不久前，日本京都大学和美国威斯康星大学的科学家分别利用人的皮肤细胞成功诱导生成类似胚胎干细胞性质的全能干细胞，以上研究成果经权威的《科学》和《细胞》杂志刊登后，全球学术界和舆论即为之轰动。一些报道称，这项惊人突破有朝一日在不引起争议的情况下，给胚胎克隆技术带来医学上的突破。胚胎干细胞研究这一当今生命科学最重要的前沿领域由此再次受到关注。为了有助于读者了解这一科学事件的背景及其意义，记者特约请中科院上海细胞所原所长、著名分子生物学和细胞生物学家郭礼和教授作讲解。
记者:有报道称，以此次日美科学家的重要突破为标志，世界正迎来新一轮的干细胞研究热，请您介绍一下这方面的背景及其特点。
郭礼和:干细胞如果粗分的话有两类，一类是胚胎干细胞;另一类叫成体干细胞(也叫组织干细胞)。成体干细胞有组织特异性，例如造血干细胞主要分化为血液细胞，表皮干细胞主要分化为皮肤或粘膜;而胚胎干细胞则耒自于早期胚胎的内细胞团。这两类干细胞的特性不一样，它们主要差别表现在分化能力上，例如属于组织干细胞范筹的造血干细胞，在生理情况下一般分化为血液里的红血球、血小板、白细胞、淋巴细胞等等，具有专能或多能分化能力和组织特异性。胚胎干细胞的分化具有全能性，也就是能分化成机体内所有组织和器官。
成体干细胞在临床上早就有应用实例，用得最多的就是骨髓移植，也就是造血干细胞移植，在临床上应用已经很长时间了。但是，成体干细胞的分化潜能没有胚胎干细胞那么全面，所以，往往人们把研究注意力集中在胚胎干细胞上。因为胚胎干细胞能分化成所有的组织，在临床上应用价值要大得多，对它更加重视也不足为怪了。
胚胎干细胞要研究的问题很多，有基础的，有应用的，但研究这些问题的前提必须先要获得胚胎干细胞。如何获得人的胚胎干细胞?目前有两条研究路线:1，从受精的人的早期胚胎中获得，也就是从人胚囊的内细胞团拿出细胞在体外培养和建系;2，用人的体细胞核移植到去核的卵发育成人的早期胚胎，然后取出内细胞团在体外培养和建系(这种方法也称无性克隆)。但是，上述两种方法都要破坏人的胚胎，这就引起了很大的争议。许多国家认为，人的胚胎有生命，应该具有人权，破坏胚胎就是侵犯人权，反对研究人的胚胎干细胞。尤其是美国政府反对更为激烈，美国国会曾两次通过立法允许人的胚胎干细胞研究，但都被布什总统否决了。
为了打破这种僵局，这就迫使人们要探索新的途径，在不触犯伦理、道德和法律的情况下，拿到类似胚胎的所谓全能性的干细胞，目前有三条研究路线在探索:1，在体外诱导组织干细胞跨胚层分化。也就是接近胚胎干细胞的全能性分化，例如造血干细胞分化为神经细胞;2，寻找具有胚胎干细胞性质的组织干细胞，例如羊膜细胞和羊水细胞，这些细胞具有分化各种组织的潜能;3，对组织细胞(如皮肤细胞)转基因来诱导，使之转化为具有全能性分化的细胞。这次日美科学家在胚胎干细胞上的研究就是走的这条路线。他们的研究成果之所以受到人们如此关注和好评，就是在不破坏胚胎、不产生法律和伦理问题的前提下，将皮肤细胞(不经胚胎)直接变成类似胚胎的干细胞。国外有报道称这是一个里程碑式的事件，我看这个评价并不为过。但是，这项研究工作在临床上应用还有漫长的路要走，还有许多困难要克服。
记者:科学家们具体是怎么来达到这个目标的?
