文/蒂 姆

2012年諾貝爾獎揭曉儀式于10月8日起陸續(xù)舉行，首個獎項、醫(yī)學(xué)獎得主于斯德哥爾摩時間8日11 時30 分（北京時間8日17時30分）誕生。京都大學(xué)物質(zhì)－細胞統(tǒng)合系統(tǒng)據(jù)點iPS細胞研究中心長山中伸彌、英國發(fā)育生物學(xué)家約翰·格登因在細胞核重新編程研究領(lǐng)域的杰出貢獻而獲獎。大多數(shù)重大成果都要等上十幾年到幾十年（如格登等了50年）才能拿到諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎，而山中的工作只等了6年，可知其重要意義。

人生萬事如塞翁失馬

山中最初想成為一名整形外科醫(yī)生。因為在中學(xué)訓(xùn)練柔道時，他有過10次以上腳趾或鼻子等處骨折的經(jīng)歷。為成為一名運動外傷整形領(lǐng)域的專家，從神戶大學(xué)醫(yī)學(xué)部畢業(yè)后，他進入國立大阪醫(yī)院的整形外科，成為一名研修醫(yī)生。

山中時常都會回憶自己從神戶大學(xué)醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后，做的第一次手術(shù)。那是一次良性瘤移除手術(shù)，熟練的醫(yī)生10分鐘就可以做完，但山中鼓搗了一個小時，也沒有完成。由于山中臨床能力笨拙，一些前輩們甚至送他外號——“絆腳石”。

從事醫(yī)生職業(yè)讓山中發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)實中很多患者是無法治愈的。更痛苦的是，他不擅長手術(shù)?！拔也贿m合這項工作”，當(dāng)時他難過地認為。

在接觸得不到有效治療的患者時，他開始感到，“為了治愈他們，必須做好基礎(chǔ)研究”。1989年，他從醫(yī)院辭職，進入大阪大學(xué)的研究生院。畢業(yè)后，他又前往美國舊金山的格拉斯頓研究所留學(xué)，從事老鼠的胚胎干細胞研究。

但是，1996年回國后他又遭遇了新的困難期。在美國，他可以全身心投入研究，但日本的環(huán)境卻有差距，這讓他感到苦惱?！皼]有能夠討論問題的對象，沒有研究資金，只能跟實驗用的老鼠打交道。我已經(jīng)進入了半抑郁癥狀態(tài)。”他的研究陷入停滯，他甚至失去了干勁。

“不如放棄研究，轉(zhuǎn)回臨床，”他曾經(jīng)這么想。但此時，有兩件事救了他的研究事業(yè)：1998年，美國研究人員成功制作了人的胚胎干細胞。這是極為鼓舞人心的消息；1999年12月，他通過了奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)的副教授招聘。他說：“我的研究生命幾乎已經(jīng)死亡，但上天又給了我一次機會。”在37歲這年，他前往奈良就職。

2003年，日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)為他提供了為期5年、總額3 億日元的研究經(jīng)費。前大阪大學(xué)校長岸本忠三當(dāng)時負責(zé)審批他的項目。岸本說：“我當(dāng)時知道項目進展不會順利，但被他的精神所感動。”在研究初期，山中確實又失敗過很多次，但再也沒想過停止研究?！皩W(xué)生和年輕同事一直激勵著我，因此我始終在堅持。”3年后，他使用老鼠的皮膚細胞成功制作了人工多功能干細胞（iPS）。

“人生萬事如塞翁失馬”。山中伸彌說，這句話為他從事研究提供了精神力量。

山中表示：“希望將這一技術(shù)發(fā)展為真正能為患者所用的技術(shù)。這是我研究的原動力?！痹谛滤庨_發(fā)、疑難病癥研究和再生醫(yī)療等廣泛領(lǐng)域，人工多功能干細胞的研究正在推進。

