人工干细胞记得住自己的身世


  尽管重新编程的干细胞——从完全分化的成年细胞所产生的——可以转变成任何类型的组织,科学家已经发现,它们保存了自身来历的记忆。这种记忆显然会影响细胞的发展,根据最近一期《自然》杂志网络版报导的研究,重新编程的干细胞更容易转换回原来的身份。这一发现有可能影响重新编程干细胞的两个主要用途研究:对于来自病人细胞源性疾病的深化研究,以及替代细胞疗法的开发。

  几年前,研究人员们开发出一种将成年细胞重新编程为干细胞的方法,使用一个简单的基因或化学因素的组合,无需胚胎。不过,像胚胎干细胞一样,这些诱导性多功能干细胞(iPS细胞)可以自我复制,并分化成几乎任何类型的人体组织。该技术在全球迅速蔓延,提供了研究干细胞的一个方法,也提供了排除使用胚胎细胞在技术上和伦理上的障碍而具有潜在疗效。但是,3年后,并发症不断出现了。

  虽然iPS细胞已经通过了所有的所谓“传统全能性试验”——分化成任何类型组织的能力——并且在表现上与胚胎干细胞完全相同,但他们确实具有局限性。通过研究小鼠干细胞,乔治•戴利(George Daley)和他的同事们发现,从血液中转化来的细胞可以更好地分化为成血细胞,而不是骨细胞,那些骨源性细胞则可以转化成差劲的血细胞和和更糟糕的神经细胞。

  戴利的团队也将小鼠iPS细胞与那些做过核移植(这项技术曾用于克隆羊桃莉)的细胞进行了比较,两种方法启动了不同的机制,来推动一个细胞返回干细胞状态,其中,化学方法重新编程的iPS细胞似乎不那么彻底。iPS细胞在它们先前身份的DNA指示性上,保持了其化学修饰,而核移植方式则改变得很彻底。(类似的人类细胞实验是不可能的,因为还没有人克隆过人类细胞。)

  这个发现找到了一个用iPS细胞进行基础疾病研究的障碍。许多科学家一直在收集来自各种疾病患者的皮肤样本,将他们重新编程,成为iPS细胞,然后促使它们分化为受该疾病影响的组织。这可以让他们检验,疾病是如何在分子水平上展开的。但是,如果是一种神经系统的疾病,如帕金森氏症,或任何与皮肤组织没有关系的疾病,从来源组织而来的变异可能会掩盖疾病的作用。

  对于从iPS细胞开发替代细胞疗法来说,这个发现可能是一个福音。“这是一把双刃剑,”戴利说。“制作并指导iPS细胞分化成特定的组织,是非常具有挑战性的。”从目标组织开始,可能会更容易些,他说。例如,要增加新的骨细胞,科学家们可以从病人骨活检做为起始原料,会比从血液或皮肤细胞开始更好。

  最近在《自然生物技术》网络版发表的另一项研究表明,细胞连续生长几代后,这些细胞记忆将消退。“当细胞经历了数以千计次分裂之后,这种记忆似乎就消失了,”哈佛大学的干细胞生物学家康拉德•霍柴林格(Konrad Hochedlinger)说,他领导了这项研究。“这些细胞变得无法区分彼此的差异,我们早期观察到的那些差异似乎消失了。”但是,由于广泛的培养也会在细胞中产生遗传突变,所以,完全消灭细胞记忆可能也不是最好的办法。

  总的来说,这些研究表明,研究人员们仍然需要对iPS细胞进行更深入的了解。“如果没有其他原因,我们仍然应该研究核移植,以研究自然是如何进行自我编程的,”伊万•斯奈德(Evan Snyder)说,他领导了加州拉霍亚(La Jolla, CA)斯坦福-伯纳姆医学研究所(Sanford-Burnham Medical Research Institute)的干细胞与再生生物学项目,并未参与上述研究。核移植是一个棘手的过程,从来没有在人体细胞中成功完成,而且,也不大可能成为治疗应用的候选。但是,作为一种研究工具,它却在很大程度上消失了。自从可以建立自己的iPS细胞后,很少有实验室继续研究核移植了。