郭礼和:刚才讲到破坏胚胎，会造成伦理、道德、法律问题。所以这种操作在很多国家受到限制。现在得到全世界大多数国家认同的规范是，这种破坏胚胎而获得的干细胞用于临床治疗性研究是被允许的，但反对用作生殖和繁衍后代，对此已有50多个国家立了法，对体外胚胎操作进行了规范。
由于胚胎干细胞具有免疫原性，不配型移植到人体会被排斥。如果像骨髓移植需要配型那样建立骨髓库，那么需要多少不同类型的胚胎来建立干细胞库，这在临床上很难办到。为了克服这一难题而继续研究，就要想办法另辟蹊径。人们想到的第一条路线就是体细胞克隆(也称为无性繁殖)，用患者自身的体细胞核移植到去核的卵，发育成胚胎，然后从囊胚內细胞团制备胚胎干细胞，再移植到患者体内医治疾病。由于胚胎干细胞的全部基因来自于患者，故而患者不会排斥它们。
1996年“多莉羊”的诞生就是这一技术的一个成功案例，后来又陆续克隆成功猫、小鼠、老鼠、狗、狼等等。虽然有许多体细胞克隆成功例子，但是从中要获得胚胎干细胞的效率很低，尤其是灵长类很难成功。去年11月14日，美国俄勒冈州健康和科学大学国家灵长类研究中心的一个研究小组从一只9岁公猕猴身上提取皮肤细胞，再从一些母猕猴体内提取卵子，然后把公猴皮肤细胞的细胞核转移到处理过的(去核)卵子中，最终成功培育出猕猴胚胎(从20个胚胎中获得2株胚胎干细胞系)。尽管成功了。但是困难很大，成功率也很低。这也正是克隆多莉羊的培育者———维尔穆特前不久宣布放弃这一研究路线的原因，当年克隆多莉羊也是从227个胚胎才克隆成功一个。
这次日美科学家工作的技术路线给人们带来新的希望。日本京都大学山中伸弥教授研究组的路线，是2006年6月发表的，就是把4个基因转到老鼠皮肤细胞里，使皮肤细胞反分化，返回到胚胎时期，变成一种类似胚胎的干细胞。这一技术是世界上首次报道，解决了方法学问题。去年美国威斯康星大学汤姆逊实验室和日本京都大学山中伸弥教授研究组差不多同时在《科学》和《细胞》杂志上分别发表文章，都是进一步利用人体的成体细胞(皮肤细胞)诱导成干细胞，所不同的是日本人用的人体皮肤细胞分别取自一个36岁的女性和一个69岁的男性，用他们的皮肤细胞转化成类似胚胎的干细胞。而美国威斯康星大学的实验材料则取自一名胎儿的皮肤和一个新生儿的包皮。这些研究成果从科学意义上来看，证明了2006年6月在老鼠上建立的方法在人体上也是可行的。
记者:您刚才讲到两点需要进一步求证:一是现在干细胞研究正使得已分化的细胞(体细胞)和胚胎干细胞在功能上的差距在缩小;二是即使不断传来进步的捷报，但是目前这种研究实验的成功率还非常低，请您再作解释。
郭礼和:胚胎早期从受精卵发育到囊胚，然后由囊胚内细胞团分化成外、内、中三个胚层，我们的皮肤、神经系统这些组织器官都是由外胚层分化来的;我们的骨头、肌肉是由中胚层分化来的;我们的内脏和血液是由内胚层分化来的。所以胚胎干细胞必须对三个胚层的组织都能分化。而成体干细胞，过去认为是不能跨胚层的，就是说一个已经分化成神经干细胞的成体干细胞不大可能分化成肌肉或内脏。但是实际上现在研究下来，成体干细胞在某些外界因素诱导下也可以跨胚层分化，但这种分化能力比胚胎干细胞低得多，因为一个本身就是干这个事的，另一个则是人为的。
现在的研究认为，体细胞保留个体发育全套遗传信息和指令，特定的体细胞只是这些信息表达处于某一特化阶段。如果将这一特化阶段程序倒回去重新编程序(又称再编程)，那么体细胞就又回倒胚胎干细胞阶段。
这次日美科学家的实验工作就是用典型的成体细胞———皮肤细胞，移植4个基因使其重编程，回到胚胎干细胞阶段。也就是说不管是成体还是胚胎细胞，它们的遗传信息都是相同的，只是表达程序位于不同阶段，造成了不同的组织细胞各式各样的变化。所以，新的研究重点就是关注细胞体系的再编程。正常情况下，这个体系从一个胚胎细胞变成一个皮肤细胞时，细胞很多基因表达被关闭了，同时又有许多基因表达被开启。无论将皮肤细胞移到去核的卵里或用4个基因来诱导，目的都是要它恢复胚胎细胞的功能。也就是重新编程，将程序恢复到原始阶段，使发育从头开始做起。要真正理解这种程序的机制才能编好程序，但是现在人们离这一目标还相距甚远，这可能就是目前人工制备胚胎干细胞或克隆动物成功率很低的原因。而且，不仅是成功率低，并且还伴有很大的安全或致残的风险。
22007年11月23日出版的《科学》杂志发表了美国威斯康星大学麦迪逊分校的科学家利用人体皮肤细胞成功培育干细胞的论文,该论文的第一作者和共同通讯作者是中国浙江籍科学家俞君英。图为俞君英于2007年11月19日在学校实验室中
记者:怎么理解您讲的风险?
