http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=489&DocNo=787 干细胞的挑战 干细胞疗法带来的曙光与实际的临床治疗之间，横亘着哪些障碍？ 撰文╱蓝札（Robert Lanza）、罗森塔尔（Nadia Rosenthal） 翻译／涂可欣 细胞（stem cell）为衰败的器官和目前无可医的疾病，燃起了重生的希望。 病患看到干细胞几乎神乎其技的报导後大受鼓舞，然而大部份炒得最热的科 学研究，随後都遭到反驳。在争论人类胚胎的干细胞取得的正当性之际，还 有其他研究结果也遭扭曲失真。 耸动与对立的声音，已让大众和大部份科学家迷惑，究竟干细胞治疗在医学 上可不可行。如果美国和其他国家现在就撤销对干细胞的法律与经费限制， 是不是隔天医师就可以开始利用干细胞来治疗病患？目前可能不行，因为还 有许多技术障碍有待克服。在干细胞能安全地实现它们的许诺前，得先解决 一些悬而未决的问题。 举例来说，光是确认真正的干细胞，就是一件很棘手的事。要让科学家能够 分享研究结果，并评估控制干细胞行为技术的成功率，首先得确定研究中使 用的细胞，的确具备做为根源—或茎干（stem）—的能力。它必须能够衍生 出各种细胞类型，而自身仍维持能继续衍生的状态。但尽管对干细胞的详审 究查，也无法凭外表将它们区分出来，因为干细胞是根据它们的行为而定义 的。 在各种形式的干细胞中，最多才多艺的就属「胚胎干细胞」（embryonic stem cell, ES cell），而最早的胚胎干细胞是在20多年前从小鼠的胚胎中 分离出来的。胚胎干细胞来自非常早期的胚胎，在正常状况下，它们会形成 较晚期胚胎中，三种不同的胚层（见第41页插图），最後再衍生出身体内所 有不同的组织。由於胚胎干细胞保有制造体内任何类型细胞的潜在能力，因 此它们是多能性的（pluripotent）。 全世界大部份现存的人类胚胎干细胞，都源自体外人工受精後未使用的胚胎 。科学家在研究这些胚胎干细胞後发现，它们通常在冰冻和解冻後能够复原 ，并在培养皿中分化出各式各样的细胞。现在我们也越来越清楚，这些人类 胚胎干细胞株并不完全相同。 有些细胞株只能分化出特定的细胞类型，有些细胞株在培养时生长迟缓。科 学家在利用这些细胞株进行研究之前，必须先确定它们具备多能性。美国与 加拿大的生物学家希望设立人类胚胎干细胞实验的标准，提议引用在非人类 胚胎干细胞研究中常用的两种测试法。第一种是将胚胎干细胞注射到动物身 体组织中，如果它们形成畸胎瘤（teratoma，这种独特的肿瘤中含有来自三 种胚层的细胞类型），即可证明它们的多能性。另一种测试法则是标记这些 可能的胚胎干细胞，然後将它们注射到发育中的动物胚胎中。当动物出生後 ，如果有标记的细胞出现在所有的组织中，即可认定该细胞株具有多能性。 然而，如果以这种方式来测试人类胚胎干细胞特性，将会制造出全身带有人 类DNA的嵌合动物，许多人认为这有违伦理。再者，即使通过後面这种测试法 ，也并不能保证该细胞株在实验室中会分化。 由於需要有更可靠的标记，来辨别真正具有多能性的胚胎干细胞，因此科学 家正如火如荼地研究，想为培养的胚胎干细胞在不同时期启动与关闭的基因 分门别类。如果能有干细胞基因表现的资料，不仅可以用来监别多能性胚胎 干细胞，也能让我们深入了解这些细胞之所以成为干细胞的条件。不幸的是 ，至今对胚胎干细胞基因表现特性的研究结果相互矛盾，所以找寻胚胎干细 胞特徵的努力仍在继续。 当然，干细胞研究的最终目标，是要替换或重生身体中衰老的部位，像是糖 尿病患胰脏中制造胰岛素的细胞，或是帕金森氏症病患制造多巴胺的神经细 胞。