治疗性克隆面临的机遇与挑战

【关键词】  性克隆

    【关键词】 治疗性克隆；细胞核;移植；胚胎干细胞

　　1治疗性克隆概述

　　治疗性克隆（therapeutic cloning）是体细胞核移植技术和最新的人胚胎干细胞技术结合的产物，将成为人类医疗上革命性的技术. 该技术首先应用患者体细胞，如皮肤细胞、骨髓间充质干细胞，作为核供体，移植入去核的人卵母细胞，获得克隆胚胎；然后从克隆胚胎分离建立胚胎干细胞系；并将这些胚胎干细胞在一定条件下，诱导分化成所需要的各种类型的细胞用于治疗目的［1,2］. 目前已报道，将产生多巴胺的神经元细胞用于治疗帕金森症［3］，将产生胰岛素的胰岛细胞治疗糖尿病患者［4］. 从理论上来说由于使用的是患者自身的细胞生产出来的治疗用细胞，移植这些细胞到患者体内将不会产生免疫排斥反应. 另一方面，每年都有数以百万计的患者需要细胞、组织的修复或者器官移植，由于胚胎干细胞可以无限传代，在数量上可以保证治疗的需要，从而解决可供移植的细胞、组织和器官来源严重不足的瓶颈问题［5］，为人类健康和长寿提供了新的希望.

　　近年来，利用核移植技术和胚胎干细胞技术相继建立了人核移植胚胎干（nuclear transfer embryonic stem cell，ntES）细胞系和人兔异种间ntES细胞. 这2项阶段性研究成果的取得，标志着治疗性克隆研究的巨大进步. 韩国家Hwang等［6］通过核移植技术获得了人人ntES细胞. 他们以健康女性志愿者的体细胞为核供体，以其自身卵母细胞为受体. 在30枚核移植囊胚中，得到20个内细胞团（ICMs），建成1株人 ntES细胞系，可传代培养70 代以上. 上海第二医科大学盛惠珍研究小组［7］在国际上首次构建了人兔核移植重构胚. 分别将5，42，52和60岁4个年龄组的人皮肤成纤维细胞核移入去核兔卵母细胞内，获得ntES细胞，通过原位杂交、免疫组化、核型和同源基因分析等证实 ntES细胞具有人源性，并且保持干细胞的未分化特性，能形成类胚体，在一定诱导条件下可以分化为神经、肌肉等3个胚层的细胞群. 200506，汉城国立大学的研究者［8］以患者的皮肤细胞为供体，以志愿者捐赠的卵母细胞为受体，利用体细胞核移植技术成功建立11株人核移植胚胎干细胞，这些细胞具有多能性，染色体正常，与供核患者的DNA一致、组织相容性抗原一致.

　　2治疗性克隆的应用前景

　　ES细胞在生物医学的各个领域均有广阔的应用前景，ntES细胞也有着同样广阔的前景，为临床治疗学、细胞生物学、生物发育学、比较动物学等研究提供研究材料和方法.

　　2.1临床疾病的治疗ntES细胞与普通的细胞移植治疗相比，具有革命性的进步. 它以患者的体细胞为核供体，通过核移植技术获得的ntES细胞，与患者的遗传物质相同，可以消除受体对供体的免疫排斥反应，为目前多种退形性疾病，如心脏病、脊髓损伤、帕金森病、1型糖尿病等的治疗带来了新的希望. 特别是一些目前还没有找出致病基因的遗传病，如脊髓侧索硬化症，ntES细胞移植是最有希望的治疗方法. 目前已经应用ntES细胞在体内外分化成多种细胞，包括神经细胞和生殖细胞［9,10］. 尤其Barberi等［9］建立了一套方法，能使 ntES细胞向中枢神经系统细胞特定分化，能产生高效率的神经胶质细胞、寡突细胞、神经元细胞，包括多巴胺能神经元、γ氨基丁酸能神经元等，将分化的多巴胺能神经元移植到 Parkinson病模型后，能改善其症状. 细胞治疗的途径有两种：其一，ntES细胞定向分化后移植. 细胞扩增后，体外定向分化，对分化细胞进行纯化，将获得的目的细胞移植到病变部位，替代丧失功能的部分细胞；其二，ntES细胞原位移植. 与定向分化后相比，ntES细胞原位移植有以下缺点：①没有经过纯化，可能将污染的异源饲养层细胞带进移植部位；②ntES细胞没有转入经选择基因，无法控制植入细胞的命运，可能发生癌变；③ntES细胞分化成分复杂，目的细胞分化成分少，可能出现大量非必须细胞的分化.

　　2.2细胞生物学通过研究ntES细胞的体外分化特性，可以识别某些靶基因，对人类新基因的发现，功能基因的研究，以及基因治疗的研究均有重要意义. 通过探讨ntES细胞体外增殖和分化的机制，了解各种生长和分化因子的作用，为组织再生和修复的研究提供了新的工具；通过诱导ntES细胞癌变，可分析肿瘤细胞发生的分子机制. ntES细胞作为一种得天独厚的研究材料，对于阐明细胞增殖、分化、凋亡、迁徙、恶变等机制有着重要意义. 自发现ES细胞以来，人们已经利用ES细胞建立了多种细胞类型的体外分化系统，体外分化的多种细胞类型都曾被成功的植入胎鼠或成体鼠，在受体鼠体内形成有功能的细胞群.