“這樣再努力10 到20年，如今難以醫(yī)治的患者將有治愈的希望，”他說。

終結(jié)胚胎干細胞領(lǐng)域的倫理之爭

盡管在名義上，日本政府允許使用胚胎干細胞，但實際操作中，人類胚胎干細胞的獲取和使用都受到非常嚴格的限制。為了獲準(zhǔn)使用胚胎干細胞，研究人員往往要花費一年的時間，來辦理各種申請手續(xù)。

在日本，不僅科學(xué)氛圍沉悶，研究人員還受到很多規(guī)則的束縛。不過，山中伸彌卻意外成為這種科學(xué)文化的受益者。山中伸彌回憶道：“做完博士后研究回到日本時，我喪失了全部動力。資金少得可憐，優(yōu)秀科學(xué)家屈指可數(shù)，我還得親自飼養(yǎng)近1000只小鼠?！?/p>

湯姆森分離出胚胎干細胞后，很多研究人員試圖控制這些細胞，讓它們分化為特定細胞類型，以替代病變或受損組織，從而改進現(xiàn)有醫(yī)療手段。山中伸彌說：“對于這樣的研究，我們實驗室根本不具備競爭力，所以我想，反其道而行之或許是條出路——不是讓胚胎干細胞變成什么，而是讓別的東西變成胚胎干細胞。”1997年，英國科學(xué)家伊恩·威爾穆特（Ian Wilmut）成功克隆出多利羊，給了他很大的啟發(fā)：“我們從中了解到，即使是完全分化的細胞，也能回到類似胚胎干細胞的狀態(tài)，但我們同時也認為，要實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要漫長的研究過程——可能要花二三十年。”

然而，山中伸彌只花了不到10年時間。為了解決胚胎干細胞研究中的兩個關(guān)鍵問題，山中伸彌變得干勁十足。一個是細胞來源問題。他曾參觀過一個朋友的生殖學(xué)實驗室，在顯微鏡下看到了早期胚胎。脆弱的初生生命打動了他，不過他強調(diào)不反對利用胚胎干細胞拯救病人；另一個問題是，胚胎干細胞移植到人體時，免疫排斥可能危害健康，而來自病人自身的iPS細胞分化出的細胞，就不會產(chǎn)生這樣的副作用。

山中伸彌開始研究小鼠胚胎細胞如何保持多能性，以便能分化成身體里的任意細胞類型。他猜測，小鼠胚胎可能含有一些特殊蛋白質(zhì)，這是成熟細胞所沒有的。如果將相應(yīng)基因（尤其是控制其他基因活性的轉(zhuǎn)錄因子的基因）插入普通皮膚細胞的染色體中，也許就能使皮膚細胞轉(zhuǎn)化為胚胎干細胞。

經(jīng)過4年的試驗，他發(fā)現(xiàn)了24個因子，將它們轉(zhuǎn)入普通小鼠的成纖維細胞，并經(jīng)過合適的培養(yǎng)步驟后，就可以生成與干細胞相同的多能細胞。山中伸彌檢測了每一個因子，發(fā)現(xiàn)任何因子都無法單獨發(fā)揮作用，只有特定的4 種因子的組合才能完成這一任務(wù)。2006年，他在《細胞》（cell）雜志上發(fā)表了一篇里程碑式的論文，介紹了編碼 上 述4 種 因 子 的 基 因：Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4。

這篇文章震驚了全世界，也促使科學(xué)家產(chǎn)生了更為大膽的想法：人類細胞是否也能像小鼠細胞一樣重返干細胞狀態(tài)？2007年，山中伸彌和湯姆森的研究小組幾乎在同一時間宣布，他們利用此前發(fā)現(xiàn)的4種轉(zhuǎn)錄因子（分別由Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 編碼），成功制造出人類iPS 細胞。盡管湯姆森表示“我們的實驗非常簡單，很容易重復(fù)，”但其他科學(xué)家仍然認為，這一重大突破好比點石成金。

