细胞核重新编程

编辑:市侩网互动百科 时间:2019-11-21 08:52:10
编辑 锁定
所谓细胞核重新编程,是将成熟体细胞重新诱导回早期干细胞状态,以用于发育成各种类型的细胞,应用于临床医学,将细胞内的基因表达由一种类型变成另一种类型。通过这一技术,可将一个体上较容易获得的细胞(如皮肤细胞)类型培育成另一种较难获得的细胞类型(如脑细胞)。
更重要的是,这一技术的实现,将能避免异体移植产生的排异反应。[1] 
中文名
细胞核重新编程
应用领域
临床医学
突出特点
避免异体移植产生的排异反应
发现人
山中伸弥

细胞核重新编程提出背景

编辑
北京时间10月8日17时30分,2012年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓。因为革命性地改变了人们对细胞和生命体的理解,在细胞核重新编程研究领域做出了杰出贡献,英国发育生物学家约翰·格登和日本京都大学再生医科研究所干细胞生物系教授山中伸弥,获得这一奖项。

细胞核重新编程理论知识

编辑
在受精卵发育成一个成熟个体的过程中,特定类型的细胞一般都是沿“单行道”形成。随着发育的不断进行,这些细胞就会逐渐失去可塑性,成为不可逆的某一特定类型细胞。例如,一个皮肤细胞不会自动地转变成为一个脑细胞,而小肠细胞也不会转变成心脏细胞。然而,却有一些实验方法可以使不同类型细胞之间的转换成为可能。这些方法都是利用细胞核重编程的原理,也就是说让一种类型细胞的核基因表达转变成为胚胎细胞或者其它类型细胞的状况。这一机制引起了科学界的广泛兴趣。
衰老的“生物分子自然交联学说”指出[2]  :生物生长、发育、衰老的根本原因是细胞的增殖和分化,是各种生物大分子中化学活泼基团相互作用导致的进行性分子交联。该学说在论证生物体衰老的分子机制时指出:生物体是一个不稳定的化学体系,属于耗散结构。体系中各种生物分子具有大量的活泼基团,它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化学活性的稳定。而随着时间的推移,交联程度不断增加,生物分子的活泼基团不断消耗减少,原有的分子结构逐渐改变,这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。
一个衰老的细胞,其分裂和增殖已经停止,其中的DNA及其他生物分子大部分均处于交联结合状态、生物分子的交联反应向活性分子不断减少的更衰老方向趋衡;但是,如果衰老细胞能够重新步入分裂增殖的轨道或者用其他方式使其生成活性生物分子的速度明显大于交联失活速度,则可以打破这种活性分子不断减少的更衰老趋衡而使细胞回复到比较年轻甚至全能的状态。

细胞核重新编程重大意义

编辑
为什么说让细胞回到原始状态是革命性的呢?这要从之前对干细胞分化的认识说起。
我们都知道人类是由受精卵发育而来的,受精卵分裂发育成胚囊时,内层细胞团的细胞就是胚胎干细胞,这种干细胞非常厉害,它具有发育的全能性,即有自我更新并分化成人体内所有组织和器官的能力。正是这种细胞不断地分化成不同的组织细胞,这些分化出来的细胞各司其职,发育成为人体的各种组织、器官,最后形成了人类的胚胎。
这个缓慢的分化、发育过程,在子宫中会持续8周左右的时间,到了第8周末,体内主要器官系统雏形结构均已建立,可区分出头、面、颈、躯干及四肢,胚胎初具人形。成形后胚胎中的细胞主要进行分裂,简单说来,就是不再长新组织、器官,只增加已存在类型的细胞数量。
这是否意味着,我们出生以后身体里就没有这种神奇的干细胞了呢?
我们出生后,虽然没有了胚胎干细胞,但是还有很多成体干细胞存在,但是这些成体干细胞都是多能干细胞和单能干细胞,就是说只能分化成几种或一种特定的细胞。这些干细胞对我们非常重要,比如造血干细胞就是成体干细胞的一种,造血干细胞存在于我们的骨髓等处,它是体内各种血细胞的唯一来源。在我们身体处于健康状态时,也许感觉不到造血干细胞有多么重要,但是如果血液系统出现问题,人就可能得病,如白血病、贫血、骨质增生异常综合征等,这时候移植造血干细胞,是治疗血液系统疾病、先天性遗传病以及多发性和转移性恶性肿瘤疾病的最有效方法。
而在自然界中,正常情况下细胞的分化过程是不可逆的,也就是说一种干细胞单向分化成另一种机体中的成熟细胞以后,该细胞不可能再逆转成最原始的干细胞,所以机体也是不能逆生长的。
但是,最新的技术显示了一个令人振奋的消息:约翰·格登与山中伸弥的研究证实,以人体自有的细胞能复制成“万用细胞”干细胞,而且能为培养自体器官组织提供帮助。这彻底改变了人们对细胞和器官生长的理解,也许教科书要为此重写,新的研究领域也要因此建立。[1] 
细胞也能“再编程”
在说约翰·格登的成就之前,不妨先提一个大家更熟悉的名词,那就是克隆。在1996年克隆羊多利诞生以后,克隆技术在多个领域都引起了轩然大波,人们在热烈讨论这项技术能够带来的益处的同时,也对它的伦理问题争议不断。而约翰·格登正是细胞核移植和克隆研究的先驱性人物。
约翰·格登在上个世纪60年代便成功利用细胞核移植技术,把美洲爪蟾的普通上皮细胞核移植入卵细胞,并发育成成熟的爪蟾,这也是人类第一次从动物的成体细胞中重新复制出一个新的动物。在此之后,更多的动物都通过这种方法被复制出来,当然出于伦理道德的原因,克隆人类是被禁止的。
如果说约翰·格登是“复制教父”,那山中伸弥则更像是干细胞研究历史上的和事佬,因为在之前的研究中,要想获取胚胎干细胞,就必须要破坏胚胎,而这在某种意义上就像是要扼杀一个小生命,所以一直备受争议。但山中伸弥通过基因重组,让人类的普通皮肤细胞重返干细胞的状态,这种干细胞叫做iPS细胞(诱导多功能干细胞)。
山中伸弥以老鼠作为研究对象,他发现四种特殊的基因,如果一次导入这四种基因,就可以把成熟的纤维细胞“再编程”为不成熟的干细胞,继而发育成为其他的细胞。这就是说成熟的细胞可以在完好无损的前提下,返老还童。到目前为止,山中伸弥和其他研究小组已把多种组织(包括肝、胃和大脑)的细胞,转变成了诱导多功能干细胞,并诱导多能干细胞分化成了皮肤、肌肉、胃肠道、软骨、能分泌神经递质多巴胺的神经细胞以及可以同步搏动的心脏细胞。
这一突破虽然在实验上简单、易重复,但效果却是里程碑式的。[1] 

