整理撰稿人：中科院上海生命科學(xué)信息中心人口健康與生物醫(yī)藥團(tuán)隊(duì)

徐萍（E-mail:xuping@sibs.ac.cn）、王玥、許麗

審稿專(zhuān)家：中科院動(dòng)物所周琪研究員

干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我更新和分化能力的細(xì)胞，這一特性使其在人類(lèi)疾病研究和治療、組織器官構(gòu)建、生殖等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

1 國(guó)際研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

干細(xì)胞的巨大應(yīng)用前景激發(fā)了全球科研人員的研究熱情，截至2013年8月，SCI收錄的干細(xì)胞領(lǐng)域論文總量已達(dá)24萬(wàn)篇①論文統(tǒng)計(jì)包括期刊論文和會(huì)議論文，研究?jī)?nèi)容主要圍繞干細(xì)胞的獲取與構(gòu)建、干細(xì)胞調(diào)控機(jī)理研究以及干細(xì)胞應(yīng)用等領(lǐng)域。

1.1 干細(xì)胞的獲取技術(shù)

尋找穩(wěn)定的干細(xì)胞來(lái)源，并建立干細(xì)胞系是開(kāi)展干細(xì)胞相關(guān)研究的基礎(chǔ)。除了發(fā)現(xiàn)并純化不同組織中存在的成體干細(xì)胞外，胚胎干細(xì)胞（ESC）的獲取技術(shù)一直是科研人員希望突破的領(lǐng)域，但由于倫理問(wèn)題，無(wú)法獲取大量的ESC供科研和臨床應(yīng)用。2011年[1]和2013年[2]的兩項(xiàng)研究，均通過(guò)克隆技術(shù)，利用卵母細(xì)胞將成人體細(xì)胞重編程，克隆出ESC。這兩項(xiàng)研究盡管僅為初步探索，但為ESC的研究提供了發(fā)展方向。

1.2 干細(xì)胞相關(guān)調(diào)控機(jī)理研究

干細(xì)胞自我更新、多能性維持、休眠與激活以及分化的調(diào)控機(jī)制仍是目前干細(xì)胞研究的主要內(nèi)容?？蒲腥藛T已經(jīng)從基因、蛋白和表觀遺傳等多個(gè)角度對(duì)相關(guān)調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了探索，同時(shí)也利用高通量技術(shù)對(duì)干細(xì)胞相關(guān)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和功能特性進(jìn)行了“批量”研究。2011年，國(guó)際干細(xì)胞計(jì)劃（International Stem Cell Initiative）構(gòu)建了全球最大規(guī)模人類(lèi)ESC遺傳變異圖譜[3]；同年奧地利與美國(guó)科學(xué)家共同從全基因組水平上繪制了神經(jīng)干細(xì)胞維持自我更新與分化之間平衡的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜[4]；2012年11月，美國(guó)科學(xué)家又利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，繪制出首張干細(xì)胞（造血干細(xì)胞）發(fā)育基因表達(dá)譜[5]。

1.3 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）技術(shù)

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）技術(shù)自2006年誕生伊始便掀起了研究熱潮，日本山中伸彌教授也因發(fā)明該項(xiàng)技術(shù)而于2012年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。經(jīng)過(guò)7年的發(fā)展，SCI收錄iPSC論文總量已近3000篇，其中2012年發(fā)表論文數(shù)量近900篇②論文統(tǒng)計(jì)包括期刊論文和會(huì)議論文。近幾年的研究揭示了iPSC誘導(dǎo)效率低等問(wèn)題的機(jī)制，針對(duì)iPSC存在的基因缺陷，探索了不同誘導(dǎo)因子組合（包括非基因小分子物質(zhì)）對(duì)iPSC重編程的影響，進(jìn)而對(duì)iPSC誘導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并改善了iPSC技術(shù)的安全性。2009年，中國(guó)科研人員首次證實(shí)iPSC具有和ESC相同的發(fā)育能力。2012年，美國(guó)科研人員繪制了iPSC重編程分子路線(xiàn)圖[6]，為iPSC技術(shù)的未來(lái)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2013年，中國(guó)科研人員成功實(shí)現(xiàn)了僅利用小分子化合物誘導(dǎo)iPSC，并獲得了正常的小鼠，這一成果避免了iPSC技術(shù)應(yīng)用中的安全問(wèn)題。

