干细胞伦理之争的.pdf
Negative Vol.4 No.5 2013 18 -10-08，随着诺贝尔生理学与医学奖 的最终颁布，此前倍受医学同行以及 媒体瞩目和推崇的日本学者山中伸弥终于不负众望地 与英国科学家约翰格登共同分享了本年度的世界医 学顶级荣誉，彰显了他们在“体细胞重编程技术”领 域作出的革命性贡献1。 1 山中伸弥诱导多能干细胞的发现 山中伸弥生于1962年，作为近10年甚至近20年来 诺贝尔生理学与医学奖最年轻的获得者，今年年仅50 周岁。如此年轻有为的他究竟做出了什么样的轰动成 果，又对我们生物医学领域的同行有什么启示和指导 意义？这值得我们探讨和思索。 “Science is surprising. It is difficult to predict what you will find.” 这是2010年山中伸弥在美国NIH的一次 演讲中的感言。事实上，在最终成名以前，他本人的 人生轨迹也正如他对科学的描述一样，可以说是屡败 屡战，始终在寻找着正确的方向。 干细胞伦理之争的“终结者” 谈诺贝尔生理学与医学奖获得者山中伸弥 姜英浩，张 菊，卢兹凡 （第四军医大学药学院药物基因组学教研室，陕西 西安 710032） 基金项目： 作者简介： 国家自然科学基金 （ 81071435，81030046） 姜英浩。硕士生（导师 张 菊）。研究方向：基于荧光偏振技术的DNA甲基化检测；肿瘤干细胞的调控机制。Tel:(029)84774771 Email: 【摘 要】 2012年诺贝尔生理学与医学奖得主日本学者山中伸弥在发现诱导多能干细胞（iPS）之前没有显赫的学 术地位，但是他独特的思维方式，敢于挑战科学大问题的胆量，使他在最短时间内一跃成为生命领域的领跑者， 开启了再生医学的全新篇章。探寻这位快速登上科学之巅的学者，回顾他的成长经历和伟大科学发现背后的故 事，思维灵感会被点燃，创新之奥秘和乐趣也会渗透于心。 【关键词】 山中伸弥；诱导多能干细胞（iPS）；启示 【中图号】 R-05 【文献标识码】 A 【Abstract】The Japanese scientist Shinya Yamanaka, the youngest winner of the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 2012, was seldom known in the field before his finding of the induced pluripotent stem cells (iPS), however, his unique thinking and outstanding eyesight not only turned him to be a seminal leader within a short time but also started up a brand-new page for Regenerative Medicine. Learning how he conquered the mountain-tip of science, recalling his personal experiences and the stories behind this great finding, were deeply inspired, simultaneously the essence and delight of creativeness may seep into our minds. 【Keywords】Shinya Yamanaka; induced pluripotent stem cells (iPS); creativeness “Terminator” of the controversy over ethics in stem cells: Shinya Yamanaka, winner of the Nobel Prize in Physiology or Medicine JIANG Ying-Hao, ZHANG Ju, LU Zi-Fan Department of Pharmacogenomics, School of Pharmacy, Fourth Military Medical University, Xian 710032, China DOI:10.13276/j.issn.1674-8913.2013.05.013 19 初看山中伸弥，人们都会觉得他不苟言笑。而 实际上，他的言谈中充满了风趣。青年时代的他，在 同学们热衷于书本知识的时候，他的爱好却是柔道和 马拉松，以致于长辈们甚至考虑应该将他送往体育学 校。大学时他选择了进入医学院，并以整形医生的身 份开始了自己的职业生涯，却又因在手术中笨手笨脚 不得要领而倍受打击。直到后来，他在病房见到了一 位身患不治之症的患者，患者痛苦的姿态给了山中伸 弥很大的冲击。