文/蒂 姆

2012年诺贝尔奖揭晓仪式于10月8日起陆续举行，首个奖项、医学奖得主于斯德哥尔摩时间8日11 时30 分（北京时间8日17时30分）诞生。京都大学物质－细胞统合系统据点iPS细胞研究中心长山中伸弥、英国发育生物学家约翰·格登因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献而获奖。大多数重大成果都要等上十几年到几十年（如格登等了50年）才能拿到诺贝尔生理与医学奖，而山中的工作只等了6年，可知其重要意义。

人生万事如塞翁失马

山中最初想成为一名整形外科医生。因为在中学训练柔道时，他有过10次以上脚趾或鼻子等处骨折的经历。为成为一名运动外伤整形领域的专家，从神户大学医学部毕业后，他进入国立大阪医院的整形外科，成为一名研修医生。

山中时常都会回忆自己从神户大学医学院毕业后，做的第一次手术。那是一次良性瘤移除手术，熟练的医生10分钟就可以做完，但山中鼓捣了一个小时，也没有完成。由于山中临床能力笨拙，一些前辈们甚至送他外号——“绊脚石”。

从事医生职业让山中发现，在现实中很多患者是无法治愈的。更痛苦的是，他不擅长手术。“我不适合这项工作”，当时他难过地认为。

在接触得不到有效治疗的患者时，他开始感到，“为了治愈他们，必须做好基础研究”。1989年，他从医院辞职，进入大阪大学的研究生院。毕业后，他又前往美国旧金山的格拉斯顿研究所留学，从事老鼠的胚胎干细胞研究。

但是，1996年回国后他又遭遇了新的困难期。在美国，他可以全身心投入研究，但日本的环境却有差距，这让他感到苦恼。“没有能够讨论问题的对象，没有研究资金，只能跟实验用的老鼠打交道。我已经进入了半抑郁症状态。”他的研究陷入停滞，他甚至失去了干劲。

“不如放弃研究，转回临床，”他曾经这么想。但此时，有两件事救了他的研究事业：1998年，美国研究人员成功制作了人的胚胎干细胞。这是极为鼓舞人心的消息；1999年12月，他通过了奈良先端科学技术大学院大学的副教授招聘。他说：“我的研究生命几乎已经死亡，但上天又给了我一次机会。”在37岁这年，他前往奈良就职。

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。前大阪大学校长岸本忠三当时负责审批他的项目。岸本说：“我当时知道项目进展不会顺利，但被他的精神所感动。”在研究初期，山中确实又失败过很多次，但再也没想过停止研究。“学生和年轻同事一直激励着我，因此我始终在坚持。”3年后，他使用老鼠的皮肤细胞成功制作了人工多功能干细胞（iPS）。

“人生万事如塞翁失马”。山中伸弥说，这句话为他从事研究提供了精神力量。

山中表示：“希望将这一技术发展为真正能为患者所用的技术。这是我研究的原动力。”在新药开发、疑难病症研究和再生医疗等广泛领域，人工多功能干细胞的研究正在推进。

“这样再努力10 到20年，如今难以医治的患者将有治愈的希望，”他说。

终结胚胎干细胞领域的伦理之争

尽管在名义上，日本政府允许使用胚胎干细胞，但实际操作中，人类胚胎干细胞的获取和使用都受到非常严格的限制。为了获准使用胚胎干细胞，研究人员往往要花费一年的时间，来办理各种申请手续。

在日本，不仅科学氛围沉闷，研究人员还受到很多规则的束缚。不过，山中伸弥却意外成为这种科学文化的受益者。山中伸弥回忆道：“做完博士后研究回到日本时，我丧失了全部动力。资金少得可怜，优秀科学家屈指可数，我还得亲自饲养近1000只小鼠。”

