尿液中寻觅“长生不老”的奥秘

张怀奇

中国人自古就有追求长生不老的梦想。我国四大名著之一的《西游记》中，石猴渡海求艺的唯一目的就是求“能得长生否”。从大秦帝国派出300名童男童女东渡大海寻求长生不老之方开始，到之后的历代王朝大兴炼丹房修炼长生不老神丹，都在寻求长生不老之术，但似乎距离“能得长生否”却越来越远了。

2013年，一支法国纪录片拍摄团队专程来到广州。他们希望在那里证实一个传言，即中国人是否真的在尿液里找到了“长生不老”的奥秘。在广州的实验室，中国细胞生物学学会再生细胞生物学分会会长、首届国家中长期规划“干细胞研究”计划专家组召集人——裴端卿教授和他的研究团队向世界证明了：尿液可以提供健康的细胞，而科学家可以利用这些细胞得到高质量的神经干细胞，并且进一步将它们变成血液细胞、骨细胞、皮肤细胞、肝细胞，甚至神经细胞。在不远的将来，科学家或许就可以将这些分化的细胞移植到人体损伤部位，替换衰老的细胞和组织，实现延长人类生命的“奇迹”。

要破解“不老泉”的秘密，最为关键的就是通过诱导健康尿液中的上皮细胞成为高质量的神经干细胞，并进一步将神经干细胞分化为人体所需的其他细胞。那么，神经干细胞是何物呢？这还得从干细胞说起。

干细胞是人体及其各种组织细胞的最初来源，具有高度的自我复制、增殖和多向分化的潜能。目前，干细胞主要分为三大类：第一类是胚胎干细胞，被誉为全能性干细胞。从理论上讲，无论是在体内还是体外环境下，胚胎干细胞都可以诱导分化为机体中所有的细胞类型，在适当的条件下甚至可以发育为一个有机体。第二类是成体干细胞，是存在于发育成熟个体内已分化组织中的未分化细胞，它具有自我更新能力并能分化为其所在组织起源的所有细胞类型。第三类是诱导性多能干细胞（iPS细胞），是成熟体细胞诱导演变成类似胚胎干细胞的多潜能干细胞，它介于前两种细胞之间。裴端卿教授制造的神经干细胞就是iPS细胞的一种。那么iPS细胞又是从何而来的呢？其家族又有哪些成员呢？

回顾人类干细胞研究近一个半世纪的历史可以发现，尽管干细胞的研究取得了巨大的突破和进展，并且有相当部分的研究成果已经成功应用于医疗领域，造福了相当多的患者，比如黄斑变性眼疾患者等。但反对干细胞研究的声音却从未停息，人们在文化、宗教信仰、技术滥用等方面的担忧从未停止。这就迫切需要寻找到一种既合理、合法又安全实用的技术手段来获取精贵的干细胞。

2012年10月8日下午，人们翘首期待的年度诺贝尔生理学或医学奖揭晓，日本科学家山中伸弥因发现成熟细胞可以被重新编程为iPS细胞而成为获奖者之一。他为何能获得如此殊荣？这还得从他2006年的研究成果说起。

当年，以山中伸弥教授为首的日本京都大学研究小组，通过实验成功地将小鼠的皮肤细胞——确切地说是成纤维细胞——转化成为了干细胞。这是科学家首次获得iPS细胞，成功开启了iPS 细胞研究的大门。此后，犹如雨后春笋，国际上一些有实力的国家在这一领域展开了激烈的竞争，iPS 细胞一时成了炙手可热的干细胞新星。

仅仅不到半年时间，科学家们就修改了小鼠iPS细胞技术方案，将其成功运用于人类细胞。但问题也接踵而至，日本教授相继发现，他们诱导生成iPS细胞的一种基因容易致癌。这时，如何获得既成熟又不致癌的iPS细胞成了一大新的挑战。

经过不懈努力，科学家创造了一种导入干细胞基因的方法，即先把干细胞基因通过非整合载体或质粒导入细胞，待细胞获得多能性后再将其剔除，以此消除嵌入核酸或质粒所带来的风险。裴端卿教授就是在诱导方法上采用了这种非整合技术，使得诱导后的神经干细胞不带有任何诱导因子，消除了诱导因子引起成瘤性的隐患。此外，由尿液上皮细胞直接诱导为神经干细胞，跳过了可产生成瘤性的“多能性获得”这一步骤，因而这样获取的神经干细胞更加安全。现在，多个实验室已经证实了诸如肝细胞、胃上皮细胞、胰腺细胞、神经前体细胞、肌肉细胞、间充质干细胞、表皮干细胞、脐带和羊膜细胞以及造血细胞等均可被诱导成为iPS细胞。

