在2006年6月，來自日本京都大學(xué)的山中伸彌（Shinya Yamanaka）教授在國(guó)際干細(xì)胞研究協(xié)會(huì)的年會(huì)上提出了“誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞（iPSCs）”這一概念，震驚四座。大家都不相信有這樣一種神奇的細(xì)胞，但是當(dāng)時(shí)一起參會(huì)的來自麻省理工學(xué)院（MIT）的一位生物學(xué)家Rudolf Jaenisch對(duì)山中教授表示了支持，盡管這在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)十分超前的發(fā)現(xiàn)，不過事實(shí)證明，Rudolf Jaenisch是十分有眼光的。

山中伸彌教授

iPSCs對(duì)于再生醫(yī)學(xué)研究是一個(gè)巨大的福利，研究人員可以用一個(gè)人的皮膚細(xì)胞、血細(xì)胞或者其他細(xì)胞進(jìn)行重新編碼，將它們轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞，這些細(xì)胞就可以分化為干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞或是其他任何需要再生的細(xì)胞。這種個(gè)性化的疾病治療方法不僅可以規(guī)避免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)，還能避免使用胚胎干細(xì)胞帶來的倫理方面的爭(zhēng)論。

到現(xiàn)在，10年的時(shí)間中，唯一一個(gè)使用iPSCs的臨床試驗(yàn)在2015年被叫停，而這個(gè)試驗(yàn)中只有一個(gè)人接受了治療。由于這種治療方法很難得到發(fā)展，所以，研究人員的目標(biāo)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。他們將iPSCs變成了模擬和研究人類疾病以及藥物篩查的重要工具。改良后的細(xì)胞培養(yǎng)方法加上基因編輯技術(shù)，讓iPSCs成為了實(shí)驗(yàn)室的主力，為研究無限制提供了過去很難分離出的人體組織，這在人類發(fā)展和神經(jīng)系統(tǒng)疾病領(lǐng)域是極其有價(jià)值的。

從皮膚到眼睛

在2006年的干細(xì)胞研究協(xié)會(huì)年會(huì)結(jié)束僅僅6周之后，山中伸彌教授和他的學(xué)生高橋一?。↘azutoshi Takahashi）就發(fā)表文章稱發(fā)現(xiàn)了控制成熟細(xì)胞重編程的基因。一年后，包括山中教授實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)室都驗(yàn)證了文章的真實(shí)性，并且還改進(jìn)了重編程的方法。又過了6個(gè)月，山中教授和來自威斯康辛-麥迪遜大學(xué)的James Thomson成功對(duì)人體內(nèi)提取的成熟細(xì)胞進(jìn)行了重編程。于是這一技術(shù)在全世界的實(shí)驗(yàn)室中被廣泛使用，截止到2009年末，大約300篇基于iPSCs的文章在各個(gè)學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表。

James Thompson

2012年，在山中教授獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)之時(shí)，第一個(gè)基于iPSCs的人類治療臨床試驗(yàn)也在緊張籌備著。在日本理化研究所發(fā)育生物學(xué)中心工作的，本來研究胚胎干細(xì)胞療法治療視網(wǎng)膜疾病的高橋雅代（Masayo Takahashi）醫(yī)生，在看到山中教授的論文后，迅速轉(zhuǎn)向研究iPSCs，并且與山中教授開始了合作。

在2013年，高橋醫(yī)生的團(tuán)隊(duì)從兩名老年性黃斑病變的病人身上提取了皮膚細(xì)胞，將它們轉(zhuǎn)化成了可供治療使用的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE）。2014年9月，她帶領(lǐng)日本理化所的研究人員利用iPSCs培育出了視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞層，并且成功移植到了一名70歲女患者的右眼中，這是世界首例利用iPSC完成的移植手術(shù)。手術(shù)后，這名患者眼部的黃斑病變停止，而且重見了光明，這無疑是“在平靜的水面上激起了滔天大浪”。

眼部黃斑病變患者的情況

但是，當(dāng)她們準(zhǔn)備實(shí)施第二例手術(shù)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了在患者的iPSCs和RPE細(xì)胞中存在兩個(gè)微小的基因突變。盡管沒有證據(jù)表明這會(huì)導(dǎo)致癌癥，但是為了患者的安全，治療還是暫停了。這在當(dāng)時(shí)使得其他研究iPSCs的科學(xué)家們也停下了腳步，大家都在觀察，這一研究究竟會(huì)如何發(fā)展。

在美國(guó)，位于馬薩諸塞州馬爾勒斯的阿斯特拉再生醫(yī)學(xué)研究所擁有幾條以iPS細(xì)胞療法為基礎(chǔ)的相關(guān)產(chǎn)品線，包括黃斑性病變和青光眼等等。對(duì)于任何一種療法來說，都需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間在大量的細(xì)胞中尋找正確的細(xì)胞類型，并且保證足夠的純度。研究所的首席科學(xué)家Robert Lanza表示：“iPSCs是臨床推薦中最復(fù)雜的動(dòng)態(tài)化治療手段，我是最想看到它應(yīng)用在臨床中的，但是我們需要十分小心謹(jǐn)慎地進(jìn)行研究。”

除此之外，另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是需要弄清楚怎樣才能讓這種療法得到認(rèn)可。研究人員希望在未來兩年中，能用iPSCs來治療帕金森癥，但是這仍然是困難重重的，iPSCs療法會(huì)從患者身上提取細(xì)胞，研究人員需要對(duì)每一個(gè)細(xì)胞系進(jìn)行一系列復(fù)雜的檢驗(yàn)才能向FDA證明它的安全性。

