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人类胚胎干细胞研究取得突破进展

来源:   浏览量:676   更新日期:2009年12月31日
 

英国的多利羊虽然已经因病去世,但它来到世上确实证明,把分化了的体细胞核移植到去核卵细胞的细胞质里,可使植入的细胞核去分化或重新编程,而使融合细胞发育成为一个胚胎和独立的个体。体细胞核移植(SCNT)导致重新编程成为当前研究哺乳动物早期胚胎发育机制,首先是胚胎干细胞的热门技术。科学界迄今研究的均为动物胚胎干细胞,而且发现哺乳动物的早期胚胎发育机制在种间可能是保守的,例如牛卵的细胞质可以支持羊、猪、猴、大鼠等核移植融合细胞的早期发育。实验证明,体细胞核移植得到的小鼠胚胎干细胞确实是多能的。那么人类的胚胎干细胞又怎么样呢?会给人类带来什么好处吗?

人兔间核转移胚胎干细胞的获得和检测

2003813日,中科院上海生命科学研究院生化与细胞研究所主办的国际性学术期刊《细胞研究》(Cell Research),在网上首发表了由上海第二医科大学发育生物学研究室盛慧珍教授指导的人兔间核转移胚胎干细胞研究论文[CeJJ Research200313(4)252],标志着我国人类胚胎干细胞研究取得了突破性进展。

盛慧珍教授领导的研究小组取两位5岁、142岁、152岁男性手术弃置的包皮组织,一位60岁男性手术弃置的面部皮肤组织,培养分离出了成纤维细胞。通过注射人绒毛膜促性腺激素使新西兰兔超数排卵,收集兔卵细胞。用吸管吸出兔卵母细胞的第一极体和中期染色体,用同样的吸管将一个供体的成纤维细胞注入兔去核卵母细胞的卵周隙中,通过电融合使成纤维细胞与卵母细胞的细胞膜相融合,成为人兔间的核转移融合细胞。融合细胞在培养中发育形成囊胚,通过出现囊胚层和内细胞团而进入了胚泡阶段。培养57天,取出胚泡阶段内细胞团细胞进行培养,得到了核转移胚胎干细胞集落。

研究小组首先分析了不同年龄组体细胞供体的核转移融合细胞发育形成胚泡的效率,发现5岁、42岁、52岁、60岁四组供体的百分率分别为11.7%、10.4%、12.7%、13.5%,并无显著差别,提示人类体细胞核进行重新编程的潜能并不随衰老而减弱。他们又进一步对人兔间核转移胚胎干细胞进行了核型、免疫组化、基因组等一系列检测,取得了如下一些结果。

通过原位杂交技术,揭示核转移胚胎干细胞含有灵长类基因组的Alu重复序列,也含有兔线粒体DNA,证明了来源于兔卵母细胞的细胞质使得人类体细胞核重新编程。

2细胞阶段到胚泡阶段共考察174个核转移融合细胞,发现9个有46条染色体的有丝分裂中期细胞,证明它们源于人类体细胞。

5岁、42岁、60岁供体的成纤维细胞为端粒酶阴性,而核转移胚胎干细胞显示出高水平的端粒酶活性,证明端粒酶活性被成功地重新编程了。

提取供体成纤维细胞及由此而来的核转移胚胎干细胞的全基因组DNA,通过PCR扩增14个微卫星标记序列,毛细管电泳揭示两者有明确的基因同源性,证明核转移胚胎干细胞是由核供体细胞的基因组编码的。

特异性抗体检测揭示,核转移胚胎干细胞为SSEA-3SSEA-4TRA-1-10TRA-1-85阳性,SSEA-1阴性,与人的常规胚胎干细胞并无差别。

对核转移胚胎干细胞形成的胚状体作冰冻切片,用特异性的三胚层标记抗体进行检测,发现有外胚层的巢蛋白(nestin)和神经元特异性烯醇化酶,中胚层的肌球蛋白、O平滑肌动蛋白、VEGF受体Tie-2,内胚层的α甲胎蛋白和α-1-抗胰蛋白酶。

充满争议的杰出成果

这个研究开创性地将人类皮肤的成纤维细胞与兔子去核卵母细胞相融合,培养出了人兔间核转移胚胎干细胞,证明人类体细胞核也可被卵细胞质重新编程,且其潜能并未受衰老的影响;哺乳动物早期胚胎发育存在保守性,人类体细胞核重新编程也可通过非人哺乳动物卵母细胞的细胞质来实现;人兔间核转移胚胎干细胞有能力自我更新并可分化形成三胚层的胚胎,促使常规人类胚胎干细胞分化的培养条件也同样可诱导核转移胚胎干细胞发生分化。这不仅是我国也是国际上人类胚胎干细胞研究的突破性进展,为今后再生医学的治疗性克隆提供了基础理论,引起了国际生物医学界和生命伦理学界的高度重视。

