詩(shī)人喜歡把生命當(dāng)作造物主最神奇的作品來(lái)歌頌,事實(shí)上,蕓蕓眾生的繁衍,可以說(shuō)是由一個(gè)精子與卵子的融合開始的生命之旅。
什么是干細(xì)胞
精子和卵子融合之后,受精卵由此開始了由有絲分裂引導(dǎo)的,一生二、二生四、四生萬(wàn)萬(wàn)億億的過(guò)程。受精卵分裂的細(xì)胞不僅有天文級(jí)的數(shù)量,同時(shí)又有千差萬(wàn)別的形態(tài)與功能。功能不同的細(xì)胞構(gòu)成了神經(jīng)組織、上皮組織、結(jié)締組織、肌肉組織,進(jìn)而演繹了生命生生不息的詩(shī)章。
在受精卵分裂的初始狀態(tài),這種細(xì)胞具有分裂的多能性,即分化成不同細(xì)胞的潛力,稱之為干細(xì)胞。
干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞,在形態(tài)上具有共性,通常呈圓形或橢圓形,細(xì)胞體積小,細(xì)胞核相對(duì)較大。在一定條件下,干細(xì)胞可以分化成多種功能細(xì)胞。根據(jù)它所處的發(fā)育階段,可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞;而根據(jù)它的發(fā)育潛能,則可分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和單能干細(xì)胞。
干細(xì)胞是一種未充分分化、尚不成熟的細(xì)胞,因此在醫(yī)學(xué)界有“萬(wàn)用細(xì)胞”之稱。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用
這種“萬(wàn)用細(xì)胞”在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用,主要來(lái)自于人類對(duì)于疾病的無(wú)奈和對(duì)長(zhǎng)壽的渴望。
一些退行性疾病,比如老年性癡呆,人類目前找不到逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元在Aβ蛋白沉積過(guò)程中死亡的方法,干細(xì)胞的生命力為這類疾病提供了遙遠(yuǎn)的希望。眾所周知,年齡是導(dǎo)致老年性癡呆的最主要元兇,特別是人在70歲后罹患該病的風(fēng)險(xiǎn)驟增,目前仍無(wú)有效治療方法。近年來(lái),干細(xì)胞療法在神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的治療中取得了令人鼓舞的進(jìn)展,為老年性癡呆的治療開辟了新的思路。
目前神經(jīng)干細(xì)胞治療老年性癡呆的實(shí)驗(yàn)研究主要方向是在老年性癡呆模型腦內(nèi)導(dǎo)入生長(zhǎng)因子,主動(dòng)激活內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞,在一些外源性藥物的誘導(dǎo)下可修復(fù)受損傷的神經(jīng)元。
科學(xué)家還可以通過(guò)直接把干細(xì)胞移植到體內(nèi),以達(dá)到治療疾病的目的,可分為單純神經(jīng)干細(xì)胞移植和基因工程加工后的神經(jīng)干細(xì)胞移植。前者指將外源性多分化潛能神經(jīng)干細(xì)胞移植入腦后,可在神經(jīng)系統(tǒng)存活、繁殖, 并遷移到不同部位分化為相應(yīng)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)。雖然這些技術(shù)在臨床的應(yīng)用仍尚需時(shí)日,但隨著分子醫(yī)學(xué)的發(fā)展,干細(xì)胞技術(shù)治療神經(jīng)退行性疾病將有廣闊的應(yīng)用前景。
人類對(duì)生命常青的渴望也在催生干細(xì)胞在抗衰老領(lǐng)域的應(yīng)用。
科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn),造成衰老的主要原因有三種:疾病創(chuàng)傷、環(huán)境污染和機(jī)體功能退化。干細(xì)胞移植是目前已知的可修復(fù)被疾病催損或功能喪失的器官的最有效方法,可以通過(guò)直接刺激患者已受損的器官組織,令其再生,得到所需的干細(xì)胞;也可以移植新的干細(xì)胞,用以替換患者體內(nèi)已經(jīng)喪失功能的細(xì)胞。移植的干細(xì)胞進(jìn)入人體后,能根據(jù)機(jī)體需要,增殖、分化出大量的特異性細(xì)胞,替換體內(nèi)的衰老細(xì)胞,從而使機(jī)體重新獲得細(xì)胞水平的動(dòng)態(tài)平衡。
因此,各個(gè)組織和器官被及時(shí)修復(fù),全身各系統(tǒng)的生理功能迅速提高。實(shí)驗(yàn)表明,從干細(xì)胞中提取出胚源細(xì)胞分化因子及生長(zhǎng)因子能使免疫細(xì)胞年輕化,上調(diào)機(jī)體的細(xì)胞免疫功能,促進(jìn)某些細(xì)胞因子分泌,增加人體各種器官、組織的修復(fù)和再造所需的最基本的材料,實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)衰老、提高免疫力等功能。
干細(xì)胞分泌的生命活性因子可以在未來(lái)醫(yī)療工作中發(fā)揮重要作用。
