2月15日《Genes & Development》杂志发表了一项重要研究,由K. John McLaughlin博士领导的研究小组成功利用单亲胚胎干细胞取代了小鼠的造血干细胞。单亲胚胎干细胞是一种极具潜力的患者特异性胚胎干细胞来源,相较于通过体细胞核移植获得的胚胎干细胞,具有更多优势。
正常的哺乳动物胚胎细胞从父、母各获得一套染色体,而单亲胚胎则是指两套染色体均来源于同一亲代。拥有两套母体染色体的单亲胚胎干细胞称为孤雌生殖干细胞,这类细胞被认为是潜在的胚胎干细胞来源,其分化形成的组织可移植到提供卵细胞的母体。McLaughlin博士的研究首次证明,单亲来源的血细胞可以成功移植到免疫缺陷的成年小鼠体内。此外,两套染色体均来源于精子的孤雄生殖干细胞,有望使有生育能力的男性成为该技术的受益者。
由于伦理和道德问题,研究人员无法从现成的胚胎中获取单亲胚胎干细胞,这阻碍了相关研究。此外,单亲胚胎干细胞还面临基因组印记的障碍——基因组印记中特定基因的表达模式取决于亲本来源。如果将单亲胚胎干细胞移植到成体,这些细胞仅携带单一亲本类型的印记标记,其后果尚不明确。
早期研究表明,单亲胚胎干细胞对嵌合体动物的胚胎及出生后发育作用有限,孤雄生殖来源的嵌合体表型异常且致死率升高。在最新研究中,McLaughlin及其同事检测了单亲胚胎干细胞在成体组织中的功能。McLaughlin指出:“十几年来,人们一直认为单亲细胞能在体内外形成组织,但怀疑它们能否产生可增殖并替代成体组织的移植材料。”
研究过程分为两步:首先,将单亲胚胎干细胞注射到野生型囊胚中,产生嵌合体动物;然后,将这些嵌合体胚胎的肝脏移植到经致死剂量照射的受体小鼠体内。McLaughlin等人发现,无论亲本来源如何,单亲胚胎干细胞都能重建成熟小鼠的整个造血系统。此外,他们还能在培养基中将单亲胚胎干细胞分化为造血祖细胞,移植到经放射照射的成年小鼠后,这些细胞能长期维持造血功能。
利用单亲胚胎干细胞进行组织移植的一个关键问题是其持久性和安全性。McLaughlin研究小组证实,造血系统完全来源于单亲胚胎干细胞的小鼠至少可以存活12个月。从这些小鼠中取出骨髓,在受体小鼠接受放射照射后,先前取出的骨髓能够挽救其生命。这证明单亲胚胎干细胞能够产生功能性造血干细胞。
McLaughlin博士认为,孤雄生殖来源的单亲胚胎干细胞应与孤雌生殖细胞同样有效。这项研究不仅证明了单亲胚胎干细胞能在培养基中形成可用于移植的祖细胞,还揭示了孤雄生殖细胞和单亲胚胎干细胞的潜在价值,为再生医学带来了新的希望。