细胞逆转的原理、应用与缺陷！

生物医疗

作者：陈金山   来源：生物医疗* W2 {+ L0 A6 w+ m, |  v5 P

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5 Z" F( C1 f- e! o+ C' E  `6 _细胞逆转的出现及逆转的类型8 l+ e. B( W4 c0 |- ~
　　对于很多的人来说，细胞逆转还是一个很陌生的词，2012年山中伸弥与约翰·格登因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献,而获得诺贝尔生理学或医学奖。山中伸弥因研发出诱导多能干细胞（逆转细胞或iPS细胞）被世人而所知，轰动了整个生物界与医疗界，为人类应用干细胞治疗各种疾病提供了一个全新的途径。' V9 w3 [: G( G9 B; u, x, g! c
　　
8 X5 J* S& s; h  _2 k8 r% Y   细胞逆转，就是普通的细胞向干细胞发展，实质上就是细胞核内的基因重新编程，按照正常细胞分化的原理来说，普通细胞是无法向原始细胞分化发展的，但是如果对其基因进行修饰与处理，就会重新的使普通的细胞重新分化成原始的干细胞。2006年山中伸弥等科学家把4个转录因子通过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，使其变成多功能干细胞。这意味着未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞，后来发展到所有的成熟细胞都能发展回多功能干细胞，然后可以分化成所有类型的细胞。
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　　人类任何的组织器官内的细胞，都是由干细胞分化而来的，原则上来说，干细胞分化成普通细胞后，就无法在逆向分化，或者一种具有定向分化的干细胞也无法横向分化。比如，一个干细胞分化成了肌干细胞，然后肌干细胞又分化成了肌细胞，在自然的状态下，成熟的肌细胞就无法再逆向分化成肌干细胞，或者肌干细胞更无法分化成原始干细胞。但是如果对成熟的肌细胞进行基因、酶等元素的处理后，就可以使得它重新分化成肌干细胞，或原始的多功能细胞，甚至可以分化成全能的干细胞。# a9 C6 |6 F2 p. b  I* @$ d3 O  K! S
　　
, j' p2 b  D& u% o- E9 `8 \3 y　　1999年，Science杂志公布，科学家从小鼠肌肉组织取得的成体干细胞可以横向分化为血液细胞，此后，科学家相继证实成体干细胞具有可塑性。此项可塑性是横向的可塑性，就是A种干细胞，可以直接分化成B种成体成熟细胞。后来山中伸弥又发现了细胞的逆向可塑性，就是成体的成熟细胞，可以分化成原始的多功能干细胞。, p4 z, Q% }/ h6 `5 W

( P! h( h; G4 F9 Y细胞逆转的方法
) o' j1 R$ m* d8 T      细胞逆转的原理有很多种，比如有细胞核移植、细胞融合、细胞提取物诱导、化学分子诱导、分子调控诱导、因子植入等，都可以使得细胞发生逆转。+ V3 e' R# o- V  l9 o
　　比如多利羊的诞生就是采用了细胞核移植的原理，先取得一头羊的成熟的乳房细胞，取得细胞核，然后把此细胞核移植到从另一头羊体内取出的卵细胞，此卵细胞的细胞核先被去除， 此细胞核的移植，使得新的细胞变成了一个万能的干细胞，可以完全的分化出一个完成的个体——成体羊。再比如山中伸弥，在普通的成熟细胞内，植入了四种因子，即oct4\sox2\c-myc\kif4,结果使得普通的成熟细胞，逆转成了多功能干细胞。
