“器官再生，往往來源于生物體內(nèi)無處不在的體干細(xì)胞。但不幸的是，許多生物在進(jìn)化過程中，慢慢喪失了器官再生的能力?！?/p>
吳青峰
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員
先說兩件對(duì)我觸動(dòng)特別大的事情。第一件事，一個(gè)朋友想要?jiǎng)?chuàng)業(yè)做醫(yī)療美容，請(qǐng)我去一家干細(xì)胞公司參觀，這家公司是從人體脂肪里面提取出脂肪干細(xì)胞進(jìn)行醫(yī)療美容。他說他們的實(shí)驗(yàn)室規(guī)格跟我們的差不多，我對(duì)此表示懷疑，所以去參觀了這家公司的實(shí)驗(yàn)室。
第二件事，我同事朋友的孩子得了一型糖尿病，孩子的胰島素分泌能力非常差，需要安裝一個(gè)胰島素泵。有一家公司聯(lián)系了孩子的父母，希望用干細(xì)胞來治療這種糖尿病。對(duì)此我也持懷疑的態(tài)度。正是這兩次經(jīng)歷，促使我今天來到這里，給大家介紹一下干細(xì)胞。
“打不死的小強(qiáng)”
自然界當(dāng)中有一群非常強(qiáng)悍的生物，有著非常強(qiáng)的器官再生能力。蠑螈的大腦被摧毀后，可以再生出一個(gè)大腦；窩蟲被劈成兩半，可以像蚯蚓一樣長(zhǎng)出兩條窩蟲；蜥蜴被切掉尾巴，可以像壁虎那樣再長(zhǎng)出一條尾巴；斑馬魚的心臟被去掉以后，可以再生出一個(gè)心臟。
器官再生，往往來源于生物體內(nèi)無處不在的體干細(xì)胞。但不幸的是，許多生物在進(jìn)化過程中，慢慢喪失了器官再生的能力。
人體內(nèi)的體干細(xì)胞
體干細(xì)胞依然存在于人類體內(nèi)
人體里是否存在體干細(xì)胞呢？答案是肯定的。體干細(xì)胞會(huì)分布在我們的皮膚、肺臟、腎臟、造血系統(tǒng)、肝臟以及腸道里面。
有一位哈佛的科學(xué)家“堅(jiān)持不懈”地進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)17年的造假，說心臟里面也存在一群心肌干細(xì)胞。心肌干細(xì)胞究竟有沒有，還是一個(gè)非常有爭(zhēng)議的話題。
非常遺憾的是，我們身體里的體干細(xì)胞已經(jīng)喪失了器官再生能力。金庸小說里面的楊過被郭芙砍掉了手臂，不能再生出一個(gè)手臂；《封神榜》里的比干被挖掉了心臟，同樣不會(huì)再生出一個(gè)心臟。
干細(xì)胞的作用
這些干細(xì)胞在我們身體里面究竟有什么用呢？我們身體里面的很多細(xì)胞需要新陳代謝，腸道細(xì)胞每3～5天就需要更新?lián)Q代一次，皮膚細(xì)胞每8～40天需要更新?lián)Q代一次，紅細(xì)胞每120天也需要更新?lián)Q代一次。身體里的體干細(xì)胞就會(huì)源源不斷地產(chǎn)生新的細(xì)胞來補(bǔ)充消亡的細(xì)胞以維持身體組織、器官的功能。
深受關(guān)注的干細(xì)胞治療
干細(xì)胞治療
現(xiàn)在最有效的干細(xì)胞治療的一種方式是用骨髓干細(xì)胞來治療白血病，現(xiàn)在已經(jīng)證實(shí)是高度有效的，并且有一套非常成熟的治療方案。
醫(yī)療界現(xiàn)在也存在一些亂象。比如，對(duì)腦中風(fēng)患者給予神經(jīng)干細(xì)胞治療，對(duì)糖尿病患者給予胰島干細(xì)胞治療，對(duì)帕金森病或阿爾茨海默病的患者也給予干細(xì)胞治療。這些干細(xì)胞治療的方式我們都在研究，也進(jìn)行了一系列的臨床試驗(yàn)，但療效有待進(jìn)一步考察。我們還是持非常謹(jǐn)慎的態(tài)度。
骨髓干細(xì)胞移植
目前骨髓干細(xì)胞移植的手術(shù)方案非常成熟，我們可以把骨髓提取出來，純化里面的骨髓干細(xì)胞再移植到患者身上。骨髓移植最早出現(xiàn)在20世紀(jì)初，醫(yī)生可以把骨髓取出來，但是只能直接給患者口服?？上攵@種做法是沒有療效的。
第二次世界大戰(zhàn)后，骨髓移植取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。1956年，紐約的托馬斯醫(yī)生對(duì)一個(gè)白血病患者進(jìn)行了骨髓移植，提供骨髓的供體是患者的雙胞胎兄弟，血型、免疫型與受體高度一致，所以這次手術(shù)取得了非常好的療效。