由此可见，iPS细胞来自于成熟体细胞的再加工，也就是从外界引入几个“转录因子”（即控制基因开关的蛋白质，如Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4等），把成熟体细胞“反分化”，从而退回到未分化状态。这些“退回到未分化状态”的细胞能够重新分化为多种类型的细胞。因此，它具有无限的分化潜能。目前，已经较为成熟的iPS细胞有人成纤维细胞、人脂肪干细胞、人外周血T淋巴细胞、人骨髓间充质干细胞和人肾小球系膜细胞等，相信随着研究的进一步深入，iPS细胞的类型也会越来越多。

诱导性多能干细胞如此神秘，肯定有它的神奇之处。没错，iPS细胞就像孙悟空具有七十二般变化一样，能在合适的技术诱导下变成目的细胞，从而具有胚胎干细胞的全能分化功能。这必将在疾病的研究和治疗、再生医学、器官移植等领域掀起巨大的技术革命。此外，iPS细胞还为药物模型的建立和研究带来了革命性的变化。

应用iPS细胞来治疗疾病是研究iPS细胞的终极目标。目前，科学家在利用iPS细胞在疾病模型中进行细胞替代治疗领域已经取得了突破性的进展。比如，镰刀形细胞贫血症，是由于血红蛋白上一个氨基酸单位的变化，造成红细胞可以生成却不能有效地输送氧气，从而造成红细胞在血管内大量破坏的一种常染色体显性遗传血红蛋白病。在这种疾病的治疗上，可以用从患者体内得到的造血干细胞嵌入正常的血红蛋白，然后回输进患者体内，从而生成功能正常的红细胞。又如，在A型血友病（这是由于遗传性凝血活酶因子Ⅷ生成障碍引起的出血性疾病）的治疗上，科学家用一种病毒将功能性凝血因子Ⅷ的基因导入到患者的外周血干细胞内，使凝血因子Ⅷ在血小板内生成和存储，从而达到治疗作用。再如，在老年性痴呆（这种疾病是因为神经细胞年老衰退造成的，又称阿尔茨海默病）的治疗上，可以用诱导性神经干细胞进行自我修复或替代丢失、缺损的神经组织，从而恢复患者的记忆。此外，科学家运用这项新技术在治疗不孕不育症、听力或视力障碍等方面也进行了卓越的研究。

同时，科学家还利用iPS细胞还原了疾病病理过程，提供了体外疾病模型，以便于研究疾病形成的机制、筛选新药以及开发新的治疗方法。例如，研究人员将提取自“渐冻人”（肌萎缩侧索硬化症患者）体内的iPS细胞，分化成特定的运动神经元，来研发改善疾病症状的药物。澳大利亚科学家首次使用人体皮肤细胞制造出了一小块功能性的“迷你肾脏”。别小看这个小小的器官，它的功能可是样样俱全，有望缓解目前肾脏移植手术中肾源稀少的困境，也有助于降低肾脏疾病药物筛查的成本，并提高筛查效率。此外，还有科学家培育了“大脑类器官”。借助于这颗豌豆大小的类器官构成的人类大脑组织，科学家能够解答与大脑发育以及人体最初发育阶段出现的与紊乱有关的一系列重大疑问，比如对神经发育疾病——小头畸形的研究等。

相信在不久的将来，这将有望成为治疗人类疾病的又一种神奇手段。

iPS细胞在造福人类的同时，却并不总是蓝蓝的天上白云飘，而是犹如唐僧西行取经，八十一难的阴影总是如影随形。iPS细胞的研究也存在着巨大的研究挑战。尤其是在iPS细胞的诱导效率、产生机制和安全性等方面，亟需进一步阐明和优化。其中，阐明iPS细胞产生的机制最为重要，而如何改进并研究出新的低致瘤性的诱导方法，提高iPS细胞的安全性则是未来研究中的重点及难点。此外，iPS细胞能够真正取代胚胎干细胞吗？它们是否具备太多的“前世记忆”呢？iPS细胞的取材会受到文化和宗教信仰的约束吗？这些问题都仍需解决。

147年前，人类第一次使用“干细胞”一词来描述受精卵。17年前，人类胚胎干细胞才第一次被分离出来。9年前，诱导性多能干细胞才从“理想国”里走出来，它年轻且先天发育不良。2年前，由裴端卿教授带领的中国团队终于利用非整合技术弥补了这个缺陷。如今，随着科技日新月异的发展，我们相信，从尿液里提取干细胞的技术，定会助推医学大革命，“能得长生否”已经不再是无从回答的疑问了。