细胞核重新编程应用前景

编辑
现在细胞核移植技术的应用已经比较普遍,无数的科学家开始不断把发育到各个阶段的细胞核,通过核转移技术移植到各种胚胎细胞中。这项技术甚至在上世纪80年代就已开始商业使用——利用这项技术可以短期内获得大量难得的良种奶牛的胚胎,一次性让数十头母牛怀孕并产下品性完全一样的小牛。
目前,日本科学家已经在实验中通过“细胞核移植”技术,成功实现了对大龄妇女受损卵子细胞的修复。大龄妇女怀孕的几率减少,而且胎儿发生畸形或者病变的几率增高,这主要是因为卵子细胞的质量问题,可能是细胞质出现异常或变形。假如利用该技术,将高龄妇女的卵子细胞核植到年轻妇女的细胞质中,可能可以提高卵子细胞的成活率,甚至可以减少遗传病的隐患。
日本科学家计划在未来的临床应用中,继续尝试这种技术以提高大龄妇女卵子细胞的成活率和健康度,增加她们生育的成功率。但是这项实验在应用层面上仍然存在争议,因为这种卵细胞来自两个母亲的体内,出生的婴儿事实上有三个父母亲,这对于正常的伦理社会是一种挑战。
在医疗方面,诱导多功能干细胞如今可以取自人体,包括患有疾病的人。研究人员可以提取各种疾病患者的皮肤细胞,做“再编程”处理,在实验室内检视病人皮肤细胞与健康人皮肤细胞的差异。这样可以帮助研究人员发现病因,对疾病进行合理的诊断和治疗。
虽然器官移植技术已经非常发达,肾、心、肝、胰腺等多种器官、组织都可以移植,但是很容易产生异体排斥,即使成功也不能百分之百地长期存活。如果能够利用自身细胞培育出相应的器官,则能消除排斥反应。想象一下,用普通的上皮细胞通过某些方式让其发育成人体的某个组织,那么这些组织可以任意用在人类受损的器官修复上,且不用考虑免疫排斥,这对病人来说将是多么大的福音啊!
诱导多功能干细胞技术的发现,就有可能让这种设想成为可能,更重要的是,不需要承担克隆人带来的伦理道德争议。
现在已经可以在实验室中利用皮肤细胞培育成干细胞,进而培育成心脏组织细胞和大脑组织细胞,如果发展得顺利,也许未来的某一天,当人体的器官衰竭时,便可以用自己的细胞培养成一个健康的新生的器官组织,并移植到体内替换衰老的器官。当然,这只能使人恢复到之前的健康状态,但是并不能逆转人体老化的自然规律,长生不老没那么简单。
那么,这项技术能多快投入使用呢?现在有两个主要的安全隐患决定了iPS细胞无法在短时间内进入临床应用。第一是制造出来的细胞很容易发生癌变,第二是插入基因后生成的干细胞可能存在病毒。因而,该项技术能否代替胚胎干细胞,还需要经受时间的考验。
虽然这项技术离实际应用还有很长一段路要走,但山中伸弥宣称,这类细胞对于治疗糖尿病、脊髓损伤、帕金森病甚至失明具有巨大潜力。这项伟大的发现让全球科学家感到无比兴奋,也给生物医学领域带来了无数可能。[1] 
参考资料
词条标签:
其他文化 书籍