人類終於首次成功生產出造血幹細胞！為血液疾病患者帶來生機

經過 20 年不懈的努力，科學家們終於實現了一個偉大的目標：成功地將成熟細胞轉化成原始血細胞（可以自我更新）以及血液中其他細胞。這項研究成果刊登在 5 月 17 日的《自然》雜誌上。

圖丨幹細胞可以培養成各類型人體細胞

這項成果為白血病或其他血液疾病的患者帶來了新的希望。以往，這些患者通常需要進行骨髓移植，但尋找到可兼容供體者的概率卻十分之小，導致很多人因此無法得到及時的治療。

如果上述研究成果可以順利轉化為臨床治療方法，類似的悲劇就可以得到避免，因為患者們可以依靠自身健康細胞誘導出造血幹細胞。

通常而言，造血幹細胞產生於在胚胎髮育期間，而成年人的造血幹細胞存在於骨髓之中，並負責補充紅細胞、白細胞和血小板的供應量。而當這些細胞不能正常工作時，血紅細胞的供應就會受到影響。一旦沒有足夠的血液抵達身體組織，甚至影響到心臟等器官時，就會導致嚴重疾病。

可以說，大部分白血病都直接或間接與造血幹細胞異常相關。

圖丨紅細胞（右）、白細胞（左）和血小板（上）

正常的造血幹細胞具有長期自我更新的能力，以及分化成各類成熟血細胞的潛能。自 1998 年人的胚胎幹細胞（ES）被成功分離出來，科學家們就一直在嘗試著用它們去「製造」造血幹細胞，但一直沒能獲得成功。

因此，此次研究成果意義重大，這得益於以下兩個實驗室的各自工作：

一、麻省波士頓兒童醫院的團隊；該團隊由幹細胞生物學家 George Daley 領導，他們創造了一種類似於血液幹細胞，但又不同於人體細胞的幹細胞。

二、紐約市威爾康乃爾醫學院的團隊；由幹細胞生物學家 Shahin Rafii 領導，他們將小鼠體內的成熟細胞誘導成了完全成熟的造血幹細胞。

圖丨造血幹細胞和祖細胞，它們是由研究人員通過誘導人類多能幹細胞製備而來的

那麼他們是如何實現的呢？

麻省波士頓兒童醫院 George Daley 的團隊選擇將成人皮膚細胞和其他細胞作為原材料。他們先通過現有的方法將細胞重新編程，使其轉變為誘導型多能幹細胞（iPSC）——這種細胞能夠分化產生其它類型的細胞。

圖丨幹細胞生物學家George Daley

接下來，該團隊進行了非常有創造力的一步：將 7 個轉錄因子（能夠控制其他基因表達的基因）插入到iPS細胞的基因組中，並將這些被修飾了的人細胞注射入小鼠體內中進行培養。

12 周后，研究團隊迎來了一個令人欣喜的結果：iPS細胞已經轉化成了造血幹細胞，它可以產生人體血液中的各種血液細胞以及免疫細胞，而且這種細胞與人體中天然存在的造血幹細胞「出奇得相似」。

圖丨誘導型多能幹細胞

然而，以往的生物學認為，只有植物細胞，才能完成去分化和再分化過程，回到多能幹細胞狀態再分化成其他組織，而動物細胞只能不斷繼續分化的命運，直到終老。

直到 2006 年，這一曾經被寫入教科書的生物學「常識」 被日本京都大學山中伸彌教授打破：他從 24 種與多能幹細胞功能相關的轉錄因子中，找到四個對逆轉已分化細胞充分必要的轉錄因子：Oct4，Sox2，cMyc和 Klf4，成功使它們去分化成多能幹細胞。

這四個重編程因子後來被稱為「山中因子」。2012年， 山中伸彌也因對iPSC 技術的貢獻榮獲諾貝爾醫學獎。

圖丨山中伸彌

iPSC技術從 2006 年發表以來一直備受矚目，「山中因子」的經典配方也被後人持續更新，甚至發展出單純小分子誘導版本。從臨床角度，iPSC技術最大的優勢就在於，可以避免使用倫理爭議性較大的胚胎幹細胞，一點皮膚，一點毛囊就可以轉變成任意體細胞。

相比之下， 紐約市威爾康乃爾醫學院 Shahin Rafii 的團隊則是避開了誘導 iPS 細胞這個中間步驟，從小鼠中生產出真正的造血幹細胞。他們的步驟如下：

一、研究人員首先從成熟小鼠的血管內層提取了細胞；

二、他們將四個轉錄因子插入到這些細胞的基因組中，接著用模擬人血管內環境的培養皿培養它們；

三、這些細胞轉變成了血液幹細胞並開始增殖。

圖丨幹細胞生物學家Shahin Rafii

當研究人員將這些幹細胞注射到放療後的小鼠（大部分血細胞和免疫細胞已被殺死）時，他們發現，小鼠可以從放療損傷中恢復過來！這意味著，這些幹細胞實現了血細胞再生（包括免疫細胞），小鼠因此可以繼續存活，並且生存期超過了 1.5 年。

由於繞過了 iPS 細胞階段， Shahin Rafii 將這種方法比作「直達月球的航班」，而將 George Daley 的方法比作為「先繞月球飛行後再抵達月球的航班」。也就是說，他認為自己的方法更加直接、省時和高效。

但是，George Daley 和其他研究人員相信，他們所使用的方法更有效，而且引起腫瘤生長和其他異常出現的概率更小。

圖丨人體腫瘤

對此，加利福尼亞州拉霍亞斯克里普斯研究所的幹細胞研究員 Janne Loring 在接受採訪時表示，最佳的方法可能是僅僅去臨時改變 iPS 細胞中的基因表達，而非永久性地插入具有編碼轉錄因子的基因。

她指出，iPS 細胞容易從皮膚和其他組織中獲取，而 Shahin Rafii 方法中的細胞卻難以採集並在實驗室培養。

無論如終，時間最終會證明哪種方法更適合實際情況。不過，這些進展已經足夠鼓舞那些曾經感到希望渺茫的研究人員。此前，很多人已經對此不抱希望了，他們甚至認為，這些細胞在大自然中並不存在。事實證明，這種想法是錯誤的。

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