科普：诱导多能干细胞（iPS细胞）释疑

2012年诺贝尔生理或医学奖颁发给了两位在诱导多能干细胞（iPS细胞）研究领域作出了开创性贡献的科学家 [点击查看2012年诺贝尔生理或医学奖专题] 。“诱导多能干细胞”也因此作为一个专业的生物学名词出现大众面前。诱导多能干细胞是什么？到底有什么用？本文列举了有关诱导多能干细胞最常见的几个问题，分享如下。

什么是诱导多能干细胞？

诱导多能干细胞（iPS细胞）是一类自成体细胞（如皮肤细胞或血细胞）重编程而生成的细胞。像胚胎干细胞一样，iPS细胞几乎能够发育形成所有类型的细胞，是一类多能细胞。不过iPS细胞与胚胎干细胞不同，iPS来自于成体组织，而非胚胎。iPS与成体干细胞也不同，成体干细胞是在人体中自然产生、数量较少的一类干细胞。

2006年，山中伸弥（Shinya Yamanaka）发明了将小鼠皮肤细胞诱导生成多能干细胞的方法。2007年，他将该方法应用到了人类皮肤细胞。

山中伸弥的实验揭示：皮肤细胞经过四个基因Oct-3/4、SOX2、c–Myc和Klf4（现在被称为山中因子）处理后可重回它们的多能状态。他的发现自此带来了一系列将成体细胞重编程为可发育为各种细胞类型—如可跳动的心肌细胞、可在大脑中传递化学信号的神经细胞等—的干细胞的方法。这使得研究者可以建立特定功能的细胞系，用于药物治疗、再生医学等一系列的研究中。

iPS与胚胎干细胞的区别是什么？

iPS是一种很有潜力的胚胎干细胞替代物。胚胎干细胞在再生医学中具有巨大的应用潜力，利用胚胎干细胞可对受损的组织或器官进行替换或修复。不过胚胎干细胞的使用一直存在争议。iPS具有和胚胎干细胞相同的潜力，但是避免了伦理上的争议，因为iPS细胞无需破坏人类胚胎即可获得。iPS细胞也无需收集成体干细胞，仅利用人类活体组织的少量样本即可制得。

为什么iPS细胞技术如此重要？

除了可避免使用胚胎干细胞的争议外，iPS细胞技术还为有关人类疾病的基础研究提供了全新的平台。与使用酵母、果蝇或小鼠模型不同，iPS细胞技术可以将患有某种特定疾病的病人的成体细胞重编程为人类干细胞，从而使iPS细胞中包含一套完整的导致该疾病的基因，这相当于构建了研究该病并测试新药物和疗法的良好人类模型。将来，在培养皿中即可利用iPS细胞为各个病人进行药物安全性和有效性测试。

山中伸弥之后，iPS技术有何发展？

在山中伸弥发明iPS细胞技术之后，该领域有了一些发展。最近的一个进展是直接重编程。直接重编程具有许多的优势，能够将成体细胞直接重编程为其他类型的细胞而无需先将成体细胞恢复至多能状态。

美国加州大学落砂机分校（UCSF）格莱斯顿研究所的Deepak Srivastava教授在今年早些时候宣布，已成功地在动物中将心肌成纤细胞重编程至跳动的心肌细胞。另外，高级研究者Steve Finkbeiner宣布基于亨廷顿氏症患者的皮肤细胞重编程，成功构建了该疾病的人类模型。

今年6月，UCSF的Yadong Huang博士宣布，首次利用单个转录因子将皮肤细胞转化为脑细胞，并且它还能够独自发展为一个相互连接的功能性脑细胞网络。

iPS细胞技术在未来有何作用？

1. 再生医学。格莱斯顿研究所的科学家目前正在动物模型中试验iPS细胞的再生效果。例如Deepak Srivastava教授正在研究利用iPS细胞技术为心脏病患者进行心肌再生。同时，科学家们正在研究是否能利用iPS细胞技术帮助脊柱损伤的病人，以及其他患神经退行性疾病（如阿兹海默病、亨廷顿氏病和帕金森病）的病人。

2. 药物安全性试验。许多的药物所导致的健康问题是直到临床试验才发现的。利用iPS技术，UCSF的Bruce Conklin教授正在利用重编程人类成体细胞形成心脏细胞，将之用于药物研发过程的早期阶段的毒性试验，从而实现节省花费在昂贵的动物及人体试验上的时间与成本。

3.个体化医学。由于每个病人独特的遗传组成，药物在不同病人身上所产生的反应也不同。利用病人自身的细胞，研究者可以通过iPS细胞来生成具有病人DNA的大脑、心脏、肝脏等器官以及其他细胞。这些细胞然后可以被用于特定患者的药物反应试验，或者用于移植与再生。