郭礼和:日本人让老鼠的皮肤变成胚胎干细胞所做的动物实验表明，这种诱导出的干细胞有20%是致瘤的，所以就有很大的安全风险，如果移到到人身上，就有致肿瘤的危险。
现在干细胞在临床治疗上有两个问题要解决，第一个就是安全问题，它的核心就是引发肿瘤的问题。无论是日本人还是美国人转4个基因诱导皮肤细胞转变为胚胎干细胞的方法，移植给人体的风险都要比天然的胚胎干细胞风险大得多。就是外源的4个基因进入细胞以后，它们会随机整合到皮肤细胞基因组内，有可能打乱原有的遗传程序，使转化的细胞向肿瘤方向发展，导致肿瘤发生。
肿瘤细胞和干细胞在生长性上有相似之处，都具有增殖旺盛的能力，但增殖失控就变成肿瘤了。天然的干细胞移植也存在这个问题，包括骨髓移植大概有2%机遇会产生肿瘤。如果把外面的基因随机导进细胞，风险就会更大。因为破坏了细胞原有的程序系统，使原有的发育程序乱了套，不是发育终止就是致残或者变成了肿瘤。这是体细胞克隆或干细胞移植最值得担心的问题。
第二个问题是免疫问题，因为人与人之间的器官移植都要配型，讲到底就是个体化治疗，必须要配型配得上才能使用，这个问题也是干细胞用到临床上的一个拦路虎。因为研究工作还没有走到这一步，所以大家不重视，但真到临床时就必须考虑这个问题了。
记者:看来科学技术每前进一步都会碰到新的问题。针对您讲的风险，现在有什么应对之策吗?
郭礼和:这至少提醒我们，在胚胎干细胞研究中，不是一种技术成功了就要把其他的路线废掉，现在看来还不能废。在胚胎干细胞培养方面现在有几条路线，包括黄禹锡的技术路线，他的思路就是拿患者的体细胞来进行无性繁殖，将患者的细胞核放到去核的卵子里发育成胚胎;从胚胎里的内细胞团培养成患者的胚胎干细胞，再用这些干细胞治疗患者自己的疾病。如果这个方法能够成功的话，上面讲的致瘤和免疫排斥两个问题都可以解决。但因为技术难度太大，压力又大，所以他造假了，这是另外一个问题，但他的研究路线还是对的。
刚才讲到的美国人用猴子为研究材料，目的也是为了将来用到人体身上。因为猴子和人最接近了，这样可以避开伦理和法律问题。猴子能做成功，用在人身上成功的可能性就大了。所以，美国俄勒冈州健康和科学大学国家灵长类研究中心所做的工作，以我们搞科学的人来看，其实用性就更大。
除了上面讲的几种技术路线外，还有一种是从羊水和羊膜中也可以拿到类似胚胎的干细胞，这个方法也不用破坏胚胎，它们能分化成三个胚层不同的组织。所以，这也是一条路线，现在国内外都有人在做这方面的研究工作。
未来的发展我比较看好羊水和羊膜细胞。为什么看好它，首先它没有致瘤的问题;其次羊膜细胞有免疫豁免的功能，可以防止母体的免疫系统对胎儿排斥;第三它没有伦理的问题，作为一种胚外组织，最终是被废弃的。另一个优点是它能跨越三个胚层分化，也就是相当于胚胎干细胞的功能。如此来源多、没有伦理问题，又安全、不排斥，各种组织都能分化的材料实在是很难得到的，应有广泛的临床应用前景。