人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到許多生命活性因子的重要性,如神經(jīng)生長(zhǎng)因子、血管生長(zhǎng)因子與免疫相關(guān)的細(xì)胞因子等。干細(xì)胞也可以分泌短鏈脂肪分子,這種脂肪分子可以穿過(guò)生物膜系統(tǒng)直接調(diào)控生命遺傳物質(zhì)的表達(dá)進(jìn)而為臨床醫(yī)學(xué)服務(wù)。
解決干細(xì)胞應(yīng)用的安全性問(wèn)題
干細(xì)胞在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景帶來(lái)人類對(duì)于延續(xù)生命的希望,但在干細(xì)胞的應(yīng)用過(guò)程中要尤其注意干細(xì)胞的多能分化性與可能具有的不死性。在充足的營(yíng)養(yǎng)條件及正常的環(huán)境參數(shù)下,干細(xì)胞可以一直分裂下去。這種特殊性要求我們對(duì)干細(xì)胞的臨床應(yīng)用保持高度謹(jǐn)慎的狀態(tài),人體內(nèi)要避免植入一種不可控制的細(xì)胞,否則將引起嚴(yán)重后果。
有研究報(bào)告提示:如果成年人干細(xì)胞在體外增殖太久,有可能發(fā)生癌變,原因之一是植入的干細(xì)胞開始生成端粒酶。端粒是線狀染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu),在正常細(xì)胞中,會(huì)隨細(xì)胞分裂而逐漸縮短。端粒酶可以修復(fù)DNA 復(fù)制后產(chǎn)生的端粒缺損,使得細(xì)胞分裂克隆的次數(shù)增加,保持細(xì)胞“永生”。如果永久地打開干細(xì)胞的端粒酶基因,最終將使其變成癌細(xì)胞。
而且,DNA在復(fù)制時(shí)并不是絕對(duì)精準(zhǔn)的,即使是正常的細(xì)胞,隨著分裂的次數(shù)增多,DNA復(fù)制可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤就越多。這種錯(cuò)誤很可能導(dǎo)致干細(xì)胞變異,由此埋下致癌的種子。
因此,解決干細(xì)胞應(yīng)用的安全性問(wèn)題還需更多基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究工作和嚴(yán)格的臨床風(fēng)險(xiǎn)控制策略。
在人類憧憬干細(xì)胞的美好應(yīng)用前景時(shí)需要采用技術(shù)手段主動(dòng)控制臨床應(yīng)用中的風(fēng)險(xiǎn)。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)人為控制干細(xì)胞的分裂次數(shù),消除無(wú)限增殖干細(xì)胞對(duì)身體健康的影響。
目前基因調(diào)控的方法主要有幾種。
一是通過(guò)對(duì)DNA序列的改造,如插入或敲除基因片段,使影響干細(xì)胞擴(kuò)增的基因受到調(diào)控。這種改造針對(duì)目的基因及其相關(guān)上游、下游調(diào)控元件,從而使干細(xì)胞的分裂受限。
其他的辦法還包括:對(duì)目的基因甲基化等使影響干細(xì)胞分裂的基因沉默;切斷目的基因轉(zhuǎn)錄后的翻譯過(guò)程,使影響干細(xì)胞分裂的蛋白質(zhì)表達(dá)受到限制;影響基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程或相關(guān)調(diào)控因子,如影響目標(biāo)mRNA的穩(wěn)定性,從而控制目的基因的表達(dá)等等。
更加復(fù)雜的方法包括蛋白質(zhì)甲基化、去乙?;⒁阴;葋?lái)控制干細(xì)胞的不死性。生物體中,許多非組蛋白可以和 DNA結(jié)合,對(duì)這些蛋白質(zhì)的修飾作用能改變它們與DNA的結(jié)合方式,并改變?nèi)旧|(zhì)和核小體的結(jié)構(gòu),從而影響基因的轉(zhuǎn)錄活性。
在未來(lái)的臨床應(yīng)用中,外源的基因開關(guān)可與一段決定干細(xì)胞死亡的基因一同植入到干細(xì)胞的基因組,醫(yī)生通過(guò)基因開關(guān)來(lái)調(diào)控干細(xì)胞在人體內(nèi)的功能進(jìn)而使干細(xì)胞在絕對(duì)安全的條件下在醫(yī)療中心中使用,這樣人類就可以放心地使用多種干細(xì)胞產(chǎn)品。
在人類對(duì)健康生命的追求過(guò)程中,我們向往高科技的生活,追求高科技帶來(lái)的創(chuàng)新進(jìn)步,但是當(dāng)我們看到廣西巴馬縣的一名百歲老人在命河的溪水邊清洗衣裳時(shí),我們會(huì)感到,自然與環(huán)境之美是生命的基本支撐力量,人類對(duì)健康的渴望不應(yīng)該依賴干細(xì)胞及一系列的分子醫(yī)學(xué)高科技。
干細(xì)胞可以為生命的延續(xù)帶來(lái)希望,但真正的生命力量來(lái)自于我們對(duì)干細(xì)胞細(xì)致的研究和純理性的安全使用上。
(作者系中山大學(xué)教授,博導(dǎo),國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)