干细胞研究与治疗性克隆

上海老科协科普讲师团 高级工程师

张 辉

干细胞的研究始于20世纪的70～80年代，当前除理论研究外，应用方面的重点是疾病治疗，同时也为新药的药理、药效、毒理等方面的研究提供了新的研究手段。

干细胞（stem cell）的“干（stem）”的含义同于“树干”的“干”，如树干上长出众多的枝叶那样，可以分化出各种不同类型的细胞。干细胞大体可以分为：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。

人体是由200多种细胞（总数可达60～100万亿个）组成的，而生命之初仅是一个细胞――受精卵，受精卵一再分裂的开始阶段，各个细胞都可能发育成一个胎儿，这是全能干细胞，如同卵双生的婴儿就是由一个受精卵在分裂初期分开为两个独立的部分，各自发育成一个胎儿。

受精卵经数天的发育，形成囊胚（或称胚泡），分化为内层和外层，按照遗传信息的指令其外层将演变为胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的其它支持组织，而内层（内细胞群）发育为人体所有的各种组织和器官。若没有外层的支持，无从自母体得到滋养，不能形成胎儿，因此内层的细胞团不属于全能干细胞而是多能型干细胞。继续发育的过程中内细胞群又分化为内、中、外三个胚层，外胚层将分化形成皮肤、眼睛和神经系统等，中胚层将分化形成骨骼、血液和肌肉等组织，内胚层将分化形成肝、肺和肠等。在此过程中，多能干细胞转化成各种具有特殊功能的干细胞，这类干细胞只能向一种类型或与之密切相关的细胞分化，因此称为专能干细胞，如血液干细胞能产生各种血细胞――白血球、红血球和血小板；但近来的研究中发现，在一定的条件下专能干细胞也可能转化为其它类型的干细胞。

为了维护健康并延长人的寿命，医学上有许多疑难问题有待攻克，许多疾病是由于细胞的衰老、变异和毁损，因此利用干细胞诱导分化出新的细胞取而代之，自然成为理想的治疗方法。当前用专能性干细胞移植治疗相应的疾病，包括我国在内已有不少成功的例子，如移植骨髓或外周血、脐带血的造血干细胞治疗白血病，移植神经干细胞治疗帕金森氏病甚至脊髓损伤等，也有了可喜的进展。干细胞的研究更加成为热门的课题，进入了一个新的历史时期。1999年和2000年美国著名的《科学》（Science）杂志都将干细胞研究列为世界十大科学成果之首。

随之而来的设想是利用干细胞培育出特定的组织甚至器官，以救死扶伤。一些人由于意外伤害，重要器官受损，一些人由于衰老或疾病个别器官衰竭，如果能移植健全的器官取代，则无疑是延续生命的良策。虽然组织和器官移植在外科手术上已取得了许多重大成果，但可供移植的器官极为难得，即使有可能取得，还有一个配型问题，否则因为免疫排异的原因，仍然难以取得成功，所以每年由于得不到适当供体而死亡的人（以百万乃至千万计）远远多于因移植而获救者。当然也有人在研究用转基因猪的内脏供移植，但由于多种因素（包括伦理方面的问题），实现的可能性也不大；另一种可能是利用重度免疫缺陷动物，在其体内培育人的器官，目前来说仅还是一种设想。首选的途径还是人类干细胞的培育。

将人体干细胞在体外培育出相应的组织，如皮肤、软骨甚至骨骼、心肌等供移植之用，这方面已经取得了不小的成就，如上海的曹谊林教授在裸鼠身上和兔子的耳朵上培育出了人的耳朵；据报道国内首例骨组织复制日前在第四军医大学口腔医院获得成功；也有报道说德国已试验利用自体干细胞植入使由于心肌梗塞受损的心肌再生。上海已成立了组织工程研究开发中心，目前，科学家们已经完成了皮肤、软骨、角膜等组织再造的临床前研究，今年开始将进行大规模临床试验，下一步则是研究血管、输尿管等的再造。

在前一项的基础上，科学家们进一步希望通过对干细胞的诱导分化和培育，复制出完整的器官如心、肝、胰、肾等，并为此而进行不懈的努力；虽然有人声称已在实验器皿里出现了能搏动的幼稚的心脏，以色列说兰巴姆医学中心的科学家已首次从胚胎干细胞中培育出人类心脏组织，即使是事实，还只是万里长征的第一步，因为器官不是皮肤之类的简单组织。现在所能做到的组织工程人工皮肤可以有真皮和表皮，但不可能有毛囊、毛细血管、末梢神经；而内脏的三维结构更加复杂，即使以胃来说，不仅有肌层、粘膜、浆膜，也还有血管、神经，更何况腺体。人和动物的胚胎发育，是一个非常复杂的程序过程，各相关系统之间互有因承关系，单独“造”一个器官比造一个胎儿要难得多。我们打开初孵的鸡蛋，可以看得到的是鸡胚首先发育的心脏血管系统，这是其他组织和器官发育形成的重要基础，所以在实验室里培育一个独立的器官，目前只可能是一种探索性的实验研究，还没能成为现实。

一种可能的设想是利用干细胞的人类组织器官原位再生复制，就是在人体一定部位植入相应的干细胞，在人体固有系统的协调下，长出一个新的器官；为解决这个问题，对某些低等动物（如蝾螈和水螅）的再生机制的研究，可能有一定的价值。即使有原位再生的可能，也还有一个困难，因为原来已经衰竭或毁损的脏器是难于等待的，必须要有过渡的办法。

用异体干细胞培育出的组织或器官由于基因的差异，仍然会有免疫排斥的问题，为了克服这种困难提高成功的希望，当然应该考虑使用自体干细胞（成年人体内也有多种干细胞）进行克隆，不过成人的干细胞不同于胚胎干细胞，可塑性小并易于老化，所以大部分的研究还是着眼于胚胎干细胞。目前也有科学家在研究，通过改变干细胞的基因，制造“万能”型的组织或器官，摆脱受者免疫系统的监视，从而达到防止免疫排斥的目的，虽然是一种良好的设想，但也要面对因改变基因而导致畸变的巨大风险。

以上种种试验研究如果成功，并解决人造器官的一定期限的保存问题，那就可以建立起人体“零件”的车间，不再会有因得不到移植供体而走向死亡的事。

克隆人的胚胎干细胞用于研究和治疗，就是治疗性克隆。上世纪末，英国罗斯林研究所用成年母羊的体细胞克隆出了“多利”，震惊了世界，从而也引出了克隆人的话题。由于伦理、道德、法律的考虑，绝大多数科学家都反对克隆人，大多数国家也都立法禁止克隆人（繁殖性克隆）。不少国家在禁止克隆人的同时，允许治疗性克隆的研究。一般将治疗性克隆与繁殖性克隆的区分界限定在不超过胚胎发育的第14天，因为14天后就有神经系统的发生，就具有人格。

当前在干细胞与治疗性克隆研究是多方面的，不仅是组织工程或再生医学，科学家还设想以干细胞成功重建患者免疫系统，而对癌症的治疗也可能借助于干细胞，因此相关的研究有其重要意义和广阔的前景。由于治疗性克隆也涉及人类胚胎的利用，国际国内都有关于伦理、法律问题的争议；从理论到实践也还有许许多多困难和问题，不过治疗性克隆连同基因治疗的进展将引起医学上的一场革命，将大大造福于人类是不容置疑的

                                            2002年12月