从ES细胞到克隆人----生殖辅助医疗给再生医疗带来了什么

小林 登(东京大学名誉教授、国立儿童医院名誉院长、CRN儿童研究所名誉所长)

2009.06.19

  上一期的所长寄语中,我们谈到了现在生殖辅助医疗有其积极意义的一面,同时在生命伦理学方面还存在问题。生殖辅助医疗主要是指体外受精,它正对"再生医疗"(Regenerative Medicine)产生影响。本期我们就来谈一谈再生医疗。

  通常所说的再生医疗是指:利用细胞和基因人工地制造出人体必需的组织和器官,并将其移植到患者身上发挥相应的身体机能,达到治疗的目的。

  我们周围有很多人因为先天疾患及各种事故而失去了某一身体组织或器官,进而丧失了相应的机能。为了使组织、器官的构造和机能恢复正常并获得再生,我们可以通过提高人体自身的恢复能力达到治疗的目的。可是,多数情况只有通过移植别人的组织或器官来进行治疗。这不仅存在排斥反应的问题,还有数量上的限制。再生医疗为解决这些问题带来了曙光。

  人们已经尝试性地制造出了治疗烧伤用的皮肤、白内障用的角膜、心肌障碍用的心肌、运动障碍用的骨和软骨、神经障碍用的神经细胞、治疗糖尿病用的胰岛素分泌细胞等,其中的一部分已经实用化。

  为什么体外受精会对再生医疗产生影响呢?首先我们看一下体外受精的过程吧。通过手术取出排卵前的卵子移植到培养器中,注入精子制造出受精卵。其后,将受精卵通过类似人工授精的方法植入母体,达到妊娠的目的。

  正常妊娠中的受精及受精卵着床于子宫内膜前是在女性体内完成的,而体外受精是在女性体外进行的。可是,人外授精的成功率只有20%左右。这一结果也许是理所当然的,因为女性体内进行的妊娠过程中还有很多不解之谜。

  体外受精产生的受精卵在体外培养过程中也不断以2的n次方的速度进行细胞分裂,发展为细胞群的胎芽。细胞群表面的细胞将发展为胎盘,而内部的细胞则是具有发展为构成胎儿身体的所有组织和器官能力的万能细胞。这种细胞被称为"胚胎干细胞"、"ES细胞"(embryonic stem cell)。

  胚胎的英语为"embryo",是受精卵经过细胞分裂和增殖形成的细胞群。通过培养ES细胞,并对其细胞核中的基因进行操控,就能制造出必要的组织或器官。

  1920年,人们开始了解到初期的胚胎中存在决定其分化方向的部位。使用从该部位提取的特定蛋白质分子、激活素对ES细胞进行处理后,可以制造出各种组织和器官。现在相关试验已经获得成功。神奇的是,通过改变激活素的浓度,并加入其他有机酸就能制造出肾、脾、筋、血球等不同的组织和器官。

  并且,早期的ES细胞也能发展为完整的胎儿。体外受精中,一卵双胞胎、三胞胎等多胞胎较多的事实也对此作出了证明。自然妊娠中一卵双胞胎的几率仅为0.5%,人为性的操作还有很多问题有待解决。

  如上文所述,要通过人的ES细胞制作出再生医疗用的组织、器官,必须从细胞核的基因中找到相应的基因并使其发挥作用。迫在眉睫的是如何才能找到相应的基因、如何才能使其发挥作用。为此,全世界的研究人员都在积极地进行论证。

  以前,人们一直认为像ES细胞这样的万能细胞仅存在于胎儿或新生儿的组织和器官中。经过近10年来的研究发现,成年人的组织和器官中也存在万能细胞。也许是生命体为了防备何时何地发生的紧急情况,而使其自身具备了修复、再生受损组织和器官的能力。这种万能细胞叫做"成体干细胞"。

  最有代表性的是骨髓细胞,其中存在较多的干细胞。因此骨髓移植在白血病的治疗中发挥着很大的作用。另外,已经通过相关的组织培养证明了在皮肤、肌肉、血管等组织中也存在"成体干细胞"。可是,和ES细胞相比,"成体干细胞"已经进行了分化,其万能性相应降低,可以制造的组织和器官也很有限。

  移植是再生医疗的主要技术。对于这一技术来说,通过人的ES细胞制造组织和器官非常重要。因为,如果利用患者本人的ES细胞,就可以防止移植时的排斥反应。可是,实际应用中还有很多问题,再生医疗也需要进一步发展。

  例如,即便是使用体外受精过程中剩余的受精卵来提取ES细胞,也无法逃避生命伦理问题。为此人们制造出了不使用受精卵就能造出ES细胞的iPS细胞。研究发现,在人体的体细胞(例如:皮肤细胞)中导入细胞核中的4个基因使其初始化就能造出ES细胞一样的万能细胞。这就是被叫做"人工多能干细胞induced pluripotent stem cell"(iPS细胞)的干细胞。与利用受精卵相比,生命伦理的问题较少。并且从人体自身的皮肤细胞就可以制造出iPS细胞,这为再生医疗的发展敞开了大门。

  从另一个极端来看再生医疗的话,那就是"克隆人"。为了制造出更多的强悍士兵、优秀的宇航员,为了实现因病即将去世的病人获得重生的愿望,理论上可以造出克隆人。当然,这种想法是人类的禁区。

  克隆技术始于1997年Nature杂志封皮上刊登的"克隆羊多莉"的诞生。取出某只羊的细胞核,并用其取代另一只羊的卵子细胞核并进行培养,之后植入母羊的子宫内,卵子开始分裂,最终实现了克隆羊的诞生。

  可以操控人类繁衍的生殖辅助医疗在推动再生医疗发展的同时,也向我们提出了一个重大问题,即它将改变人类的存在方式。

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作者简介

小林 登(东京大学名誉教授、国立儿童医院名誉院长、CRN儿童研究所名誉所长)
小林 登

日本儿童学会名誉理事长、日本婴儿学会名誉理事长、日本母乳哺育学会名誉理事长、日本防止儿童虐待学会理事。1954年毕业于东京大学医学部。历任国际小儿科学会会长、国立小儿医院医疗研究中心第一任中心主任、国立小儿医院院长等职。曾获日本医师会最高优秀功劳奖(1984年11月)、每日出版文化奖(1985年10月)、国际小儿科学会奖(1986年7月)、瑞宝章二等勋章(2001年秋)、武见纪念奖(2003年12月)。

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