　　2.3发育生物学由于哺乳动物在母体内受胚胎发育的个体大小和内环境条件的限制，很难系统地研究其早期的发育进展、细胞分化及调控机制等. 比较动物卵母细胞质对同种或异种细胞核发育的影响，在细胞和分子水平上为研究哺乳动物胚胎早期发育的调控机制提供了良好的材料和方法，也为研究胚胎发育的影响因素提供了便利条件. 建立在ES细胞和基因打靶技术基础上的复杂的转基因系，使人们可以建立有效的分析系统，从而在分子水平上研究不同的生物学问题. 它不仅可以将一些在发育过程中对动物体非必需或可被替代的特定基因进行敲除(gene knockout)，在体内进行功能缺失研究，而且还可以研究基因在不同发育时期中的作用. ntES细胞作为一种体外细胞系，提供了一个研究处理整体细胞群的实验体系. 因此，就有可能人为地产生一些基因突变，如对胚胎致死性基因的研究等，也可利用这些突变的基因来克隆产生转基因小鼠，从而建立基因突变的模型.

　　3治疗性克隆面临的问题

　　3.1亟待解决的问题①体细胞克隆效率与ntES细胞建系效率普遍较低：核移植胚发育至囊胚的几率为19%～25％，与牛、猪的核移植囊胚发育率相当分别约为25％和26％；从克隆囊胚获得ntES细胞的效率仅有4%~16％，平均8.2%［11］. ②卵母细胞来源问题：ntES细胞用于人治疗性克隆，卵母细胞的需求量是非常大的，目前尽管已有许多措施来改进核移植技术，但仍没有明显提高. 要得到一个ntES细胞系平均需要12 个囊胚，而所需要的卵母细胞数就更多了，一个ntES细胞系平均需要666个. 如果ntES细胞系用于人类疾病的治疗，这样的代价是非常大的，即使目前报道的最高效率的建系，也是30个卵母细胞，才能得到一个ntES细胞系. 另外一种替代策略就是利用非灵长类异种哺乳动物的卵母细胞，例如兔、山羊等. ③伦理问题：胚胎生物技术涉及使用早期未着床的胚胎，特别是治疗性克隆技术还将无法避免的使用通过体细胞克隆获得的人的早期克隆胚胎. 世界各国尤其是西方国家对此争论很大［12,13］. 迫于社会公众与宗教的压力，大多数西方国家对治疗性克隆技术应用于人类，持反对态度，不允许国家科研经费支持治疗性克隆的研究. ④临床应用问题：如ES细胞系可能在培养过程中出现染色体非整倍性问题，ES细胞定向分化能力及分化细胞的稳定性问题；其次，异种核移植产生的人动物重构胚还存在安全性问题：异种重构胚在发育早期含有2种线粒体，以后供核体的线粒体取代了受体的线粒体，但受体卵浆中所带的异种蛋白，包括细胞器及mRNA，它们的命运如何，是否也像线粒体一样完全被供核体所取代，还有待进一步证明. 再次，在核移植的过程中，可能存在跨种间病毒传染，例如，人兔核移植胚胎干细胞，有可能将某些目前未知的兔疾病传染给人类，就像艾滋病病毒可能是从非洲猩猩而来那样.

　　3.2建立我国知识产权的性克隆技术随着干细胞技术和体细胞核移植技术的研究进展，我国学者在治疗性克隆的技术方面也处于世界前列. 当前，在我国研究和治疗性克隆技术，建立我国知识产权的治疗性克隆的细胞产品，创建细胞治疗产业，是一个很好的机遇. 我国在治疗性克隆研究领域的优势：①目前，我国在哺乳动物克隆技术的研究方面处于国际先进水平，相继成功克隆出了牛、羊等动物. 1991年，西北农林科技大学生物工程研究所在世界上首次获得山羊胚胎细胞核移植成功，共得到5只羔羊. 1998年，该研究小组用来自成年雌性山羊的皮肤成纤维细胞作供体，采用细胞质内直接注射的方法将供体细胞核直接注入去核卵母细胞内，胚胎激活后移植到受体母羊子宫角，获得了2只体细胞核移植后代，这是世界上首批成年体细胞克隆山羊，并获得了克隆山羊的第4代后裔，目前仍生长健康. ②宽松的人文环境. 公众有着不同于西方的伦理观念，对于动物权利和早期胚胎的担心没有西方国家严重，也基本没有因为宗教信仰而反对胚胎生物技术的问题. ③和法规的基本保证. 为保证和促进人胚胎干细胞研究的健康发展，国家科技部和卫生部联合下发了《人胚胎干细胞研究的伦理指导原则》，使治疗性克隆的研究合法化. 但我国明令禁止克隆人和买卖人类胚胎.

　　然而，中国的优势不能在治疗性克隆的研究领域走在国际前列，主要原因是经费不足和相关学者缺乏协同研究. 应用克隆技术结合胚胎干细胞体外诱导分化和细胞治疗方法的关键是技术问题. 我们希望临床学者与基础细胞生物学家联手合作，借鉴国外的思路，应用自愿者的卵母细胞，建立中国人的ntES培养技术，为治疗性克隆的临床应用奠定基础. 我们坚信，中国有可能在这个领域走在世界前沿.

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