汤姆森分离出胚胎干细胞后，很多研究人员试图控制这些细胞，让它们分化为特定细胞类型，以替代病变或受损组织，从而改进现有医疗手段。山中伸弥说：“对于这样的研究，我们实验室根本不具备竞争力，所以我想，反其道而行之或许是条出路——不是让胚胎干细胞变成什么，而是让别的东西变成胚胎干细胞。”1997年，英国科学家伊恩·威尔穆特（Ian Wilmut）成功克隆出多利羊，给了他很大的启发：“我们从中了解到，即使是完全分化的细胞，也能回到类似胚胎干细胞的状态，但我们同时也认为，要实现这个目标，需要漫长的研究过程——可能要花二三十年。”

然而，山中伸弥只花了不到10年时间。为了解决胚胎干细胞研究中的两个关键问题，山中伸弥变得干劲十足。一个是细胞来源问题。他曾参观过一个朋友的生殖学实验室，在显微镜下看到了早期胚胎。脆弱的初生生命打动了他，不过他强调不反对利用胚胎干细胞拯救病人；另一个问题是，胚胎干细胞移植到人体时，免疫排斥可能危害健康，而来自病人自身的iPS细胞分化出的细胞，就不会产生这样的副作用。

山中伸弥开始研究小鼠胚胎细胞如何保持多能性，以便能分化成身体里的任意细胞类型。他猜测，小鼠胚胎可能含有一些特殊蛋白质，这是成熟细胞所没有的。如果将相应基因（尤其是控制其他基因活性的转录因子的基因）插入普通皮肤细胞的染色体中，也许就能使皮肤细胞转化为胚胎干细胞。

经过4年的试验，他发现了24个因子，将它们转入普通小鼠的成纤维细胞，并经过合适的培养步骤后，就可以生成与干细胞相同的多能细胞。山中伸弥检测了每一个因子，发现任何因子都无法单独发挥作用，只有特定的4 种因子的组合才能完成这一任务。2006年，他在《细胞》（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Klf4。

这篇文章震惊了全世界，也促使科学家产生了更为大胆的想法：人类细胞是否也能像小鼠细胞一样重返干细胞状态？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（分别由Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4 编码），成功制造出人类iPS 细胞。尽管汤姆森表示“我们的实验非常简单，很容易重复，”但其他科学家仍然认为，这一重大突破好比点石成金。

持续确保iPS 细胞的安全性

此后，科学家纷纷放弃胚胎干细胞研究，转而进行成熟细胞的诱导工作。目前，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。

不过，两个安全隐患决定了iPS细胞无法在短时间内进入临床应用。c-Myc 除了编码转录因子，还有另外一种身份：癌基因，而山中伸弥制造的iPS细胞也确实容易发生癌变。他解释说：“制造iPS 细胞就像在制造癌症。”其实，制造iPS细胞可以不需要c-Myc：山中伸弥和美国麻省理工学院的鲁道夫·詹尼士（Rudolf Jaenisch）发现，如果优化细胞培养条件，即使不使用c-Myc，也能将小鼠细胞转化为iPS 细胞。为了比较含有和不含c-Myc 的iPS 细胞的安全性，山中伸弥将两类细胞分别移植到100 只小鼠体内。结果发现，100 天后，接受不含c-Myc的iPS细胞的小鼠无一死亡，而另外100只小鼠则有6只死于癌症。

第二个安全隐患来自基因载体——逆转录病毒（retroviruses）。利用这类载体向细胞插入基因，会使生成的干细胞充满病毒。而且，逆转录病毒还可能诱导细胞突变，导致癌症。不过，科学家很快就会解决这个难题。2008年9月，哈佛大学干细胞研究所的一个研究组宣布，他们用腺病毒作为载体，制造出了小鼠iPS 细胞。1 个月后，山中伸弥又用质粒（即环形DNA片段）携带基因，成功制造出iPS细胞。逆转录病毒的其他替代品还有蛋白质和脂质分子。

尽管在利益的驱动下，iPS技术发展非常迅速，各大实验室也在争相完善这门技术，但山中伸弥并不认为iPS细胞现在就可以取代胚胎干细胞。美国马萨诸塞综合医院再生医学中心的康拉德·霍切林格（Konrad Hochedlinger）说：“我们还不知道胚胎干细胞与iPS 细胞是否真的完全相同。目前，iPS细胞只是多能细胞的一种补充来源，要彻底取代胚胎干细胞，它必须经受时间的考验。如果现在就得出结论，显然为时过早。”