他从此立志要研究疾病的机制，成为 一位寻找疾病根源的研究者。在这么多年的摸爬滚 打、辛勤研究之后，可以说他的理想距离实现已经近 了一大步。这段奇妙而曲折的人生经历也促成了他今 天的严谨且伴随幽默的风格。 如果未来的历史学家为干细胞研究和发展撰写 编年史，山中伸弥很可能会作为一个“终结者”的角 色被载入史册：这位日本科学家用一种前所未有的方 式，结束了胚胎干细胞领域旷日持久的伦理之争（因 为要获取胚胎干细胞，往往需要破坏胚胎）。他带领 着他年轻的研究小组证明了，通过基因重组，人类的 普通皮肤细胞可以重返干细胞状态。而由皮肤细胞产 生的干细胞叫做诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS）2。 褪去世界第一人的光环，山中伸弥的这项跨越 人类伦理道德的伟大创举在诞生的路上其实充满曲 折，也极富启示。1996年世界上第一只克隆羊多利 的诞生让大家第一次认识到，将成熟分化的乳腺上 皮细胞遗传物质转移到去细胞核的卵细胞胞浆后， 能够重新逆向变为全能的胚胎干细胞，并发育成新 的个体。这项发现提出了“细胞可塑性”的概念。 1998年，美国科学家詹姆斯汤姆森分离出了第一 代人类胚胎干细胞。至此，全世界的科研工作者纷 纷将目光投向了它，并试图控制这些细胞，使之分 化为特定细胞类型，从而替代病变或受损组织，最 终改进现有医疗手段。但是胚胎干细胞的来源问题 一直受到伦理学观念的极大挑战。当一流实验室的 人员都在进行卵细胞胞浆有效成分的分离和发现的 时候，山中伸弥却寻找到了一个独特的路径去实现 这个目标。当时的日本，临床医学很受重视，而基 础医学领域却几乎无人问津。山中伸弥从美国博士 后课题结束回到日本时，境遇非常窘迫，没有帮手 和基金，自己要照看上百只小鼠。忙碌的他曾经动 摇并想过放弃，自嘲当时患有“PAD：Post-America Depression”。 为了能吸引更多有才华的年轻人来 到自己实验室，他一直思考科学大问题，试图寻找 大的突破。在前一研究失败的基础上，他将失败的 小鼠细胞作为报告基因，去寻找能筛选新的让成熟 细胞发生干细胞转变的新策略。 根据自己多年研究的积累，他假设体内存在着 能维持干细胞多能性的转录因子，如果把这些转录 因子过表达，可能会实现细胞分化的逆转。在上百 种的转录因子中，如何能筛选到有效的少数几个分 子呢？从他的演讲中我们得知，运气加勤奋，使他 在最初进行筛选工作时幸运地买了“24个转录因 子的彩票”。其实这过程却远没有听上去那么轻松 简单。他经过4年的艰苦实验，发现并记录了24个 在干细胞中高表达，而在分化细胞低表达的转录因 子。期望能将它们每一个单独转入普通小鼠的成纤 维细胞，并经过合适的培养步骤后，生成与干细胞 相同的多能细胞，结果发现任何因子都无法单独发 挥作用。但是究竟是两个、三个还是几个因子共同 作用呢？如果全部排列组合再进行实验的话，工作 量基本大到无法完成，实验仿佛走到了瓶颈阶段。 而这时，他的学生提出了一个非常大胆的思路，即 将这24个转录因子全部同时转入一个细胞里，当 证明可以筛选出目的克隆后，每次再从这24个因 子中去掉一个因子再进行转化，从而鉴定到了4个 最重要的因子。而随后的研究更加证实了只有这特 定的4种因子的组合才能完成这一任务。2006年， 他在Cell杂志上发表了一篇里程碑式的论文， 介绍了编码上述4种因子的基因：Oct3/4、Sox2、 c-Myc和Klf43。在进行了小鼠体细胞研究之后， 2007年，山中伸弥和汤姆森的研究小组几乎在同 一时间宣布，他们利用此前发现的4种转录因子， 成功制造出人类iPS细胞4。于是，一项震惊世界 的工作诞生了。到目前为止，山中伸弥和其他研究 小组已把多种组织（包括肝、胃和大脑）的细胞 转变成了iPS细胞，并让iPS细胞分化成了皮肤、肌 肉、胃肠道、软骨、能分泌神经递质多巴胺的神经 细胞以及可以同步搏动的心脏细胞。未来制造出 自身来源的新的再生器官的梦想已经变得越来越现 实。山中伸弥带领着他的研究小组还将在应用iPS 细胞预测药物副作用并阐明某些疾病的发病机制等 方面继续前进。前景虽然充满艰辛，但路径会越发 通畅。 医学观察 Negative Vol.4 No.5 2013 20 2 山中伸弥的科研之路带给我们的启示 作为生命科学领域的同行，在了解了山中伸弥 教授的科研历程之后，我们能从他的成功中收获什 么？我们觉得可以概括为以下几点： 2.1 坚定信念，小实验室走出大科学家 从刚回国时的不得志，到无人无财自己亲手饲 养所有的实验动物，再到自己刚开展实验室时羞涩的 生源和资金，以及到科研进程中的每一次无路可走， 山中伸弥教授都以其极强的人格特质坚挺了下来。在 研究初期，山中伸弥失败过很多次，但却没想过停止 研究。“学生和年轻同事一直激励着我，因此我始终 在坚持。”在经费紧张，实验室陷入困窘的时候，他 甚至在媒体上以跑马拉松来求助捐款。