持續(xù)確保iPS 細胞的安全性

此后，科學(xué)家紛紛放棄胚胎干細胞研究，轉(zhuǎn)而進行成熟細胞的誘導(dǎo)工作。目前，山中伸彌和其他研究小組已把多種組織（包括肝、胃和大腦）的細胞，轉(zhuǎn)變成了iPS細胞，并讓iPS細胞分化成了皮膚、肌肉、胃腸道、軟骨、能分泌神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺的神經(jīng)細胞以及可以同步搏動的心臟細胞。

不過，兩個安全隱患決定了iPS細胞無法在短時間內(nèi)進入臨床應(yīng)用。c-Myc 除了編碼轉(zhuǎn)錄因子，還有另外一種身份：癌基因，而山中伸彌制造的iPS細胞也確實容易發(fā)生癌變。他解釋說：“制造iPS 細胞就像在制造癌癥。”其實，制造iPS細胞可以不需要c-Myc：山中伸彌和美國麻省理工學(xué)院的魯?shù)婪颉ふ材崾浚≧udolf Jaenisch）發(fā)現(xiàn)，如果優(yōu)化細胞培養(yǎng)條件，即使不使用c-Myc，也能將小鼠細胞轉(zhuǎn)化為iPS 細胞。為了比較含有和不含c-Myc 的iPS 細胞的安全性，山中伸彌將兩類細胞分別移植到100 只小鼠體內(nèi)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，100 天后，接受不含c-Myc的iPS細胞的小鼠無一死亡，而另外100只小鼠則有6只死于癌癥。

第二個安全隱患來自基因載體——逆轉(zhuǎn)錄病毒（retroviruses）。利用這類載體向細胞插入基因，會使生成的干細胞充滿病毒。而且，逆轉(zhuǎn)錄病毒還可能誘導(dǎo)細胞突變，導(dǎo)致癌癥。不過，科學(xué)家很快就會解決這個難題。2008年9月，哈佛大學(xué)干細胞研究所的一個研究組宣布，他們用腺病毒作為載體，制造出了小鼠iPS 細胞。1 個月后，山中伸彌又用質(zhì)粒（即環(huán)形DNA片段）攜帶基因，成功制造出iPS細胞。逆轉(zhuǎn)錄病毒的其他替代品還有蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子。

盡管在利益的驅(qū)動下，iPS技術(shù)發(fā)展非常迅速，各大實驗室也在爭相完善這門技術(shù)，但山中伸彌并不認為iPS細胞現(xiàn)在就可以取代胚胎干細胞。美國馬薩諸塞綜合醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)中心的康拉德·霍切林格（Konrad Hochedlinger）說：“我們還不知道胚胎干細胞與iPS 細胞是否真的完全相同。目前，iPS細胞只是多能細胞的一種補充來源，要徹底取代胚胎干細胞，它必須經(jīng)受時間的考驗。如果現(xiàn)在就得出結(jié)論，顯然為時過早?！?/p>

在堅持認為iPS 細胞距離實際應(yīng)用還有相當(dāng)距離的同時，山中伸彌也高調(diào)宣稱這類細胞對于治療糖尿病、脊髓損傷、帕金森病甚至失明具有巨大潛力。日本理化研究所發(fā)育生物學(xué)實驗室主任西川伸一（Shinichi Nishikawa）評價道：“這一激動人心的發(fā)現(xiàn)為再生醫(yī)學(xué)和細胞治療技術(shù)都提供了一個清晰的發(fā)展框架?！?/p>