这个研究早在发表之前,就已在科学界流传。盛慧珍教授于19921999年在美国马里兰州贝塞斯达市国立儿童健康与人类发育研究所做博士后,那时她就对这个研究方向很感兴趣。19996月盛慧珍教授回国,在上海市政府的大力资助下,于上海第二医科大学建立发育生物学研究室,同时继续兼职于美国得克萨斯大学西南医学中心药理学系与生殖生物科学中心。就因为盛慧珍教授在该中心报告了上述成果,《华尔街杂志》(The Wall Street Journal)从一位听过她报告的先生那里听到了这个故事,便于去年3月份抢先报道,报道之后就有了很多辩论之声。当时正值美国克隆政治辩论的高潮,偏向于治疗性克隆者声称,美国有在一个重要领域失去领头地位的风险;而反对克隆的活跃分子,则寻求把中国描绘成一个道德破产的生物学野蛮东方

问题的焦点在于,国际学术界确实很关注我国的体细胞核转移研究的克隆问题。美国费城托马斯·杰斐逊大学干细胞生物学家多诺凡(PDonovan)说过,显然有一组科学家在做好工作。《自然》周刊的澳大利亚记者丹妮斯(CDennis)采访了位于上海市第二医科大学附属新华医院的盛慧珍实验室后,在《自然》周刊上发表了题为《干细胞在东方升起》的新闻报道(Nature2002419334),并且首次报道了我国国家人类基因组南方研究中心伦理、法律与社会问题研究部伦理委员会2001年发表的《人类胚胎干细胞研究的伦理指导大纲》(建议稿),特别提到我们的伦理指导大纲允许将人类细胞与其他哺乳动物去除遗传物质的卵子相融合,从融合胚胎提取胚胎干细胞从事基础研究。上述盛意珍教授指导的研究工作,就是在符合指导大纲的原则下完成的。他们的论文专门引述了这个指导大纲的有关准则。

    由于国际学术界对我国胚胎干细胞研究的高度关注,在盛慧珍教授指导的人兔间核转移胚胎干细胞研究的数据在经历种种曲折之后终于揭开面纱时,必将再度引起科学上与伦理上的争论。事实也确实如此。8月13日《细胞研究》将上述论文首先于网上发表,14日就有《自然》周刊(Nature,424:711)、《华尔街杂志》和《华盛顿邮报》作出快速反应。个别美国学者认为,研究者没有展示它们是否能无限生长,不相信那些获得的细胞符合胚胎干细胞的通常标准。但国际上很多专家,都给予该研究以极大的关注、赞誉和鼓励。  

从基础到临床:路漫漫


  国际学术界对这项干细胞研究成果的关注,主要集中在胚胎干细胞对治疗性克隆的意义与人兔间体细胞核转移的伦理问题。根据克隆羊的成果,虽然把患者的体细胞核转移到一个人的卵母细胞中,可加以重新编程以制备核转移胚胎干细胞,由此得到的细胞或组织会与患者有同样的DNA,移植于患者不会有免疫排斥问题,但由于人卵细胞的珍贵以及用于实验研究的严重伦理问题,研究小组理智地考虑了伦理的容许范围,采用兔卵细胞来试验性地重新编程人的成纤维细胞,取得了令人惊喜的成功。论文的研究聚焦于重新编程问题,再次证明重新编程为治疗性克隆提供了重要的基础理论的支持。但目前从科学与伦理两个角度,都严禁将人兔间核转移胚胎干细胞用于临床。

    这项突破性进展进一步为胚胎干细胞与再生医学治疗性克隆研究开辟了广阔的前景。首先,细胞核基因组的重新编程是一个复杂的转录组学(transcriptomics)难题,从体细胞核融人去核的卵细胞质中那一刹那开始,基因组的转录程序重新编程是如何启动的呢?当核转移胚胎干细胞在一定的环境条件下进入特定分化状态时,基因组的转录程序是如何发生变换的呢?其次,前面提到,目前从科学与伦理两个角度都严禁将人与非人哺乳动物间核转移胚胎干细胞用于临床。从理论上来说,也还有许多问题值得深入研究。如果假设哺乳动物物种间调节早期胚胎发育的机制可能是保守的,人兔间的核基因组与线粒体基因组是协调的吗?如果人兔间的核基因组与线粒体基因组是协调的,是否可以允许人兔间核转移胚胎干细胞进人临床试验呢?我们相信该研究小组必将为核转移胚胎干细胞研究作出更多的新贡献。
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