近年来,有关干细胞的临床治疗研究备受瞩目,其已成为21世纪生命科学领域一个新的研究热点。中国医学科学院组织工程研究中心主任、“长江学者”赵春华教授领导的课题组,经过多年的大量研究,在国际上最早提出了人体亚全能干细胞学说,同时广泛开展了其可塑性及临床应用的研究。就有关问题,记者日前采访了赵春华教授。
记者:亚全能干细胞的概念是什么?
赵春华:根据干细胞分化潜能,干细胞一般可以分为全能干细胞,多能干细胞和组织干细胞。我们课题组的研究人员最早证明了在人体胚胎发育过程中,多种组织还存留具有多系分化潜能的亚全能干细胞,并系统阐明了成体干细胞的等级结构性和功能。它们在胚胎发育成熟后逐渐失去部分原始干细胞表型,但在胚胎发育为成体后仍具有亚全能基因组,其中的组织特异性基因在适当的微环境下可以被激活,因各自所处的微环境不同而向不同的组织分化,能够全方位地选择分化为各种组织细胞。
近年来,欧美等国家干细胞方面研究由于受到各方面的限制,进展并不很快,而我们国家对干细胞的研究给予了高度的重视和支持。为了研究和证实亚全能干细胞学说,我们进行了大量的实验研究,并率先从人胎儿的多种组织,如骨髓、胰腺、肺、皮肤和骨骼肌中分离和培育出了亚全能干细胞,证实它们都具有相同的细胞表型特征。
同时在单克隆细胞水平上通过体内外实验证实:亚全能干细胞能够向三个胚层多系统分化为各种成熟组织细胞,如造血细胞、肌肉细胞、成骨细胞等,参与机体多种组织的损伤修复。这项研究工作也得到了其它相关研究的印证,Nature Medicine杂志报道的人内耳上皮干细胞、Nature Cell Biology杂志报道的人皮肤干细胞都证实亚全能干细胞具有三胚层多系分化能力。
由于在特定的体内外微环境条件下,人体亚全能干细胞能够诱导分化为各种组织细胞,为恶性血液病、心血管疾病、糖尿病、肝功能衰竭多种严重疾病的治疗拓展了新的治疗途径,也预示着人体亚全能干细胞将在医疗实践方面有着广阔的前景。
记者:亚全能干细胞研究有哪些新的进展?
赵春华:今年我们在动物模型上已经证实,亚全能干细胞具有理想的再生优势,能够重建接受者的组织结构和细胞功能。
研究人员对化学物质诱导的小鼠肝损伤模型给予亚全能干细胞治疗,结果显示能显著减小肝脏变性坏死的范围和肝纤维化的程度,为干细胞在肝脏疾病治疗应用上提供了实验依据。另外,我们通过建立动物皮肤移植模型,首次证实了异基因骨髓源亚全能干细胞植入受体鼠体内,可在局部分化成皮肤干细胞,继而形成各种不同类型的成熟皮肤细胞,生长出完整的毛发组织。2004年9月美国洛克菲勒大学的研究人员在Cell杂志上发表的实验结果,也证实了成体干细胞具有再生皮肤全部组织特性。
另一项最新的研究发现,亚全能干细胞具有诱导特异性免疫耐受的功能,可以显著减少免疫排斥导致的移植物抗宿主病等严重并发症的发生,这为开展异体组织移植临床治疗奠定了理论基础。
围绕亚全能干细胞项目研究,在过去一年的时间里有9篇论文相继发表在Blood等国际专业权威杂志上,系统地向人们介绍了中国科学家在成体干细胞研究方面所取得的成果,标志着我国再生医学领域居于世界领先地位。
干细胞横向转化、去分化、细胞融合及亚全能干细胞理论从不同的角度对干细胞可塑性机理进行了探讨,现在有理由认为亚全能干细胞理论更符合机体在生命过程中自体修复、自我更新的需要。按照这种思路,只要掌握了亚全能干细胞的特异性标记及转化调控分子机制,就完全可以从某一组织中分离出成体干细胞并诱导分化形成其他组织细胞,由此开辟了一条干细胞修复与移植的新途径,并且还可避免胚胎干细胞应用过程中可能产生的伦理障碍和免疫排斥等问题。
记者:亚全能干细胞研究的意义在哪里?
赵春华:干细胞研究的最终是要应用于临床疾病的治疗。人体亚全能干细胞的多系分化的潜能和诱导特异性免疫耐受的特性,决定了其具有重要的临床应用价值。
我课题组承担的国家“863”计划组织工程重大专项“干细胞在重大疾病的治疗应用”,是国家在干细胞治疗应用领域最早支持的重大研究课题,其研究内容主要是针对血液血管及相关疾病、肝功能衰竭、冠心病和糖尿病这四种疑难病的治疗。
血液血管疾病包括白血病和其他难治性血液病,如血栓性心脑及周围血管病是我国发病率、死亡率和致残率最高的疾病,高居总死亡率之首;而我国白血病和淋巴瘤的发病率为万分之一,我国每年有近12万人患病。肝功能衰竭是多种急慢性肝病导致的临床综合征,急性肝功能衰竭经内科治疗死亡率仍高达80%,慢性肝功能衰竭也是死亡率极高的危重症。此外我国也是一个糖尿病的高发国家,糖尿病人群已接近4000万,目前现有的治疗手段尚不能有效地防止或逆转糖尿病引起的微血管病变及并发症。因此,寻找新的更为有效的对上述疾病的治疗手段一直是医学研究的热点。
前面已经谈到,将从骨髓中分离出的亚全能干细胞移植到肝细胞损伤的实验受体鼠后,能转化为肝细胞,使受体鼠的肝功能指标明显改善。这一研究如果进一步获得成功,将来可望从肝病患者自己体内取出骨髓,分离培养干细胞并对其改造后,再注射到患者体内,最终就能产生新的肝细胞以用于重造肝组织。
同样如果将干细胞移植到急性心机梗死的患者体内,也将有助于提高冠心病患者的心肌功能。胰岛移植是治疗糖尿病的有效方法之一,但胰岛移植的成功与否其先决条件是能否获得足够的胰岛细胞,亚全能干细胞为胰腺干细胞的来源提供了途径。
总的来说,人体亚全能干细胞移植,即在体外理想的培养条件下,将亚全能干细胞诱导并增殖到移植剂量,经合适的途径移植给患者,通过参与患者组织细胞的再生与修复,以实现修复并重建病变或衰老的组织器官与功能。这一治疗思路,可用于治疗目前尚不能用传统治疗手段治愈的多种疑难疾病;同时由于亚全能干细胞能够减少因干细胞移植而产生的免疫排斥反应,因此其对供者和受者之间的配型要求低于其他干细胞移植技术,这将使亚全能干细胞有望在临床上用于更广泛的多种疾病的治疗。