iPS研究陷入瓶颈阶段（二）

2.修复缺陷

在过去的一年中又出现了一些新的问题，人们开始关注重编程过程所造成的遗传影响。在2010年7月，分别由波斯顿儿童医院George Daley和麻省总医院Konrad Hochedlinger领导的两个研究小组在发表的研究论文证实iPS细胞携带着一种“表观遗传学”记忆。研究人员发现这些iPS细胞DNA的甲基化模式和来源细胞比较相似，而并不因重编程回复到胚胎细胞状态。研究人员认为这一发现揭示了为何iPS细胞无法像胚胎干细胞一样生成多种成体细胞类型。  

在不久之后，研究人员发现相比培育的人类胚胎干细胞，iPS有可能携带更多的突变。有四个研究小组在iPS细胞基因组中发现了DNA单碱基突变、DNA重排及染色体数量的差异。更为糟糕的是，研究人员证实这些iPS细胞中的一些突变并非来自起源细胞，有可能是由于重编程及培育过程所导致。Loring的研究小组报道说他们在诱导iPS细胞分化为心肌细胞过程中发现了基因重排的细胞。

这样的研究发现还在不断地涌现。在一项研究中，研究人员发现在经过一段长时间培育后iPS细胞中的大量基因重排消失了，研究人员认为这有可能是大部分严重突变的细胞在与健康细胞的竞争中被淘汰的结果。然而在今年2月，由美国萨克生物研究学院Joseph Ecke领导的研究小组称他们在人类iPS细胞系中发现了起源细胞的表观遗传学标记，在培养数代，甚至分化为特异细胞类型后这些遗传标记也没有消失。在第三项研究中，来自哈佛大学的发育生物学家Alexander Meissner在对12种iPS细胞系与20种人类胚胎干细胞进行分析后证明它们的表观遗传学及基因变异非常相似。“我们发现并非只有iPS细胞存在大量的遗传变异，而是所有的多潜能细胞都有大量的变异，”Meissner说。

Meissner的研究小组开发了一种基因表达和甲基化的“记分卡”，作为iPS细胞系多潜能状态的检测指标。这将有助于研究人员鉴别和避免实验操作导致严重的遗传畸变，筛查出受累最小的细胞系。现在研究人员正着手检测这些基因和表观遗传学效应对iPS细胞性能的影响。

今年3月21日、22日在由美国国立卫生食品与药物管理局(FDA)召开的贝尔斯达会议上研究人员表达了他们对于这些效应的关注，集中讨论了推动多能干细胞研究进入临床存在的一些障碍。研究人员提出了他们对于多能干细胞的这些突变在细胞水平上，以及对病人可能导致的不可预知及不良影响的担忧。“基因组变异将引起FDA的高度关注，”Loring说。

“现在研究者们分成了两个阵营，一方对iPS研究表示极度的悲观，而另一方则认为现在的研究发现具有积极的意义，将推动我们发现生物相关的变异，”Loring说。

3.直击局限

iPS细胞具有高度的灵活性，但它们并非万能细胞。例如，从理论上来说iPS细胞源性肝细胞应该可以修复药物毒理学筛查试验中动物的肝脏功能。然而目前研究者们仍在努力尝试将获得的人类干细胞分化形成功能性的肝脏组织。“这是因为尚不明确这些细胞发育及复杂功能所必需的一系列信号，”加州大学旧金山分校的肝病专家Holger Willenbring指出：“此外，肝细胞具有解毒，合成蛋白质等多重功能，很难找到合适的培养条件保障它们的这些功能正常发挥。“

目前对于人类干细胞最热点的研究领域之一就是利用细胞置换治疗I型糖尿病。然而目前还没有人能够生成具有完全功能，能够分泌胰岛素的成熟胰腺β细胞。这是因为研究人员还不清楚所需的一系列生长信号。且β细胞通常是在三维环境中形成，很难在培养皿中进行细胞增殖“我认为这并不重要，”加州大学旧金山分校发育生物学家Matthias Hebrok说：“利用胚胎干细胞和iPS细胞生成的β细胞‘祖细胞’就能分泌胰岛素。它们的效率虽然比正常β细胞要低，但或许足以帮助到糖尿病的患者。”

现在科学家们正在努力研究生成成熟β细胞和肝细胞的正确方法。在上周Nature杂志的一篇论文中，来自中国的研究者们利用一些在肝脏发育中起重要作用的调控因子成功地诱导小鼠皮肤细胞直接生成了肝细胞样细胞。不过Willenbring仍表示质疑这些细胞是否能够执行肝细胞的所有功能。

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