山中教授介紹iPSCs療法時(shí)曾說，即使在一個(gè)人身上發(fā)展并測(cè)試這種療法都是有意義的，但是這需要一年的時(shí)間和一百萬美元的費(fèi)用。面對(duì)如此要求，山中教授和高橋醫(yī)生都表示，希望能建立“細(xì)胞銀行”，存儲(chǔ)捐獻(xiàn)者的iPSCs，這樣就不用從每個(gè)患者身上去提取了。但前提是必須知道會(huì)不會(huì)產(chǎn)生一些不良的免疫反應(yīng)。因此高橋醫(yī)生希望能向日本政府爭(zhēng)取恢復(fù)她的“黃斑退化治療”實(shí)驗(yàn)，盡管沒有得到一個(gè)明確的回復(fù)，但是她一直對(duì)此充滿信心，并且公開表示，很快就會(huì)得到政府批準(zhǔn)。

細(xì)胞療法的改進(jìn)

盡管細(xì)胞療法遭受了挫折，但是這一研究領(lǐng)域的其他方向卻是大放異彩，比如制造iPSCs的技術(shù)。不過在制造iPSCs時(shí)的重編程技術(shù)效率太低也讓人很頭疼，只有一小部分的細(xì)胞能完全被重新編程；并且，iPSCs的細(xì)胞株十分不穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)中很難控制。一位來自紐約洛克菲勒大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Marc Tessier-Lavigne和他的同事們決心要解決這一問題。他們研究了來自早發(fā)型阿爾茨海默氏病和額顳葉性癡呆患者的iPSCs，發(fā)現(xiàn)和來自健康人的相比，差異巨大，可能是遺傳背景和基因表達(dá)作用的結(jié)果。

于是研究人員把目光投到了基因編輯上。他們選擇了近年來火的不要不要的CRISPR–Cas9，用它把疾病相關(guān)的突變轉(zhuǎn)進(jìn)iPSCs樣品中，與未進(jìn)行編輯的原始細(xì)胞系進(jìn)行比較。新的精確的基因編輯技術(shù)是十分強(qiáng)大的，在4月份的時(shí)候，Dominik Paquet和Dylan Kwart在Tessier-Lavigne的實(shí)驗(yàn)室里演示了利用CRISPR將一個(gè)特殊的點(diǎn)突變轉(zhuǎn)進(jìn)了iPSCs中，并且對(duì)它的單拷貝進(jìn)行編輯。這樣就產(chǎn)生了與阿爾茨海默氏病相關(guān)突變精確結(jié)合的細(xì)胞，后續(xù)研究就可以相繼開展了。

由于iPSCs和胚胎干細(xì)胞很像，因此它們不是研究晚發(fā)型性疾病，例如癡呆癥的理想對(duì)象?？茖W(xué)家們也積極地尋找刺激細(xì)胞或是引入蛋白質(zhì)等方法使細(xì)胞“早熟”，盡管問題還沒有得到解決，不過還有很多方法可供嘗試。

iPSCs能夠模擬人早期生長(zhǎng)發(fā)育情況這一特性在另一個(gè)領(lǐng)域也顯示了自己的身手——寨卡病毒是如何在孕婦體內(nèi)影響嬰兒出現(xiàn)小頭畸形的。研究人員利用iPSCs分化出了人腦中的組織、器官。當(dāng)他們將這些暴露在病毒中時(shí)，病毒會(huì)首先攻擊神經(jīng)干細(xì)胞，導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞死亡數(shù)量大幅度增加，使得大腦皮層中神經(jīng)細(xì)胞層減少，出現(xiàn)了類似小頭畸形的癥狀。

寨卡病毒導(dǎo)致的小頭畸形

iPSCs在藥物研發(fā)中也起到了很大作用，它們?yōu)樗幬镌囼?yàn)提供了充足的來源。今年，一個(gè)團(tuán)隊(duì)從一些遺傳性疼痛障礙患者體內(nèi)提取出了iPSCs，并用它們轉(zhuǎn)化出了神經(jīng)元細(xì)胞，在基于此的研究上發(fā)現(xiàn)，含鈉的化合物能夠降低神經(jīng)元的興奮度，減少患者的疼痛。用iPSCs試驗(yàn)出人體可能對(duì)某種特殊的藥物產(chǎn)生怎樣的反應(yīng)，這對(duì)于藥物研究來說是有很大益處的，但是這種方法還需要大量的實(shí)驗(yàn)去支撐，證實(shí)。

即使細(xì)胞重編程的研究已經(jīng)進(jìn)行了10年之久，但是這個(gè)過程是如何進(jìn)行的，仍然沒有一個(gè)完整的答案?，F(xiàn)在，這個(gè)領(lǐng)域關(guān)注的多是通過檢查基因組、基因表達(dá)模式等等來程序性檢驗(yàn)細(xì)胞系的特性和安全性。今年3月，在諸多研究人員的努力下，歐洲誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞銀行在英國(guó)劍橋落成，并且公開了他們的可以在疾病治療中使用的標(biāo)準(zhǔn)化iPSCs目錄。當(dāng)然，山中伸彌教授作為iPSCs的發(fā)現(xiàn)者，也加入了干細(xì)胞銀行細(xì)胞療法的研究中，為不同人群免疫兼容性的研究收集了大量數(shù)據(jù)。

對(duì)于iPSCs來說，未來最大的挑戰(zhàn)并不是科學(xué)研究。研究員們需要政府和制藥行業(yè)的大力支持，去推動(dòng)細(xì)胞療法的進(jìn)步，對(duì)于藥物研發(fā)和疾病模型，研究人員們必須要做到堅(jiān)持、有耐心。無論是iPSCs還是其他任何新的技術(shù)，都只有時(shí)間才能證明它的作用。（生物谷 Bioon.com）