1.4 轉(zhuǎn)分化技術(shù)

iPSC技術(shù)的興起也催生了轉(zhuǎn)分化技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，科研人員對(duì)轉(zhuǎn)分化機(jī)制進(jìn)行了不斷深入的探索，并對(duì)轉(zhuǎn)分化技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，逐步實(shí)現(xiàn)了譜系內(nèi)、譜系間、體外和體內(nèi)成體細(xì)胞間的轉(zhuǎn)分化。2012年，德國(guó)科研人員實(shí)現(xiàn)了從成體細(xì)胞向成體干細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化[7]，是轉(zhuǎn)分化技術(shù)的一項(xiàng)突破；美國(guó)和西班牙科學(xué)家還合作開(kāi)發(fā)出一種稱(chēng)為“間接譜系轉(zhuǎn)換”的轉(zhuǎn)分化新技術(shù)[8]，將成體細(xì)胞誘導(dǎo)至一種可塑性的中間狀態(tài)，隨后再進(jìn)行分化，該技術(shù)縮短或繞過(guò)iPSC技術(shù)中重編程至多能性的完整過(guò)程，從而減少了iPSC技術(shù)的一些弊端，同時(shí)也提供了一種相比直接轉(zhuǎn)分化技術(shù)更加通用的技術(shù)。

1.5 干細(xì)胞應(yīng)用研究

隨著干細(xì)胞相關(guān)基礎(chǔ)研究的深入，其應(yīng)用進(jìn)程不斷向前推進(jìn)。科研人員已在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了多種干細(xì)胞來(lái)源的體細(xì)胞在修復(fù)機(jī)體損傷中能夠發(fā)揮正常功能。此外，大量臨床試驗(yàn)開(kāi)展，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球開(kāi)展的干細(xì)胞臨床試驗(yàn)已近5000例③數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)ClinicalTrials.gov數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)的臨床試驗(yàn)包括正在開(kāi)展的和已經(jīng)完成的。一系列臨床試驗(yàn)展現(xiàn)了良好的治療效果，例如，全球唯一獲得批準(zhǔn)的胚胎干細(xì)胞臨床試驗(yàn)在2013年再次證實(shí)對(duì)恢復(fù)患者視力有效[9]。

在iPSC領(lǐng)域中，已經(jīng)建立起針對(duì)多種疾病的干細(xì)胞模型；世界首例iPSC療法臨床試驗(yàn)獲得日本批準(zhǔn)，用于治療老年黃斑變性，同時(shí)日本也開(kāi)始著手建立iPSC庫(kù)，旨在為iPSC療法提供細(xì)胞供應(yīng)。

在利用干細(xì)胞構(gòu)建組織、器官方面，國(guó)際上獲得了大量的組織工程器官。2013年7月，日本科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種培養(yǎng)器官的新方法，利用iPSC構(gòu)建出能夠發(fā)揮功能的立體結(jié)構(gòu)肝臟，為再生醫(yī)學(xué)提供一條全新的道路[10]。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

SCI收錄我國(guó)最早的干細(xì)胞論文發(fā)表于1981年，相比國(guó)際起步較晚，但發(fā)展迅速，至2012年，我國(guó)年度論文數(shù)量已經(jīng)超過(guò)3000篇，僅次于美國(guó)，位居國(guó)際第2位。我國(guó)在干細(xì)胞調(diào)控機(jī)制、iPSC技術(shù)和轉(zhuǎn)分化技術(shù)及干細(xì)胞應(yīng)用研究等領(lǐng)域均獲得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的成果。尤其iPSC技術(shù)和轉(zhuǎn)分化技術(shù)已躋身國(guó)際干細(xì)胞領(lǐng)域的領(lǐng)先行列。

