(xì)胞的基因組，造成突變，進(jìn)而影響iPS細(xì)胞的應(yīng)用。為了解決這一難題，科學(xué)家提出許多策略，包括使用非整合載體、選擇合適的體細(xì)胞、篩選可以替代重編程因子的小分子、優(yōu)化培養(yǎng)基等。
北京大學(xué)的鄧宏魁教授和中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院的裴端卿研究員分別在Cell Research上報(bào)道建立單因子iPS細(xì)胞（Oct4-iPS）。鄧宏魁的研究組利用Oct4和四個(gè)小分子將小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(MEF)重編程為iPS細(xì)胞，而裴端卿的研究組利用Oct4和BMP4（一種細(xì)胞因子）將小鼠成纖維細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞。最近，美國Scripps研究所的丁勝研究員在Cell Stem Cell上報(bào)道利用Oct4和小分子將人的體細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞。這些進(jìn)展使iPS細(xì)胞更接近臨床應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)只通過小分子重編程體細(xì)胞奠定了基礎(chǔ)。在此之前，只有德國馬克斯普朗克研究所的Hans Scholer研究員成功地利用Oct4將神經(jīng)前體細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞，而由于神經(jīng)前體細(xì)胞很難獲得，該方法很難應(yīng)用到臨床。
裴端卿研究員和中科院動物所的周琪研究員分別在J Biol.Chem.和Cell Research上報(bào)道優(yōu)化的建立iPS細(xì)胞的培養(yǎng)基。裴端卿的研究組開發(fā)的培養(yǎng)基為iSF1，可以只用Oct4和Klf4將腦膜細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞。周琪的研究組利用基因敲除（knock out）血清替代物(KOSR)代替胎牛血清，可以顯著提高重編程的效率。
周琪研究員和北京生命科學(xué)研究所的高紹榮研究員繼去年分別獲得iPS細(xì)胞來源的四倍體小鼠后，對該技術(shù)做出改進(jìn)。周琪的研究組在Stem Cell Rev上報(bào)道用小鼠成體細(xì)胞來源的iPS細(xì)胞獲得四倍體小鼠。高紹榮的研究組在Cell Research上報(bào)道用三因子iPS細(xì)胞獲得四倍體小鼠。另外，周琪和高紹榮分別在Cell Research和Biol Reprod上報(bào)道利用iPS細(xì)胞作為核移植的供體，獲得克隆小鼠。由于iPS細(xì)胞比體細(xì)胞在發(fā)育階段上更原始，更容易被重編程，因而更容易獲得克隆動物，這為其他物種的克隆提供一條更為便捷的途徑。
裴端卿的研究組在J Biol.Chem.上報(bào)道了將臍帶和羊膜來源的細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞。北京大學(xué)李凌松的研究組在Cell Reprogram上報(bào)道將腸系膜來源的細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞。
2.2 重編程機(jī)制的研究
裴端卿和另外一個(gè)研究組同時(shí)在Cell Stem Cell上報(bào)道間充質(zhì)表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)換（MET）對重編程的發(fā)生是必需的。該發(fā)現(xiàn)在同期的Cell Stem Cell雜志得到特別點(diǎn)評，可見該發(fā)現(xiàn)的重要性。中科院生化細(xì)胞所的裴鋼院士在Stem Cells上報(bào)道類似的發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)表皮細(xì)胞的標(biāo)志物E-cadherin在重編程中發(fā)揮重要的作用。
自2006年首次建立iPS細(xì)胞系起，該領(lǐng)域的一個(gè)重要問題是如何獲得完全重編程的iPS細(xì)胞系。周琪和哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Konrad Hochedlinger教授分別在J Biol.Chem.和Nature上報(bào)道Dlk1-Dio3印跡區(qū)域的激活與否與iPS細(xì)胞的發(fā)育潛能有密切關(guān)系。
2.3 疾病iPS細(xì)胞系的建立
裴端卿的研究組在J Biol.Chem.上報(bào)道建立Prader-Willi綜合癥的iPS細(xì)胞系，為該病發(fā)病機(jī)制的研究和治療提供很好的模型。
三、胚胎干細(xì)胞系的建立及分化
雖然iPS細(xì)胞有很多優(yōu)勢，但胚胎干細(xì)胞仍然是多能干細(xì)胞研究的金標(biāo)準(zhǔn)。因此，關(guān)于胚胎干細(xì)胞系的建立及分化的研究仍有必要。
3.1 胚胎干細(xì)胞系的建立及相關(guān)機(jī)制研究
2008年Austin Smith和應(yīng)其龍?jiān)贑ell上報(bào)道成功建立大鼠胚胎干細(xì)胞系。這是除小鼠外唯一能夠形成嵌合體和生殖系傳遞的其它物種的胚胎干細(xì)胞系，而獲得能夠生殖系傳遞的胚胎干細(xì)胞系是進(jìn)行基因敲除的前提條件。今年，應(yīng)其龍的研究組在Nature上報(bào)道首次獲得基因敲除大鼠。周琪的研究組在J Genet Genomics上報(bào)道建立Brown Norway品系大鼠的胚胎干細(xì)胞，并獲得成年的嵌合體大鼠。