直到2003年， 日本科学技术振兴机构为他提供了为期5年总额3亿日 元的研究经费。他的实验室条件才算进入了“小康生 活”。而这里面的每一笔财富都满含着山中伸弥教授 的全部心血。前大阪大学校长岸本忠三当时负责审批 他的项目。岸本忠三说：“我当时知道项目进展不会 顺利，但被他的精神所感动5。” 在实验条件非常有 限，几乎没有任何人力和财力等外界支持的情况下， 他没有停止在抱怨中，而是不断大胆设计，审时度 势，走了一条与全世界科学家们相反的道路。我们可 以认为是他对体育运动尤其是马拉松长跑的爱好培养 了他的不屈性格，也可以认为是日本人骨子里的认真 钻研帮助他达到了目标。总之山中伸弥教授的成功是 典型的小实验室自由探索的成功。他的成功再一次提 示，有相当多的科学突破是不可预测的。而这种踏实 做事、不急功近利的风格，确实值得我们用心学习。 2.2 不断挑战未知，眼光远方能走得远 如今我们回过头来分析山中伸弥发现iPS的过 程，会发现很有趣。他最初在美国读博士后的课题是 研究ApoBEC1基因的降血脂作用，但是却发现过表达 ApoBEC1会使小鼠产生肝癌；为了研究致癌机制（这 得益于导师的开明，允许他偏离实验室方向继续探索 他的兴趣），他找到ApoBEC1的下游蛋白Nat1，试图 证明Nat1是导致ApoBEC1致癌的重要分子；而随后的 实验却又显示Nat1的敲除会导致小鼠在胚胎期死亡， 以及胚胎干细胞在体外无法分化；于是他产生了对胚 胎干细胞的强烈兴趣，并开始研究起胚胎干细胞；在 历经了一次次的磨难后，他终于鉴定出了一系列的在 胚胎干细胞特异表达的基因，其中就包含了可以被 两个胚胎干细胞维持因子Oct3/4和Sox2直接调控的基 因Fbx15。他试图证明Fbx15是维持干细胞形状的必需 基因，于是先后构建了Fbx15敲除的小鼠以及鼠源干 细胞，但无论是小鼠还是细胞均表型正常，说明了 Fbx15虽然在干细胞中高表达，却不是干细胞生存的 必需品。但是他没有就此停步，而是用心分析。终于 发现敲除基因后的小鼠体细胞与干细胞对抗性筛选试 剂G418的敏感性差异巨大。于是他将这个研究“失 败”的基因敲除鼠，作为干细胞阳性筛选体系，最后 建立了很好的筛选诱导干细胞的系统，幸运地筛选出 了iPS。在寻找诱导干细胞特性的转录因子时，他又 能想到将所有的待选因子全部添加再分别反向去除而 筛选的方法，从逆向思维的角度最终达到目的。像山 中伸弥这样，在学生时代只是热衷于体育活动，却对 读书缺乏兴趣的学生，往往不能被我们传统的教育所 认同。但也许正是因为失去了书本里条条框框的限 制，才有了今天思维敏捷活跃的诺贝尔奖获得者。他 这一切的经历都提醒我们，科研的过程中总会遭遇挫 折，只有不拘旧规，在前人的基础上开拓出新道路， 才能有机会取得突破。 2.3 扬长避短，力求人尽其才 中学时的山中伸弥教授热爱柔道，曾经梦想成 为日本奥运会代表选手。后因体格不适合，常年受 伤。为治自己也为治他人，他又选择了成为一名整形 医生。可他终究也不是做外科医生的料，在第一次亲 自进行一项简单的手术时，甚至由于操作过于缓慢而 将患者惊出了一身冷汗。“我不适合这项工作”，当 时他难过地认为。但是他后来发现，在现实中很多患 者是无法治愈的。而在随后与那些得不到有效治疗的 患者接触时，他开始感到，“为了治愈他们，必须做 好基础研究”。于是在1989年，他从医院辞职，进入 大阪大学的研究生院。这位科学的宠儿怀着最初要帮 助更多患者的理想，无畏地踏上了新的征程，至此开 启了他的辉煌的研究生涯。自古成败论英雄。假如他 当初坚持体育事业，或者假如他当初坚持在临床一线 治病救人，他都不能像今天这样：无论个人名誉还是 对人类的贡献都达到了一个难以触及的顶峰。我们可 以认为，只有在科学研究领域，他才能发挥他的坚持 不懈，他的才思敏捷。反观我们，在当前的教育模式 下，学生们被要求千篇一律地面对应试，而自身素 质、自身特长的发挥却受到极大的限制。科学无国 界，山中伸弥教授的成功事例，值得我们对如今的教 育模式好好地反思。 （下转24页） Negative Vol.4 No.5 2013 24 分理解医疗行为的高风险性。媒体对目前医学上尚处 于无奈的情况，也要进行客观、如实、科学的报道， 避免失实报道，更不要人为炒作；对医德高尚的医生 和医疗过程中出现的感人事迹，媒体也要积极宣传， 在为其他医生提供学习榜样的同时，也会逐步消除人 们对医生消极的刻板印象。 【参考文献】 1 林 蜜, 陈晓春. 医患关系失谐及缓解对策研究D. 长 沙:湖南大学硕士学位论文, 2009. 2 Wheeler SC, Petty RE. The effects of stereotype activation on behavior: a review of possible mechanismsJ. Psychol Bull, 2001, 127(6):797-826. 