1958年，蘇聯(lián)的烏拉爾地區(qū)發(fā)生核泄露事故后，有6名工程師的身體受到了高度輻射，他們被緊急送到法國(guó)接受骨髓移植。在這次手術(shù)中，只有一個(gè)人活下來，其他幾名患者都發(fā)生了非常嚴(yán)重的免疫排斥反應(yīng)。這次手術(shù)開啟了人類對(duì)免疫排斥反應(yīng)的研究，這種疾病稱之為移植物抗宿主病，這在器官移植里面也是非常嚴(yán)重的疾病。
小鼠實(shí)驗(yàn)
輻射——移植——分析
集落形成細(xì)胞
科學(xué)家很快就對(duì)骨髓里面的細(xì)胞成分進(jìn)行了研究。他們對(duì)小鼠進(jìn)行電離輻射，相當(dāng)于把小鼠放在受原子彈轟炸過的殘?bào)w里面。這些小鼠的造血系統(tǒng)都受到了非常嚴(yán)重的破壞，科學(xué)家再對(duì)這些小鼠進(jìn)行骨髓移植，他們發(fā)現(xiàn)骨髓細(xì)胞可以在這些小鼠的身體“安居樂業(yè)”、“生根發(fā)芽”，再造出一個(gè)造血系統(tǒng)來。
后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在這些小鼠的脾臟里面可以長(zhǎng)出很多克隆或集落，每一個(gè)克隆或集落都來自于一個(gè)骨髓干細(xì)胞，從圖中可以看到脾臟里有一些脾結(jié)節(jié)。
麥卡洛克和蒂爾獲2005年的拉斯克
做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的是加拿大科學(xué)家麥卡洛克和蒂爾，他們?cè)诠撬枥锩骅b定出了骨髓干細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)它們可以自我更新，并且可以分化成不同的細(xì)胞類型。例如，白細(xì)胞參與免疫反應(yīng)，紅細(xì)胞參與氧氣輸送，血小板參與凝血。
憑借這項(xiàng)研究，他們成為干細(xì)胞研究領(lǐng)域的先驅(qū)，獲得了2005年的拉斯克獎(jiǎng)——諾貝爾獎(jiǎng)的風(fēng)向標(biāo)。因?yàn)槠渲杏幸晃豢茖W(xué)家去世了，所以他們沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
大腦里的神經(jīng)干細(xì)胞
我是研究大腦的，非常關(guān)注大腦里面是否存在一群神經(jīng)干細(xì)胞，答案是肯定的。
大腦中的干細(xì)胞 – 神經(jīng)干細(xì)胞
在這張圖里，神經(jīng)干細(xì)胞分布在大腦里不同的位置，主要包括側(cè)腦室和海馬。最近，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第三腦室也存在一群神經(jīng)干細(xì)胞。如果把大腦比作成一個(gè)椰子的話，你把椰子剝開，里面的椰汁就是腦積液，包裹腦積液的一群細(xì)胞就是神經(jīng)干細(xì)胞。
成年神經(jīng)干細(xì)胞的起源
神經(jīng)干細(xì)胞究竟是怎么來的呢？當(dāng)我們還是胚胎，有一群非常年輕的神經(jīng)干細(xì)胞不停地分裂，“一生二，二生三，三生萬物”，創(chuàng)造了大腦。
當(dāng)然在大腦形成過程中，大部分的神經(jīng)干細(xì)胞“犧牲”了自己，但是有一群非?！皽嘏钡纳窠?jīng)干細(xì)胞想要伴隨我們一生，它們就“冬眠”起來，伴隨著我們出生、成年、老去。但是在一些阿爾茨海默病患者中，這些干細(xì)胞的數(shù)量是明顯減少的。
這些成體神經(jīng)干細(xì)胞或者出生后的神經(jīng)干細(xì)胞，也會(huì)間歇性地活動(dòng)一下，產(chǎn)生一些新生細(xì)胞，這些新生細(xì)胞可以促進(jìn)我們的嗅覺和學(xué)習(xí)記憶能力。
神經(jīng)干細(xì)胞可以產(chǎn)生神經(jīng)元與膠質(zhì)細(xì)胞
有一段時(shí)間，科學(xué)家非常熱衷于提升這些神經(jīng)干細(xì)胞的功能，以提高人類智商。當(dāng)大腦受到損傷的時(shí)候，這些神經(jīng)干細(xì)胞會(huì)被激活，產(chǎn)生神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞。神經(jīng)元是我們大腦中處理信息的基本單元，它們可以處理信息、傳遞信息，讓大腦高速“運(yùn)轉(zhuǎn)”起來。