人胚胎干細(xì)胞應(yīng)用到臨床前要解決一系列問題，如無動物源成分的培養(yǎng)體系、移植到體內(nèi)不形成畸胎瘤等。中科院健康科學(xué)研究所的金穎研究員在In Vitro Cell Dev Biol Anim上報(bào)道建立3株人胚胎干細(xì)胞系。這些細(xì)胞系在建立過程中盡量避免接觸動物源成分，并且有2株不形成畸胎瘤。這些細(xì)胞系為人胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用提供寶貴資源。
高紹榮的研究組在Stem Cells上報(bào)道通過將生精細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核卵母細(xì)胞中，建立孤雄胚胎干細(xì)胞，為建立男性的自體多能干細(xì)胞提供一條新的途徑。
靈長類在進(jìn)化上與人類最近，因此作為模式動物具有其他物種無可比擬的優(yōu)勢。中科院昆明動物所的季維智研究員在PNAS上報(bào)道利用一種基于猿猴免疫缺陷病毒的載體獲得轉(zhuǎn)基因獼猴，為靈長類的研究奠定了基礎(chǔ)。
由于實(shí)驗(yàn)材料的缺乏，關(guān)于人的早期胚胎發(fā)育知之甚少。金穎和張濟(jì)的研究組在Dev. Cell上報(bào)道人早期胚胎發(fā)育的基因表達(dá)分析，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。高紹榮的研究組在PNAS上報(bào)道小鼠卵細(xì)胞不同發(fā)育階段的蛋白組分析，豐富了關(guān)于小鼠卵細(xì)胞發(fā)育的知識。
雖然經(jīng)過多年的研究，關(guān)于胚胎干細(xì)胞維持全能性及分化的分子機(jī)制仍然不是很清楚。金穎的研究組在PNAS上報(bào)道Oct4可以抑制Stk40，阻止其激活Erk/MAPK通路，進(jìn)而阻止小鼠胚胎干細(xì)胞向原始內(nèi)胚層分化。
3.2 胚胎干細(xì)胞的分化及相關(guān)機(jī)制研究
鄧宏魁的研究組在Blood上報(bào)道一種將人胚胎干細(xì)胞分化成造血前體細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)方案。該方案模擬體內(nèi)發(fā)育進(jìn)程，并且培養(yǎng)基成分明確，這是目前國際上多能干細(xì)胞分化研究的趨勢。該課題組還發(fā)現(xiàn)維甲酸可以促進(jìn)造血前體細(xì)胞的生成。
中科院生化細(xì)胞所景乃禾研究員在Development上報(bào)道BMP4在小鼠胚胎干細(xì)胞神經(jīng)分化的不同階段發(fā)揮不同的作用。該課題組發(fā)現(xiàn)BMP4在小鼠胚胎干細(xì)胞向上胚層干細(xì)胞分化過程中起抑制作用，并抑制上胚層干細(xì)胞的神經(jīng)分化，而促進(jìn)其向其他譜系分化。中科院健康科學(xué)研究所楊黃恬研究員在Cell Death and Differentiation上報(bào)道三磷酸肌醇3型受體在小鼠胚胎干細(xì)胞早期分化中通過調(diào)節(jié)鈣信號抑制細(xì)胞凋亡，并影響其分化。第四軍醫(yī)大學(xué)的金巖教授在Biochem Biophys Res Commun上報(bào)道利用造釉細(xì)胞的條件培養(yǎng)基將小鼠胚胎干細(xì)胞分化成牙齒表皮樣細(xì)胞。
四、成體干細(xì)胞的研究及應(yīng)用
4.1 成體干細(xì)胞相關(guān)機(jī)制研究
北京生命科學(xué)研究所的襲榮文研究員在Development上報(bào)道TSC1/2通過抑制TORC1通路，維持果蠅生殖干細(xì)胞的未分化狀態(tài)。該研究組還在Genes Dev.上報(bào)道Psc和Su(z)2通過調(diào)控經(jīng)典和非經(jīng)典的wnt信號通路促進(jìn)果蠅卵泡干細(xì)胞的分化。
中科院健康科學(xué)研究所的劉廷析研究員在Blood上報(bào)道PTEN-C/EBP-CTNNA1通路控制髓系發(fā)育，其異常與白血病發(fā)病有關(guān)。
4.2 成體干細(xì)胞的應(yīng)用
中科院健康科學(xué)研究所的戴克戎研究員在Biomed Mater上報(bào)道鎂合金腐蝕后引起pH值升高，進(jìn)而影響人骨髓基質(zhì)細(xì)胞的存活及骨分化。
間充質(zhì)干細(xì)胞由于具有容易分離、自體來源、無免疫排斥等優(yōu)點(diǎn)，近幾年在世界范圍內(nèi)引起極大的興趣。國內(nèi)某些科研單位已經(jīng)開始嘗試用自體來源的間充質(zhì)干細(xì)胞治療多種類型的疾病，并取得一定療效。然而，在間充質(zhì)干細(xì)胞廣泛應(yīng)用前，還有很多基礎(chǔ)工作要做。
五、2010年國內(nèi)主要的干細(xì)胞學(xué)術(shù)會議
2010年4月，干細(xì)胞技術(shù)與應(yīng)用講座在上海舉行。這是由生物谷承辦的第二次干細(xì)胞技術(shù)培訓(xùn)班，也反映國內(nèi)日益高漲的干細(xì)胞研究熱情。
2010年8月，中國干細(xì)胞之夏--2010上海干細(xì)胞研討會在同濟(jì)大學(xué)舉辦。這是繼去年干細(xì)胞之春后在同濟(jì)大學(xué)舉辦的又一次高水平的干細(xì)胞學(xué)術(shù)會議。
2010年國內(nèi)干細(xì)胞界最重要的活動是去年成立的中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會干細(xì)胞生物學(xué)分會于10月在上海舉辦首屆中國干細(xì)胞研究年會。國內(nèi)干細(xì)胞界的相關(guān)人士齊聚一堂，交流研究成果。第二屆年會將于明年在北京舉辦。
文章來源：生物谷
