黄士昂：21世纪干细胞的临床应用前景广阔

文图/《中国医药科学》记者 王光跃 季慧敏

2011年1月19日，北京天空晴朗，有些干冷。下午3时，在宾馆的房间里，记者见到了从国外刚回来的华中科技大学同济医学院附属协和医院及湖北省干细胞研究与应用中心主任黄士昂教授。桌上的笔记本电脑开着，上面显示着细胞显微图片，可见黄教授在我们来访之前还在工作。

几句简单的寒暄之后，记者便被黄教授礼貌谦虚、温文尔雅的风度所感染……

黄士昂教授在接受纪者采访

干细胞的特点

此前记者了解到，黄教授在世界上第一次报道了造血干细胞非对称性分裂现象的存在，并获1998年美国骨髓移植协会最佳青年论文奖和国际细胞治疗和移植工程协会最佳年度论文奖。

“提到干细胞（stem cells，SC），就不得不从它最大的特点说起。”黄士昂教授说，“干细胞第一个特点是它的自我更新能力（self-renewing），是一类多潜能的细胞。它不像妇女的卵母细胞，分裂一个就少一个，它是分裂一个复制一个；还有更复杂的干细胞的非对称性分列现象，一个干细胞分裂成两个干细胞，这两个干细胞其中一个可能是干细胞,也可能这两个都不是干细胞，但细胞群体的水平仍然保持一样——这就是所谓的‘不对称性分裂现象’。人体的血液里，在没有特殊疾病或者死亡造成系统破坏的情况下，干细胞总量是一定的，既不会增多也不会减少。”

接着，黄士昂教授向记者描述了证实“人造血干细胞（CD34+、CD38-）非对称性分裂现象”的体外实验过程。“细胞一个分为两个后，一个留下来增殖，另一个走向分化。这样，多系列的分化，大量的增殖，就能满足人体整个血液、皮肤等需要代谢的器官需求。当时的实验就是把一个细胞分选出来，细胞表面包裹一个强烈的荧光标记，这样在实验早期，干细胞分裂的过程中就会观察到增殖的每一个步骤。试验时每12个小时观察一遍。当干细胞1个变成2个，2个变成4个，中间会有一些孔里留下来一个亮点，其他的就分裂的越来越多，直到第6天、第8天后有一点特别的亮，其他的都几乎看不到荧光了，但是却分裂出很多的子代细胞。因为所用的荧光染料每分裂一次，荧光度会减弱，所以这些没有荧光的子代细胞证明人的造血干细胞可以分裂。如果观察到某个细胞的荧光不减弱，也就是前面提到的那个特别亮的点，或者在第2代、第3代分裂后就停下来，这样一个停下来的细胞就可能是不对称分裂里的那个与母细胞保持一致的，那么，另外的一个则走向分裂。这从体外研究证明了人的干细胞的自我分裂能力。”

对于记者很感兴趣的“体内实验”，黄教授言简意赅地说：“其实证明干细胞的自我更新能力的最重要的实验就是体内实验，也就是做动物的体内测试，把一群分化的多功能细胞接种到动物体内，如果目的是重建造血和免疫，那么就接种造血干细胞；如果目的是重建皮肤，那么接种的就是皮肤干细胞；如果要生成白血病或者是乳腺癌，就要接种白血病和乳腺癌的干细胞。CD34+、CD38-的体外实验都做了之后，体内的测试工作则根据免疫进驻的理论，把大约200到400个人的干细胞接种到母羊怀孕的小羊胎里。因为早期接触的抗原都是自身的，所以人的细胞就可以在小羊胎里面生长。等到小羊分娩、长大到一定阶段后，再把小羊的骨髓和血液细胞做测试。测试结果证明，这200到400个的人的造血干细胞可以在大动物体内重建人的血液和免疫系统，其中包括各系列的血液细胞和免疫细胞。同样的道理，要在体内证明其他系列的细胞，都可以用动物的体内实验来证明。这是一个特殊的模型，在动物的早期胚胎中，当把人的细胞打进去时，不会有排斥反应发生；用小动物做就更容易了，特别是没有免疫功能的无胸腺裸鼠。总而言之，无论大动物实验还是小动物实验，体内实验还是体外实验，都是为了证明人干细胞具有自我更新的能力的特征。”黄教授接着说，干细胞的第二个特征就是多系列分化，生成不同的子代细胞，医学界也称之为“万用细胞”。第三个特征就是能够大量的增殖，增殖产生子代细胞可以满足人体正常生理代谢的需要。干细胞在体内数量是很少的，这是它在临床应用时一个最基本的困难。第四个特征、也是临床应用很重要的一点，干细胞在正常的生理情况下不处在细胞生殖状态，在某种意义上保护细胞群免受射线、化学药物等对其造成的损害，存活下来的干细胞最具有临床应用潜力。

