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山中伸弥(Shinya Yamanaka)博士9月11日学术报告总结

日期: 2008-09-15

2008911,日本著名科学家、日本京都大学教授兼美国加州大学旧金山分校教授山中伸弥(Shinya Yamanaka)博士应英国威廉希尔公司生命科学院邓宏魁教授邀请,在william hill中文网一楼邓佑才报告厅为北大学子讲生命科学研究领域里程碑式的重要成果——将分化的细胞转化成干细胞(简称iPS细胞)。虽然因为残奥会在北大有赛场而有保安限制,北大校方积极采取措施,使学术报告如期进行,并尽量方便校外听众进入北大。因为山中伸弥的著名研究工作,吸引了很多听众,报告厅爆满,走道、地上坐满了听众。

报告前,北大威廉希尔饶毅院长在介绍中指出:山中伸弥的研究,说明日本科学家在本土可以做出杰出的有创造性的科学工作;同时说明,生命科学不是简单的发表论文,而是不断有重要的发现,既有科学意义,也有相当大的应用潜力。

山中伸弥教授在他的学术报告中,详细介绍了iPS细胞在未来生命科学上的重大理论意义和实用价值,并将成为今后获得患者自身遗传背景的胚胎干细胞的重要途径之一。它将为干细胞和再生医学的应用提供治疗用的种子细胞;同时,也是研究发育生物学、疾病发生发展机制、基因与蛋白质功能分析等的十分重要的实用模型,这在眼前就实用价值。

山中伸弥向在座师生介绍iPS细胞的转化原理,他首先提出胚胎干细胞(ES)应用的局限性,主要为建系的困难和移植的免疫排斥问题。由此,诱导和胚胎干细胞类似的多潜能细胞就成为一个非常有意义的问题。而这个问题的核心内容就是寻找多潜能性的诱导因子(Pluripotency inducing factor, PIF)。早在20世纪中期,Gurdon就发现了爪蟾卵中可能存在PIF1997年克隆羊的诞生揭示了哺乳动物卵中也存在PIF。之后,细胞融合等实验暗示ES中就含有PIF

山中伸弥实验室依据自己实验室和其他实验室的一些结果,确定从ES中挑选了24个侯选基因,同时建立了基于Fbs15Oct4/Sox2的下游)启动子的筛选体系进行研究,24个基因同时转染细胞可以得到类似ES的细胞集落。随后,他们将24个基因逐渐缩减到4个基因(Oct3/4Sox2c-MycKlf4)仍然有效。其中3个(Oct3/4Sox2Klf4)为必需,第4个(c-Myc)可以提高效率。用这4个基因转化得到的ES-like的细胞拥有和胚胎干细胞一样的特性和分化潜能,这样的细胞被称为iPS。这些突破首先由山中伸弥实验室用小鼠细胞做出。他们在小鼠体内和体外证明确实获得了全能干细胞。

其后山中伸弥实验室以相同的方法用于人类细胞。在体外证明,可以用4个基因,讲人的多种细胞转化为多能干细胞。他们用过不同年龄的人身上取来的细胞,从儿童到年过80的老人。另外有5个实验室在20072008用类似他们的方法证明可以诱导人类多能干细胞。

山中伸弥指出,虽然iPS有很好的前景,目前,用于体内还有很多问题待解决,安全性不如ES细胞。这既包括致癌,也包括与致癌无关的致死。也许因为成年细胞不如胚胎细胞。

如果用原来发现的4个基因诱导的多能干细胞,引入小鼠体内有非常高的致癌率,高达50%以上。他们发现尽管外源导入的基因在iPS细胞中都被沉默了,但在这些肿瘤组织中均有c-Myc基因的重新激活。此后,他们采用了两种策略来减低类似的情况。一方面,采用肝和胃上皮细胞来诱导iPS,这群细胞对c-Myc基因的需求非常低,得到的iPS也有了明显更低的致癌率。他们也尝试用3个因子(不用c-Myc)来进行iPS的诱导,并且也获得了成功,这种iPS也几乎没有发现致癌。

他们发现iPS形成的嵌合鼠的死亡率非常高。尽管通过除去c-MYC基因可以减少死亡,但由肝和胃上皮以及成鼠尾尖细胞诱导的iPS,即使不转入c-MYC形成嵌合鼠后死亡率仍然非常高。而胚胎期的细胞诱导的iPS死亡率极低。通过DNA甲基化实验分析可以发现,高死亡率可能是源自成体的细胞更难以得到彻底的重编程。

山中伸弥认为,除了致瘤性和高死亡率以外,iPS的应用可能还会面临更多的安全性问题,有待于进一步研究并解决。

尽管如此,iPS的应用前景仍然十分广阔,包括疾病机理研究,药物筛选和毒理实验等。他们还举例说明了iPS的一个很有前景的应用,即建立LQTS病人的iPS,并将其分化到心脏,在体外就模拟了和病人心脏类似的症状,便于在此基础上展大量的研究工作。

最后山中伸弥教授认真地回答了师生踊跃提出的问题。

当天除了学术报告,山中伸弥教授上午与饶毅院长交谈,双方表示热心加强中日生命科学研究的合作。山中伸弥还与邓宏魁实验室的学生交流。晚餐由北大常务副校长林建华宴请山中伸弥教授。