; A1 I2 M+ M' ]* Q　　在普通干细胞或成熟细胞内植入一些特定的蛋白质、酶、特殊的化学分子，都可能使得本细胞的分化方向发生改变。以后的科学家及相关的研究人员，可以根据细胞分化的需要，对细胞内植入特定功能的元素，使得此细胞向目标细胞分化，最后用于各种疾病的治疗。3 ]% Z1 s9 h+ y' V! [; b6 e& S2 U
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细胞逆转原理的深度分析
6 `+ @, O* O9 N. L! @+ X3 x　　如果想弄懂细胞逆转的原理，首先我们要明白人体所以的生命活动，都是分子活动的最终表现，也就是人体或生命的活动都是各种分子活动的集合，犹如基因决定着人后天的大部分形态，这种形态的表现是通过蛋白质的合成来完成的，也就是说人体的形状、疾病、健康，大部分都是由蛋白质的种类、数量、质量等决定的，首先我们要知道蛋白质就是一种大分子，是由很多小分子组成的。
. C1 A" G6 G3 ?& E: q. ^7 M' ]　　分析一个例子，细胞核移植，生成多利羊。多利羊来自于，一头羊（A羊）的乳房细胞的细胞核，与另一头羊（B羊）的去核的卵细胞的组合，然后放在另一头羊（C羊）的子宫内发育成多利羊。A羊的乳房细胞是一个成熟的细胞，自身已经没有分化的功能了，他的唯一的去向就是走上衰老与死亡。此成熟细胞可以被植入到一个卵细胞内，就完全从新被激活了，却成了一个万能的干细胞，可以自动分化成所有的组织与器官，这是为什么？这种变化，是由卵细胞内的细胞质所决定的，也就是说细胞的分化趋向，是直接由细胞质的各种元素的类型、含量等因素所决定，比如说，把A羊的乳房细胞内，直接注入与B羊卵细胞相同的特殊元素（特殊的蛋白质、酶、分子等），也可能使此乳房的成熟细胞转化成万能的干细胞。 就是说，一个细胞，无乱是普通的成体干细胞，单功能干细胞，还是多功能干细胞，他们的分化与逆转，完全是由细胞质内的一些特殊的元素所决定。
8 g) e, e4 x. A7 F: J; [      山中伸弥使用oct4\sox2\c-myc\kif4因子，使得普通的皮肤细胞逆转成了多功能干细胞，这种逆转的原因，根本上是来自于这四种因子的作用，但是直接作用的却不是这四种因子，而是这些因子改变原有基因所产生了特殊的蛋白子、酶等因素决定的。一个普通的皮肤细胞的基因，被植入这四种因子后，改变了部分基因的表达，可能这部分基因表达产生了特殊的蛋白质与酶，然后改变了此细胞后来的分化方向，改变了自身代谢的功能，如果加入的这四种因子产生了特殊的蛋白质与酶，人原先知道是哪些种类与含量，可以不植入这四种因子，而直接把起作用的特殊的蛋白质与酶注入到此皮肤细胞的细胞质内，也可以使得此细胞发生完全一样的逆转，变成多功能干细胞。& Q* z$ N) q0 u/ D9 |
        有科学家设想，使得细胞逆转，可以不注入特殊的因子，而是通过改变转位基因的形态与表达，而直接改变部分基因的表达，产生特殊的蛋白质与酶等元素，使得细胞发生逆转。
2 L: Z- k: U% j  z, T无论使用何种方法使得细胞逆转，直接作用或使得细胞发生逆转的东西，就是一些特殊的蛋白质、酶、化学分子等因素，植入的各种因子只是一种间接的作用，使其产生这些特殊的元素而已。  v8 @" m2 R3 h3 d& d! {' i, \
