2.修復缺陷

在過去的一年中又出現了一些新的問題，人們開始關注重編程過程所造成的遺傳影響。在2010年7月，分別由波斯頓兒童醫院George Daley和麻省總醫院Konrad Hochedlinger領導的兩個研究小組在發表的研究論文證實iPS細胞攜帶著一種“表觀遺傳學”記憶。研究人員發現這些iPS細胞DNA的甲基化模式和來源細胞比較相似，而并不因重編程回復到胚胎細胞狀態。研究人員認為這一發現揭示了為何iPS細胞無法像胚胎干細胞一樣生成多種成體細胞類型。  

在不久之后，研究人員發現相比培育的人類胚胎干細胞，iPS有可能攜帶更多的突變。有四個研究小組在iPS細胞基因組中發現了DNA單堿基突變、DNA重排及染色體數量的差異。更為糟糕的是，研究人員證實這些iPS細胞中的一些突變并非來自起源細胞，有可能是由于重編程及培育過程所導致。Loring的研究小組報道說他們在誘導iPS細胞分化為心肌細胞過程中發現了基因重排的細胞。

這樣的研究發現還在不斷地涌現。在一項研究中，研究人員發現在經過一段長時間培育后iPS細胞中的大量基因重排消失了，研究人員認為這有可能是大部分嚴重突變的細胞在與健康細胞的競爭中被淘汰的結果。然而在今年2月，由美國薩克生物研究學院Joseph Ecke領導的研究小組稱他們在人類iPS細胞系中發現了起源細胞的表觀遺傳學標記，在培養數代，甚至分化為特異細胞類型后這些遺傳標記也沒有消失。在第三項研究中，來自哈佛大學的發育生物學家Alexander Meissner在對12種iPS細胞系與20種人類胚胎干細胞進行分析后證明它們的表觀遺傳學及基因變異非常相似。“我們發現并非只有iPS細胞存在大量的遺傳變異，而是所有的多潛能細胞都有大量的變異，”Meissner說。

Meissner的研究小組開發了一種基因表達和甲基化的“記分卡”，作為iPS細胞系多潛能狀態的檢測指標。這將有助于研究人員鑒別和避免實驗操作導致嚴重的遺傳畸變，篩查出受累最小的細胞系。現在研究人員正著手檢測這些基因和表觀遺傳學效應對iPS細胞性能的影響。

今年3月21日、22日在由美國國立衛生食品與藥物管理局(FDA)召開的貝爾斯達會議上研究人員表達了他們對于這些效應的關注，集中討論了推動多能干細胞研究進入臨床存在的一些障礙。研究人員提出了他們對于多能干細胞的這些突變在細胞水平上，以及對病人可能導致的不可預知及不良影響的擔憂。“基因組變異將引起FDA的高度關注，”Loring說。

“現在研究者們分成了兩個陣營，一方對iPS研究表示極度的悲觀，而另一方則認為現在的研究發現具有積極的意義，將推動我們發現生物相關的變異，”Loring說。

3.直擊局限

iPS細胞具有高度的靈活性，但它們并非萬能細胞。例如，從理論上來說iPS細胞源性肝細胞應該可以修復藥物毒理學篩查試驗中動物的肝臟功能。然而目前研究者們仍在努力嘗試將獲得的人類干細胞分化形成功能性的肝臟組織。“這是因為尚不明確這些細胞發育及復雜功能所必需的一系列信號，”加州大學舊金山分校的肝病專家Holger Willenbring指出：“此外，肝細胞具有解毒，合成蛋白質等多重功能，很難找到合適的培養條件保障它們的這些功能正常發揮。“

目前對于人類干細胞最熱點的研究領域之一就是利用細胞置換治療I型糖尿病。然而目前還沒有人能夠生成具有完全功能，能夠分泌胰島素的成熟胰腺β細胞。這是因為研究人員還不清楚所需的一系列生長信號。且β細胞通常是在三維環境中形成，很難在培養皿中進行細胞增殖“我認為這并不重要，”加州大學舊金山分校發育生物學家Matthias Hebrok說：“利用胚胎干細胞和iPS細胞生成的β細胞‘祖細胞’就能分泌胰島素。它們的效率雖然比正常β細胞要低，但或許足以幫助到糖尿病的患者。”

現在科學家們正在努力研究生成成熟β細胞和肝細胞的正確方法。在上周Nature雜志的一篇論文中，來自中國的研究者們利用一些在肝臟發育中起重要作用的調控因子成功地誘導小鼠皮膚細胞直接生成了肝細胞樣細胞。不過Willenbring仍表示質疑這些細胞是否能夠執行肝細胞的所有功能。

（未完待續……）