3 Hilton JL, Hippel W. StereotypesJ. Annu Rev Psychol, 1996, 47(1):237-271. 4 Pettigrew TF, Tropp LR. How does intergroup contact reduce prejudice? Meta-analytic tests of three mediatorsJ. Eur J Soc Psychol, 2008, 38(3):933-934. 5 Stewart TL, Latu IM, Kawakami K, et al. Consider the situation: reducing automatic stereotyping through situational attribution trainingJ. J Exp Soc Psychol, 2010, 46(3):221-225. 6 John K, Butler JR, Cantrell RS. Communication factors and trust: an exploratory studyJ. Psychol Rep, 1994, 74(1):33-34. 7 李德玲, 卢景国. 我国医患信任关系研究述评J. 中国医 学伦理学, 2012, 25(1):104-106. 8 邱 访. 影响我院门诊患者满意度的因素分析及解决方 案J. 华西医学, 2009, 24(6):1502-1504. 9 高金庆, 马旭之, 杨 威. 医患矛盾的产生与和谐医患关 系建立的探讨J. 中国卫生事业管理, 2011, 3(3):181-183. 10 李 茜, 杜慧群. 对我国医患关系现状及对策的研究J. 中 国医学伦理学, 2004, 17(2):48-49, 59. （2012-11-13收稿；2012-12-20修回） 综上所述，从山中伸弥教授的成功中我们反思 自己，如今第四军医大学无论是在科研领域还是在教 学领域，都与国外一流科研学府还有一段距离。但是 “Science is surprising. It is difficult to predict what you will find.”只要我们敢于设想，敢于实践，其实一流 的成果离我们并不遥远。 我们学科的研究方向之一就是肿瘤干细胞的调 控机制及其干预策略，与iPS形成过程密切相关。 深入认识肿瘤干细胞与正常干细胞，特别是肿瘤干 细胞的生物学功能，将会从全新角度理解肿瘤疾病 异质性，有可能发现和设计出更多针对该疾病的治 疗方式。 党的“十八大”会议的重要内容之一就 是提高全面科技创新能力，加快发展创新型国家。 作为推动国家科技创新的主要参与者，我们必须有 胆识、有能力，乐于思索和挑战，才能在自己的本 行中经过多年的耕耘，创造一些让后人称道的成 果。 作为培养高级创新型人才的教育工作者，应 在教学实践中更多渗透学术前沿知识和思维方式， 让创新思维的火花不断萌发，使知识的传授过程不 单纯是已知的，而是如何创造未知领域， 这就是 创新的源泉。如果我们的年轻学子们一起聚会聊天 时，谈论的话题是我今天有了何种发现，明天我们 再一起联合，创造出更大的发现时，创新的种子就 播撒了。学校和国家好比抚育创新种子的土壤和阳 光，有充足营养的滋润，创新带来的收获和巨变就 会产生！ 【参考文献】 1 Nobel Media AB. The Nobel Prize in Physiology or Medicine- 2012 Press ReleaseEB/OL. 2012, http:/www.nobelprize.org/ nobel_prizes/medicine/laureates/2012/press.html. 2 Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factorsJ. Cell, 2006, 126(4): 663. 3 Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factorsJ. Cell, 2007, 131(5): 861-872. 4 Okita K, Ichisaka T, Yamanaka S. Generation of germline- competent induced pluripotent stem cellsJ. Nature, 2007, 448(7151): 313-317. 5 Baker M. A conversation with Shinya Yamanaka, Professor at Kyoto University EB/OL. 2007, stemcells/2007/0706/070607/full/stemcells.2007.9.html. （2012-11-07收稿；2012-11-27修回） （上接20页）