但诱使胚胎干细胞分化出我们所想要细胞类型的技术，距离完美还很遥 远。 培养皿中的胚胎干细胞，在独立生长时，会自动分化出混杂了各种组织的形 式；如果在适当时机加入特定化合物，则可引导它们长成某些细胞类型。不 过胚胎干细胞似乎仍有成为特定组织的倾向，例如长成一层心脏组织，而较 难形成其他组织。 让干细胞运作 由於我们仍不清楚在胚胎发育时，是什麽讯号让这些细胞走上某条特定的发 育途径，因此，许多研究者正在钻研自然胚胎的「区位」（niche），以了解 可能的环境讯号。还有其他科学家试图整理胚胎细胞在分化时基因表现的模 式，期待能找到哪些基因在开启或关闭时，会指引细胞成为特定组织。 但衍生出想要的细胞类型，只是奋斗的一部份。举例来说，胚胎干细胞很容 易就可以长出满满一盘神经细胞，但这些细胞要在移植到活脑後，能够和周 围神经联系且「交谈」，才算真的有用。2001年，当美国国家卫生研究院的 马凯（Ronald McKay），报告他利用老鼠的胚胎干细胞发展出制造胰岛素的 细胞，干细胞研究者以为他们有了重大突破，因为这是干细胞研究者渴望达 成的目标。然而去年哈佛大学的梅尔顿（Douglas A. Melton）在重复马凯的 实验时发现，这些细胞只是吸收了培养基中的胰岛素，而非自己制造胰岛素 。因此找出能监定细胞真正具备功能的标记，是干细胞研究社群另一项迫切 的任务。 如果只需单纯地将胚胎干细胞注射到希望它们能重生的身体部位，让它们自 行接收周遭环境的讯号，就再理想不过了。不过，由於胚胎干细胞的多能性 ，使得这种方法太危险，不适用於人体治疗。这些干细胞可能形成畸胎瘤， 或分化成不是想要的组织类型，甚或是两者同时发生。在动物实验中，就曾 发生畸胎瘤中含有完整牙齿的案例。 与其冒险直接注射胚胎干细胞，而让患者的脑或心脏长出肿瘤或牙齿，或挣 扎着制造具备特殊功能的组织，许多胚胎干细胞研究者正努力开发比较中庸 的做法。在将干细胞注射到人体前，可先诱使它们成为比较稳定、但仍具发 展弹性的前驱细胞状态，如此即可避免不受控制的分化，却仍能利用环境的 讯号，产生想要的细胞类型。 即使这些前驱细胞能融入环境并开始形成新组织，但是仍有可能遭受患者身 体的排斥。胚胎干细胞以及它们所衍生出的细胞，和移植的器官一样，在细 胞表面都带有蛋白质（抗原），会让免疫系统视为入侵者，而产生免疫排斥 作用。不同的抗原类型可能有数百种的组合方式，也意味着这可能需要建立 一个含有数十万种胚胎干细胞株的细胞库，以比对出与患者免疫相容性最高 的干细胞。而要有这麽多细胞株，需要人工受精诊所提供的上百万个废弃的 胚胎。 有些研究者臆测可能并不需要如此庞大的细胞库，我们可以先减低患者对胚 胎干细胞的敏感度，或是降低干细胞本身的抗原性质，但这些做法都仍未有 令人确信的验证。目前要避开免疫排斥问题的唯一办法，是利用患者本身的 遗传物质，以细胞核转植或复制（cloning） 技术，来建立胚胎干细胞株。 这个技术已引起了相当多的争议，而技术本身也仍有一些实际问题待解决， 但重生衰老组织的动物实验，已获得鼓舞人心的成果。 一般认为复制是让病患细胞重新得到胚胎潜力的方法。人体由超过200种细胞 构成，在哺乳动物体内一旦细胞特化成某一种类型後，通常就再也无法回头 ，也就是所谓的「终末分化」（terminally differentiated）。唯一的例外 ，是将未受精卵中的遗传物质抽出，而以体细胞的细胞核取代，此时卵细胞 会误以为以为受精了，而像正常胚胎一样开始分裂。来自这种胚胎的干细胞 ，将含有捐赠者体细胞核的DNA，但这些新的细胞将可以「重设程式」，回到 具干细胞特质的状态，能够产生任何类型的组织。 