对于干细胞的第四个特征，记者问道，从细胞凋亡的理论来讲，细胞群在被射线、药物损害后，干细胞自身通过什么方式使其快速激活，并恢复再生功能，用以修复被损害的细胞群？

关于这个问题，黄教授会心地笑着说道：“这个问题问的蛮好。我一直想做的一个研究，就是干细胞如何在应急状态下激活自身恢复再生功能的问题。在我看来，整个细胞就是一个社会，干细胞就是生成社会成员的种子。当把各种细胞比如说T细胞、B细胞、血液细胞等，在不同的情况下与干细胞放在一起，观察干细胞是符合被诱导进入细胞增殖状态，如何被激活恢复再生功能，这就形成一个很好的调控模型。1994年，我参与过美国德克萨斯州一个医院的研究：把一个5岁男孩的肝脏成功移植到50多岁的妇女体内。检测结果发现，被移植的妇女体内30%左右的血细胞是肝脏提供者5岁男孩的。我当时负责做这个验证工作。具体就是根据男性、女性染色体的组成不同，用妇女的染色体来验证，做表型、遗传等的监测。干细胞往往是在体内应急的时候从骨髓里恢复细胞造血功能。研究中发现，那个50多岁的妇女的已损坏的肝脏不会应急造血，但是移植了男孩的健康肝脏后，应急效应产生，造血功能恢复，就有了上述提到的妇女体内血液30%的血细胞是5岁男孩的结果。”

干细胞的临床应用

据记者了解，在临床治疗上，造血干细胞应用较早。早在20世纪50年代，临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病；到80年代末，外周血干细胞移植（PBSCT）技术逐渐推广，绝大多数为自体外周血干细胞移植（APBSCT）。提及这些情况，黄教授补充道：“实际上干细胞的研究很早就开始了，也得过诺贝尔奖；而干细胞的临床应用最早是从血液开始，主要是做骨髓移植。上世纪50年代末的研究，只知道骨髓里有干细胞的存在，但具体怎么应用还不清楚。我国的干细胞研究起步也比较早，在20世纪60年代就开始了骨髓干细胞移植方面的研究。比如中国工程院院士陆道培在1965年就开始从事干细胞的研究。”

在谈到20世纪80年代末外周血干细胞移植技术的应用时，黄教授介绍说：“脐血干细胞在临床上的应用也有20到30年的历史了。它的特点是免疫原性低、排斥反应小、再生能力和速度都很高。在同等血细胞的数量上，同样是成体的干细胞，细胞质量及细胞活力均没有脐血干细胞好。因为我们的研究所用的指标就是CD30+、CD38-，结果证实脐血干细胞中CD34+、CD38-的数量要比骨髓里的含量高。美国上世纪90年代就已经在临床上应用脐血干细胞，目前在造血干细胞移植上的应用更加全球化发展。脐血干细胞在造血上应用已经很多，但是在脐血干细胞和皮肤干细胞的其他领域，原则上都处在不断尝试阶段；而且，全球研究学者还在商议，比如说，有人提出脐血干细胞可以形成骨或者间充质干细胞，但却没有提出让公众信服的、能真正进行调控的模型。”

记者就目前皮肤干细胞及神经干细胞在临床上的应用，以及现在非常热门的干细胞在美容方面的应用等问题请教黄教授，他回答说：“解释这个问题首先要涉及到干细胞的核心问题，那就是干细胞到底是不是所谓的全能？从1999到2001年的干细胞研究领域，各国研究学者都在谈论干细胞的横向分化问题并围绕其进行研究，比如说从骨髓里找出神经干细胞，或从肌肉里找出皮肤干细胞，进而再生成相应的组织器官。”

关于干细胞的横向分化，相关的研究有1999年Goodell等人分离出小鼠的肌肉干细胞，体外培养5天后，与少量的骨髓间质细胞移植给接受致死量辐射的小鼠，结果发现，肌肉干细胞会分化成各种血细胞系。黄教授表示：“对于干细胞的横向分化，我认为除了胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell;ES）和诱导多功能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cell;IPS）以外，在骨髓或者其他来源干细胞它可能会有皮肤干细胞、神经干细胞等，但在正常的生理情况下，它们是不会生成真正所需要的皮肤或者神经。骨髓除了造血以外，其他的间充质干细胞是一个储存的仓库，可能会在特定的情况下，在特殊微环境的诱导下，会形成皮肤、神经等干细胞；也可能骨髓干细胞本身就有这个类型的干细胞，比如皮肤、神经干细胞本身就存在于骨髓里面，在机体需要它们的时候，回到特定环境中去生成所需要的神经或肌肉，完成干细胞的横向分化。关于横向分化的调控机制目前还不清楚，这之前在《Science》,《Cell》等杂志上发表的文章最后都被否认了，主要因为在方法学上很难证明。某一篇证明干细胞横向分化的文章不稀奇，耶鲁曾经在《Cell》上发表的文章也都被否定过，最后验证时在方法学上都存在问题，包括我们自己在这方面研究也有很多经验和教训。在干细胞的研究领域曾经出现了很多稀奇古怪的事情，甚至很多天方夜谭，所以在这个领域做经典研究的人都是很小心的。”