       有很多的人认为在任何类型的细胞内植入山中四因子（oct4\sox2\c-myc\kif4），都可以是的自身发生逆转，这种想法就大错特错了，有些细胞只添加这些因子是无法是的细胞发生逆转的，不同类型的细胞发生逆转的原理、因素都是不相同的，虽然他们存在很大的同性，但是也存在很多的个性与特殊性。所以每一种细胞的逆转与分化，都需要一些共同的因素与不同的因素所决定的。比如SOX9可以促进干细胞向软骨分化。SOX2可以使得干细胞向成骨分化。OCT4可以促进胚胎干细胞向人体各种成体细胞与细胞分化，如果没有OCT4胚胎干细胞不能分化成人体，放在成体干细胞内就没有此项功能。白血病抑制酶可以保持干细胞保持原有的形态，不像目标组织与细胞分化，为了干细胞体外扩增提供了可能，但放在成熟的普通细胞内就没有此功能。等等。这些都说明不同的细胞的分化，都是有各种不同的因素所决定的，所以不同细胞的逆转、分化、生长，有相同的因素绝顶，但是很多的程度上也有不同的特殊因素所决定，这些因素有不同的因子、基因、蛋白质、酶、化学分子、特殊的液体等等。
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细胞逆转的应用) S, m; V+ i. q' b$ M: o
     细胞逆转得到的干细胞与胚胎干细胞一样，在体内可分化为3个胚层来源的所有细胞，进而参与形成机体的所有组织和器官。, |$ W' c9 A( F. Y
　　　细胞逆转的发现，为人类对干细胞研究的前景寄托了更大的希望，细胞逆转技术，可以摆脱胚胎干细胞的伦理问题，可以摆脱特殊细胞来源的局限性问题，可以摆脱异体的排异问题，等可以决定目前干细胞使用的各种问题，为人类干细胞研究的发展，临床应用的发展，提供了更多的出路。2 @4 n8 ^3 J- d! W" ?) R1 S
　　　目前相继有关于IPS细胞新成果的出现，理化学研究所准备在2013年度把iPS细胞培养的视网膜细胞实际应用于患者，实施世界第一例临床研究。日本庆应义塾大学教授河上裕率领的研究小组近日在美国在线杂志《科学公共图书馆综合卷》上发表论文说，他们利用人体诱导多功能干细胞（iPS细胞），首次成功培养出色素细胞。日本庆应大学研究人员用人类的诱导多功能干细胞(iPS细胞)培育出神经干细胞，并植入因脊髓受损而后脚麻痹的实验鼠体内，有效改善了实验鼠后脚的运动功能。 * x# z% q# \1 X
　　　各种iPS细胞新成果的不断出现，将会不断的突破各种限制iPS细胞发展局限与缺陷，iPS细胞将会成为科学家研究的重要干细胞类型与技术，如果iPS细胞安全性得到了解决，竟会加快iPS细胞产业化与市场化，更早的走上临床。
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细胞逆转的缺陷5 G4 c. q2 i6 s! C" i  |
     逆转的细胞,毕竟对原有自然状态的细胞进行了修饰与处理,多少都会影响细胞的某些正常代谢与分化功能,犹如,试管婴儿,生产的孩子,将会比自然受孕的孩子,智力发展要低,生病风险要高,甚至在很大程度上会有畸形儿的可能，等等。所以任何东西改变了他的原始自然的状态，都会有一定的负面影响。比如有科学家发现，逆转的IPS细胞具有原先的分化记忆，如把肌细胞逆转成多功能干细胞，仍然还具有向肌肉细胞分化的趋势，这样将会给IPS细胞向特定功能细胞分化提供了难题，正是有此记忆，提高了IPS细胞癌变风险，通过很多的研究数据表明，IPS细胞癌变风险高达20%以上，所以有很多的科学家设想，消除IPS细胞的记忆来避免癌变风险。2 o* k- [6 @! N; y( L
     比如山中伸弥，使用四种因子，使得细胞发生了逆转，但是植入的这四种因子已经完全改变了细胞分化的功能与形态，是因为这四种因子的植入改变了原有细胞基因的表达，可能会在一定程度上，影响此细胞向健康状态的方向发展。
& A* g, D, ]! m- X0 J" H   无乱如何细胞逆转技术的发现，是一种可喜的事，但是目前IPS细胞研究与应用还处于初级的不成熟阶段，还需要更多的科学家对此进行研究，发现出更多的有效方法，使得逆转的细胞，真正的安全有效应用于临床，为各种疾病的治愈提供新的治疗方案。
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