蓝札（本文经作者之一）最近就证实，将来自复制小鼠胚胎的部份分化干细 胞，注射入提供体细胞核的小鼠的心脏时，这些细胞会移动到因心脏病发而 受损的部位，并在一个月内，以健康的心脏组织修复了38%的伤疤。而第一个 经「体细胞核转植技术」（somatic cell nuclear transfer, SCNT）制造的 人类胚胎干细胞株，也在今年诞生了。科学界有少数人曾怀疑，细胞核转植 技术能否适用於灵长类，以制造医疗性的干细胞。而韩国汉城大学的黄禹锡 和他同事，则证明这项技术在灵长类也是可以办到的。这支韩国研究团队在 今年2月时宣布，他们利用SCNT制造了人类胚胎，并将它培养至囊胚期，然後 从中培植出一支具多能性的胚胎干细胞株。他们的成果是一项重要的里程碑 ，但也同时显示出我们仍面对着许多未知。 由於黄禹锡的团队取得了242个捐赠卵，让他们能以实验得到每一步骤所需的 技术、时间和条件，即使如此，从数百个卵子中，他们也只得到一个胚胎干 细胞株，这些研究者还说他们，不确定是靠哪一种方法才成功。如果要重设 卵子的发展，还有很多神秘机制需要了解﹔在制造和培养细胞核转植胚胎时 ，任何步骤都有可能出错。 科学家仍然无法确定，重设程式本身或处理胚胎的其他过程，是否会引起基 因突变，使得胚胎干细胞容易老化或癌化，我们需要更多的研究来检查这些 潜在的问题。在使用带有遗传性基因突变（例如血友病或肌肉营养性萎缩症 ）患者的细胞来制造胚胎干细胞之前，也需要先矫正缺陷基因。不过，常利 用在小鼠胚胎干细胞上的特定基因修正技术（gene-specific modification ），也曾经成功地应用在人类的胚胎干细胞上，提供了安全矫正突变的方法 。 另一个受到质疑的问题，是由复制胚胎而来的干细胞的整体健康状况。因为 经由复制产生的动物，有格外高的畸形率和死亡率。然而为了测试复制胚胎 干细胞株的潜能，而将细胞注射到发育中的动物囊胚时，产生的动物看来完 全正常。这个结果显示虽然生殖复制的结果难以预测，显然不适用於人类， 但从细胞核转植胚胎产生的干细胞，至少就医疗目的而言，是与正常胚胎干 细胞相等的。 另一个不牵涉SCNT或体外人工受精胚胎的技术，也有类似的安全顾虑。在孤 雌生殖（parthenogenesis）的技术中，未受精的卵可利用化学药品处理，而 像受精後一般的开始分裂，这样的伪胚胎或「孤雌生殖胚球」（parthenote ），比用SCNT产生的胚胎容易培养。在动物实验中，孤雌生殖胚球产生的胚 胎干细胞，在培养时也能够分化成多种细胞类型，并通过畸胎瘤测试，形成 来自三个胚层的细胞。 一般正常体细胞有来自父亲的一组染色体和母亲的一组染色体，而孤雌生殖 胚球则含有二组母亲的染色体，这种重复性让胚球有足够的基因，但也让胚 球在植入子宫後无法存活。染色体只来自母亲，这意味着孤雌生殖胚球细胞 的抗原组合，可能只有正常胚球的一半，比较容易与病患的免疫系统相容， 因此只需不到1000个来自孤雌生殖胚胎的干细胞株，就足以建立与大部份美 国人免疫相容的细胞库。 还要多久才能进行胚胎干细胞医疗法的人体测试，除了要看科学方面的问题 何时可解决外，政治也是影响因素（参见前页〈政治，是干细胞研究的最大 阻碍〉）。我们所知较多也较易控制的细胞类型，像是制造多巴胺的神经细 胞，或视网膜色素上皮细胞，可能在两年内即可进行人体试验。同时，科学 家也开始找寻成人体内参与正常修补工作、并具有类似胚胎干细胞惊人重生 潜力的细胞。 --- 请勿转录 --

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