正是因为对科学研究的严谨态度，黄教授在申请2002年的国家科技部973人胚胎干细胞子项目时，并没有选择干细胞横向分化研究的团队，而是选择了《维持胚胎干细胞不分化分子机理》的子课题。在2003年国家杰出青年基金《白血病干细胞鉴别与临床意义》的答辩时，陈竺部长向黄教授询问了干细胞横向分化方面的国际研究进展。他说，“2003年整个干细胞的研究领域终究还是重新回到它的经典研究开始，也就是要证实骨髓干细胞可以分化成各个系列。所以，目前再做干细胞横向分化这方面的研究，或者发表这方面的文章，全世界基本上都不会接受，持否认态度，直到IPS成功研究出来。”IPS技术是干细胞研究领域的一项重大突破，通过向皮肤成纤维细胞的培养基中添加几种胚胎干细胞表达的转录因子基因，诱导成纤维细胞转化成的类多能胚胎细胞。它回避了辩论已久的伦理争议，解决了干细胞移植医学上的免疫排斥问题，使干细胞的临床应用又迈出了一大步。黄士昂教授IPS研究的成功，使干细胞研究实现了“返老还童”。他相信这将是未来几年获得诺贝尔奖的热门课题，美国的《华尔街日报》近几年也不断表示下一个诺贝尔论文奖极有可能是IPS。

黄士昂教授认为，临床应用最广泛且成熟的，是骨髓或者脐血干细胞来源的间充质干细胞，皮肤干细胞的临床应用进展也比较快，而且国内的应用也比较多，比如说在糖尿病治疗上，大部分都是用间充质来源的干细胞，比如皮肤、肌肉干细胞，所以这需要更长的时间来验证。黄士昂教授感概地说：“在这个验证的过程中，也有过正面的经验和反面的教训。正面的经验就是之前提到的1994年美国德克萨斯州医院的研究；反面的教训就是在20世纪90年代初期，我们用流式细胞仪做过一项研究，从骨髓里面的10万个细胞里分选出一个，认为这种细胞即可形成血细胞又可以形成间充质干细胞，当时就命名为多功能干细胞。正因为当时我是在生产仪器的公司工作，得以了解到流式细胞仪在分旋到一定程度的情况下，它不像磁珠一孔一个，有时可以看见十几个，于是我们认为结论不准确，就撤销了多功能干细胞的结论，这也是我不认为横向分化可行的一个主要原因。”

黄士昂教授谈到这里，记者明白了一个道理，一个人，有时获得成功也许并不难，但敢于对它做出否定，却需要很大的勇气；否定之后继续探索则是一种信念了。黄士昂教授对科学研究追求严谨、精益求精的作风让记者十分敬佩。

随着干细胞在临床上的应用越来越成熟，近几年来，其在美容方面的应用也日趋广泛多样性、时尚化，黄士昂教授对此认为，虽然国内外临床上都在应用，但国际上却没有经FDA批准的成型产品。

肿瘤干细胞的发展

对于肿瘤的发生与干细胞之间的关系，黄士昂教授解释说，第一个有关理论是肿瘤从干细胞里获得主细胞，癌症的时控性增殖很原始，越原始恶性度越高，而且只有干细胞具有这个特性，加之干细胞本身的自我更新的能力，所以将干细胞本身突变，使之突变成癌症细胞，要比成熟的肌细胞或者皮肤细胞诱导成为癌症的可能性高很多。所有的肿瘤最可能从干细胞里获得主细胞。根据肿瘤激活的理论，至少有两个以上的基因位点或多基因位点激活，所以肿瘤的发生最可能在干细胞或者主细胞阶段产生。第二个理论就是大部分肿瘤细胞是没有再生能力的，只有含量非常少的肿瘤干细胞造成肿瘤发病、肿瘤耐药、肿瘤转移和肿瘤复发。肿瘤干细胞和正常的干细胞一样，大部分在病理情况下不处在生殖状态，当用放疗、化疗或药物刺激时，没办法将它们杀死，这是造成化疗、放疗永远不能根治肿瘤的瓶颈。