在坚持认为iPS 细胞距离实际应用还有相当距离的同时，山中伸弥也高调宣称这类细胞对于治疗糖尿病、脊髓损伤、帕金森病甚至失明具有巨大潜力。日本理化研究所发育生物学实验室主任西川伸一（Shinichi Nishikawa）评价道：“这一激动人心的发现为再生医学和细胞治疗技术都提供了一个清晰的发展框架。”

计划储存iPS 细胞用于医疗

干细胞疗法方面的进展由于面临各种研究挑战、伦理和法律障碍以及民众恐慌而一直缓步不前，干细胞研究的先驱者、日本京都大学教授山中伸弥打算通过建立治疗用干细胞银行来改变这一现状。该银行将保存几十种诱导多能干细胞（iPS 细胞）系，日本也将因此站到努力引介这一开拓性生物医疗技术的最前沿。

iPS 细胞储存计划是山中伸弥长久以来的一个梦想，该计划终于在10月份获得了支持——日本卫生部委员会决定，批准利用来自全国保存的数千份胎儿脐带血样本建立一个细胞系库。哈佛大学医学院干细胞生物学家乔治·戴利称，山中伸弥计划储存iPS 细胞用于医疗是“一个大胆的举动”。但也有一些研究人员质疑iPS细胞是否已做好进入临床的准备。

山中伸弥于2006年率先证实，成年小鼠皮肤细胞可被转化为iPS 细胞。2007年，他用人类细胞重复了这一实验。iPS细胞能够绕开与胚胎干细胞相关的伦理问题，并可为患者量身定制，以防止免疫系统产生排异反应。

日本现有8 个长期项目旨在将iPS 细胞疗法引入临床应用，其中就包括京都大学iPS 细胞研究与应用中心针对帕金森氏症的研究，该项目由山中伸弥主持，离进入临床试验至少还有3年时间。首个利用iPS 细胞修复视网膜病变的人体临床试验预计将于明年在日本理化研究所发育生物学研究中心进行。如果这些或任何其他的iPS 细胞实验获得成功，对iPS 细胞的需求将呈爆发式增长。而为个体患者定制iPS细胞，每种细胞系的制备和测试需要花费6个月时间，耗资数万美元。

山中伸弥的计划是，到2020年建立一个包含75 种iPS 细胞系的标准库，足以匹配日本80%的人口。为此，山中伸弥需要从6.4 万人的样本中筛选出75 位合适的捐赠者，其体内编码人类白细胞抗原（HLAs）的3个关键基因中任意一个基因必须具有两个相同副本。

利用日本八家脐带血银行储存的血液可以简化这一过程，这些银行保存有2.9万个样本，符合要求。山中伸弥正在展开协商，以期获得那些被证实不适用于其他医疗流程的样本的使用权。

目前，山中伸弥已建造了一个细胞处理设备，并向京都大学伦理委员会提出了建立细胞系库的申请。其研究团队希望，到明年3月能够获得首个细胞系，可匹配日本8%的人口。

山中伸弥的项目优势在于，日本人口的遗传多样性相对较低，若在世界其他地方，这种治疗用iPS 细胞银行的规模将更大，成本投入也更高。日本以外的大部分iPS 细胞银行都是将来自患者的细胞用于研究而非治疗，例如，加州再生医学研究所计划保存3000种细胞系供研究人员使用。

加州再生医学研究所总裁艾伦·创森认为，关于iPS细胞的许多研究问题尚未解决，开展治疗试验“尚不成熟”。“我们还没有完全了解这些细胞。”他指出，这些细胞是由分化型细胞培育而成，可能导致突变和其他缺陷。斯坦福大学干细胞生物学家欧文·威丝曼警告说，由血液细胞转化而成的iPS细胞已被证实可以形成肿瘤。

对此，日本研究人员表示，解决的办法是在培育这些细胞系的过程中小心避开会引发肿瘤的白细胞，并强调所有的安全问题都将会得到解决。