膠質(zhì)細(xì)胞在大腦里主要起支撐作用，龐大的數(shù)量構(gòu)建了幾億個(gè)復(fù)雜美麗的“建筑”，讓神經(jīng)元住在里面安靜的工作。據(jù)說，愛因斯坦大腦里面的膠質(zhì)細(xì)胞比正常人多，但是功能性的神經(jīng)元數(shù)量并沒有明顯的區(qū)別。
非常遺憾的是，神經(jīng)干細(xì)胞損傷修復(fù)能力非常差，它們可以產(chǎn)生神經(jīng)元，但更多的是產(chǎn)生膠質(zhì)細(xì)胞，最終造成一個(gè)膠質(zhì)疤痕留在大腦里面。
如何喚醒神經(jīng)干細(xì)胞在它們冬眠以前的本事？這是科學(xué)家孜孜以求的事情。干細(xì)胞具有對(duì)細(xì)胞更新?lián)Q代、損傷修復(fù)的能力，但每一個(gè)硬幣都有兩面性，干細(xì)胞有時(shí)候也非常危險(xiǎn)。
'小天使'or'小惡魔'
當(dāng)神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)生特殊基因突變的時(shí)候，它們就會(huì)變成“小惡魔”，在大腦里制造出一個(gè)腫瘤。
下圖是一個(gè)腦瘤。左邊是一個(gè)“憨厚老實(shí)”的神經(jīng)干細(xì)胞，當(dāng)基因突變的時(shí)候，它就會(huì)變成“張牙舞爪”的樣子，我們稱之為腫瘤干細(xì)胞，腫瘤干細(xì)胞可以瘋狂地復(fù)制自己，形成腫瘤。
大腦腫瘤
腫瘤會(huì)慢慢變大，擠壓大腦里的空間?，F(xiàn)在對(duì)于腫瘤的治療效果是比較差的，我們通常運(yùn)用手術(shù)方式對(duì)腫瘤進(jìn)行切除，但是藥物化療的效果非常差。有很多藥物剛開始對(duì)腦瘤的治療效果很好，但是藥物的治療效果會(huì)慢慢變?nèi)?，這個(gè)反應(yīng)稱為藥物抵抗。
基因突變的神經(jīng)干細(xì)胞變身“小惡魔”
為什么會(huì)出現(xiàn)藥物抵抗呢？有一個(gè)假說，當(dāng)神經(jīng)干細(xì)胞變成“小惡魔”——腫瘤干細(xì)胞的時(shí)候，它們會(huì)不斷地復(fù)制變成一個(gè)大腦腫瘤，這些腫瘤干細(xì)胞搖身一變又“冬眠”起來，變成“一副若無其事的樣子”，跟普通細(xì)胞沒有兩樣。藥物可以殺死普通的腫瘤細(xì)胞，但是對(duì)腫瘤干細(xì)胞卻“束手無策”。
當(dāng)藥物撤掉以后，腫瘤干細(xì)胞就再一次瘋狂地復(fù)制自己，形成一個(gè)新的腫瘤，這叫腫瘤復(fù)發(fā)?，F(xiàn)在有一些方案對(duì)腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行殲滅，設(shè)計(jì)藥物去特異性地殺死腫瘤干細(xì)胞，同時(shí)把腫瘤細(xì)胞殺死，這樣的治療效果就會(huì)比較好。
特別的“愛”給特別的“小惡魔”
解析腫瘤干細(xì)胞的分子特征將成為靶向治療的關(guān)鍵
為什么以前很難找到腫瘤干細(xì)胞？因?yàn)樗鼈兊娜后w很小，相當(dāng)于要在茫茫人海中，把一群偽裝成好人的壞人抓出來。
現(xiàn)在出現(xiàn)一種單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，對(duì)腫瘤里面的每一個(gè)細(xì)胞進(jìn)行地毯式的搜查，并詳細(xì)地去看它們的分子特征，這樣就可以把腫瘤干細(xì)胞的特異性標(biāo)記出來，再對(duì)腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行特異性的殲滅，從而促成更好的靶向治療，這種治療方式遠(yuǎn)比以前用的普通腫瘤藥物效果更好。
我們實(shí)驗(yàn)室正在做這件事情，但是路還非常漫長(zhǎng)。
難在哪里？一方面是怎樣能夠更好地開發(fā)利用內(nèi)源性的神經(jīng)干細(xì)胞；另一方面，要避免神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)生不必要的基因突變產(chǎn)生腫瘤。對(duì)于外源性的神經(jīng)干細(xì)胞治療，要避免它們產(chǎn)生惡性突變。
所有的體干細(xì)胞治療都有一定的危險(xiǎn)性，接受干細(xì)胞治療要警惕!
我們真心希望能夠更好地開發(fā)利用內(nèi)源性的神經(jīng)干細(xì)胞，也希望能夠把外源性的干細(xì)胞更好地移植到人體內(nèi)，修復(fù)身體損傷，治療更多的疾病。
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