“整个理论的提出，在过去10年里，全世界在肿瘤这个领域都是围绕肿瘤干细胞来研究的。在2003年，用含量非常少的50～100个乳腺癌干细胞就可以在老鼠体内重建一个人的乳腺癌。运用细胞社会的观点来看，如果干细胞是生成我们体内血液、神经、皮肤这些好的种子的话，那肿瘤干细胞就是构成乳腺癌、胃癌、肠癌、白血病相关肿瘤的坏种子，这就出现了一个很好的靶标和靶点，只要将这个坏的种子肿瘤干细胞杀死的话，理论上是可以将癌症根治的，所以现在国内外医药公司和临床方面，都在围绕着它开发一系列的药物，展开靶向性治疗，现在临床前期的药物已经越来越多地在应用了。”黄士昂教授骄傲地说：“我个人也很自豪啊。我们的工作除了在正常造血干细胞领域，做出人的CD34+、CD38-这个对人类有贡献的成果，还引伸出白血病干细胞，并由白血病干细胞又引伸出肿瘤干细胞。没有想到的是，对肿瘤界造成了这么大的影响。其实就是因为我们找到了这个坏的种子开展的靶向治疗，因此，我对根治白血病时代的来临很是乐观。”

建立国内首个专科特检中心

谈到当初建立检测中心的初衷，黄士昂教授感概道：“在我毕业的那个年代，所分配医院的不同，直接导致了和同学之间的差异。因为医院提供的诊断信息不同，之后相继一系列的治疗方法就会有差异。到美国之后，我发现美国的医疗体系基础结构非常好，对临床的服务很完善。当时我们血液科的医生要做化疗，都只能在大型三级医院才可以，但在美国，普通诊所或社区的专科医生就可以做，而且所用的设备都很简单。后来我了解到，在美国除了有一套专业的化疗训练系统，关键就是会成立一个独立的、第三方的诊断实验室。不论那个州的医生，只要愿意，都可以和世界上最好的诊断技术接轨。而在我国，比如一个县级的小医院，其他三甲医院想要得到它的诊断信息，几乎是不可能的。所以我认为，各大小医院间诊断信息的交流，是中国医疗发展中的一大缺陷。”黄士昂教授继而说道：“我们需要借鉴美国的做法，坚持专科的高端检验，建立中国自己的第三方实验室。我不仅要求自己的学术要很过硬，我团队成员的技术水平也要过硬。只有学术上被认可，专科特检才能更有效地服务于临床的治疗。”

黄士昂教授接着介绍说，在专科特检领域，中国有一定的结构性缺陷，而专科特检本身在医学诊断领域的发展很快，技术水平要求也很高，最早只是对专科有用，检验的标本也往往只有专科量；而血液的专科特检发展尤为迅速，因为取材方便简单。在中国，每个科室需要检验的标本会送到检验科进行检验；检验科的人员用一套自动化的设备统一进行检验，并给出结果；在美国，则要求专门的病理医生协会来负责，大学本科毕业考到资质就可以做检验，而做专科特检需要美国医学院毕业，本科加上4年的医科，还要3年的住院医生培训才可以从事这方面的工作，所以在取得检验资格上，我们需要和国外接轨，特检一定要由专科医生根据国际标准规范来做。

随后，黄士昂教授举了一个例子。他说：“美国有专门的血液病理医生，主要操作细胞遗传染色体的检测，流式细胞仪的检测，分子生物学的检测等等，比如一些三甲的大型医院，50～100张血液科病床，需要做检测的最多3～5个技术员，所以各医院的专科特检发展，也受到这些技术员自身技术的制约。像在亚洲的新加坡、韩国、台湾、香港等国家和地区这些看似医疗平均水平不错的地方，专科特检其实很弱，因为人口基数很小，没有足够的标本；而中国在专科特检上的优势，就来源于我们庞大的人口基数。我国的医疗卫生自从改革开放后迅速发展，伟大的时代造就了机会。虽然现在做的还不够，与国外还有一定的差距，但我们确实已经踏上征程……”

采访到最后，黄士昂教授充满信心地说：随着干细胞研究领域立体化、多方位的发展，某些研究成果如肿瘤干细胞等，也是不断向深度和广度发展的，人们对于干细胞的了解也将更加全面。由此记者领悟到，21世纪是生命科学的时代，在过去近半个世纪的时间里，已经成功创造了很多干细胞应用的奇迹，黄士昂教授凭着对科学精益求精的态度，以自己的实际行动为推动我国干细胞研究和专科检验达到国际一流水平而不遗余力。我们有理由相信，在全世界干细胞研究学者的不断探索下，根治白血病等癌症时代的来临，已指日可待！