計劃儲存iPS 細胞用于醫(yī)療

干細胞療法方面的進展由于面臨各種研究挑戰(zhàn)、倫理和法律障礙以及民眾恐慌而一直緩步不前，干細胞研究的先驅(qū)者、日本京都大學(xué)教授山中伸彌打算通過建立治療用干細胞銀行來改變這一現(xiàn)狀。該銀行將保存幾十種誘導(dǎo)多能干細胞（iPS 細胞）系，日本也將因此站到努力引介這一開拓性生物醫(yī)療技術(shù)的最前沿。

iPS 細胞儲存計劃是山中伸彌長久以來的一個夢想，該計劃終于在10月份獲得了支持——日本衛(wèi)生部委員會決定，批準(zhǔn)利用來自全國保存的數(shù)千份胎兒臍帶血樣本建立一個細胞系庫。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院干細胞生物學(xué)家喬治·戴利稱，山中伸彌計劃儲存iPS 細胞用于醫(yī)療是“一個大膽的舉動”。但也有一些研究人員質(zhì)疑iPS細胞是否已做好進入臨床的準(zhǔn)備。

山中伸彌于2006年率先證實，成年小鼠皮膚細胞可被轉(zhuǎn)化為iPS 細胞。2007年，他用人類細胞重復(fù)了這一實驗。iPS細胞能夠繞開與胚胎干細胞相關(guān)的倫理問題，并可為患者量身定制，以防止免疫系統(tǒng)產(chǎn)生排異反應(yīng)。

日本現(xiàn)有8 個長期項目旨在將iPS 細胞療法引入臨床應(yīng)用，其中就包括京都大學(xué)iPS 細胞研究與應(yīng)用中心針對帕金森氏癥的研究，該項目由山中伸彌主持，離進入臨床試驗至少還有3年時間。首個利用iPS 細胞修復(fù)視網(wǎng)膜病變的人體臨床試驗預(yù)計將于明年在日本理化研究所發(fā)育生物學(xué)研究中心進行。如果這些或任何其他的iPS 細胞實驗獲得成功，對iPS 細胞的需求將呈爆發(fā)式增長。而為個體患者定制iPS細胞，每種細胞系的制備和測試需要花費6個月時間，耗資數(shù)萬美元。

山中伸彌的計劃是，到2020年建立一個包含75 種iPS 細胞系的標(biāo)準(zhǔn)庫，足以匹配日本80%的人口。為此，山中伸彌需要從6.4 萬人的樣本中篩選出75 位合適的捐贈者，其體內(nèi)編碼人類白細胞抗原（HLAs）的3個關(guān)鍵基因中任意一個基因必須具有兩個相同副本。

利用日本八家臍帶血銀行儲存的血液可以簡化這一過程，這些銀行保存有2.9萬個樣本，符合要求。山中伸彌正在展開協(xié)商，以期獲得那些被證實不適用于其他醫(yī)療流程的樣本的使用權(quán)。

目前，山中伸彌已建造了一個細胞處理設(shè)備，并向京都大學(xué)倫理委員會提出了建立細胞系庫的申請。其研究團隊希望，到明年3月能夠獲得首個細胞系，可匹配日本8%的人口。

山中伸彌的項目優(yōu)勢在于，日本人口的遺傳多樣性相對較低，若在世界其他地方，這種治療用iPS 細胞銀行的規(guī)模將更大，成本投入也更高。日本以外的大部分iPS 細胞銀行都是將來自患者的細胞用于研究而非治療，例如，加州再生醫(yī)學(xué)研究所計劃保存3000種細胞系供研究人員使用。

加州再生醫(yī)學(xué)研究所總裁艾倫·創(chuàng)森認為，關(guān)于iPS細胞的許多研究問題尚未解決，開展治療試驗“尚不成熟”?！拔覀冞€沒有完全了解這些細胞?！彼赋?，這些細胞是由分化型細胞培育而成，可能導(dǎo)致突變和其他缺陷。斯坦福大學(xué)干細胞生物學(xué)家歐文·威絲曼警告說，由血液細胞轉(zhuǎn)化而成的iPS細胞已被證實可以形成腫瘤。

對此，日本研究人員表示，解決的辦法是在培育這些細胞系的過程中小心避開會引發(fā)腫瘤的白細胞，并強調(diào)所有的安全問題都將會得到解決。