在干細(xì)胞相關(guān)調(diào)控機(jī)制研究領(lǐng)域，我國(guó)擁有了良好的基礎(chǔ)。我國(guó)科學(xué)家解釋了ESC中5-甲基胞嘧啶去甲基化的機(jī)制[11]；對(duì)小鼠ESC早期譜系特化的機(jī)理進(jìn)行了探索[12]；發(fā)現(xiàn)了多能干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化的譜系特異性調(diào)控通路[13]。

iPSC是我國(guó)干細(xì)胞研究的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域之一。2007年，我國(guó)成為繼日本和美國(guó)后第三個(gè)掌握iPSC技術(shù)的國(guó)家[14]。此后，又陸續(xù)建立了獼猴[15]和大鼠[16]的iPSC系；利用四倍體囊胚注射的方法獲得了世界上第一只iPSC小鼠，證實(shí)了iPSC的全能性[17]；發(fā)現(xiàn)了間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化過(guò)程是體細(xì)胞重編程的主要分子機(jī)制[18]；發(fā)現(xiàn)維生素C能夠顯著提高重編程效率[19]；實(shí)現(xiàn)了將尿液細(xì)胞重編程為iPSC，為iPSC提供了“無(wú)盡”的來(lái)源[20]；探明了iPSC重編程過(guò)程中的“路障”[21]；利用小分子化合物替代經(jīng)典的重編程基因，實(shí)現(xiàn)了小鼠體細(xì)胞的重編程，率先實(shí)現(xiàn)了各國(guó)科研人員一直探索的技術(shù)突破[22]。一系列突破性成果為我國(guó)在世界干細(xì)胞領(lǐng)域占據(jù)有利地位奠定了基礎(chǔ)。

我國(guó)在轉(zhuǎn)分化技術(shù)領(lǐng)域也處于國(guó)際領(lǐng)先水平，獲得了一系列突破性科研成果。2011年5月，中科院的科研人員將小鼠成纖維細(xì)胞直接重編程為成熟的肝細(xì)胞樣細(xì)胞，成為肝臟再生研究的里程碑[23]；2012年，中科院一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)還將尿液細(xì)胞直接重編程為神經(jīng)祖細(xì)胞[24]。2013年，中科院研究人員再次通過(guò)三維培養(yǎng)技術(shù)，將體細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化為具有增殖和分化能力的神經(jīng)干細(xì)胞[25]。

此外，我國(guó)在大動(dòng)物模型構(gòu)建方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃和“973”計(jì)劃對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行布局，這也將推動(dòng)我國(guó)在該領(lǐng)域的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。

在干細(xì)胞應(yīng)用方面，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展的干細(xì)胞相關(guān)臨床試驗(yàn)有165項(xiàng)④數(shù)據(jù)來(lái)源：美國(guó)ClinicalTrials.gov數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)的臨床試驗(yàn)包括正在開(kāi)展的和已經(jīng)完成的，主要用于糖尿病、肝臟疾病等的治療。國(guó)內(nèi)首個(gè)組織工程三類(lèi)醫(yī)療新技術(shù)，組織工程軟骨移植也于2010年實(shí)現(xiàn)了臨床轉(zhuǎn)化，至今已為多位患者解除了病痛。

與此同時(shí)，近期出臺(tái)的一系列干細(xì)胞臨床應(yīng)用相關(guān)監(jiān)管法規(guī)，將使干細(xì)胞領(lǐng)域發(fā)展更加有序。在國(guó)家各項(xiàng)政策支持下，隨著研究的進(jìn)一步加強(qiáng)，我國(guó)干細(xì)胞整體研究水平有望進(jìn)入國(guó)際第一陣營(yíng)。

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