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治疗性克隆、人类胚胎干细胞及相关胚胎生物技术的研究与开发

2004-02-10 00:00 杨向中 Nature 阅读 0
核心摘要: 本文由杨向中撰写,系统阐述了治疗性克隆、人类胚胎干细胞及相关胚胎生物技术的研究现状、应用前景及面临的伦理挑战。文章指出,中国在胚胎生物技术领域具有宽松的社会环境和政府支持等优势,有望成为世界领先国家。同时,文章分析了中国在经费、人才、体制等方面存在的问题,并提出了建立研究中心、加强国际合作、严格管理等建议,强调把握机遇、推动该领域发展对中国科技和人类医学的重大意义。

胚胎生物技术正迅速发展,其中转基因动物,尤其是转基因小鼠,已成为基础生物学和医学研究不可或缺的模型。利用转基因大动物(如牛、羊、猪)作为生物反应器,在乳腺或其他外分泌器官中表达药用蛋白(如人凝血因子VIII),为人类治疗提供了更高效的新型药物生产方式。据估计,全球每年对转基因药物蛋白的需求超过250亿美元1,这些蛋白传统方法难以生产或成本过高。体细胞克隆2的成功推翻了细胞分化不可逆转的传统理论,为基础研究、人类健康和长寿提供了新思路。克隆技术还可用于复制优秀或具有特殊意义的动物个体(如顶级种公牛、宠物),以及拯救濒危物种(如正在进行的克隆大熊猫计划)。克隆技术与转基因及基因靶向技术结合,利用转基因或靶基因修饰的细胞系生产转基因克隆动物群,解决了显微注射法不可预测、成功率低的问题,将转基因效率提高数十倍,并使除小鼠外的其他动物基因靶向操作成为可能。克隆技术与人类胚胎干细胞技术结合产生的治疗性克隆,更是医学史上的革命性技术。该技术首先通过克隆制造胚胎(如使用患者皮肤细胞进行核移植获得克隆胚胎),然后利用胚胎干细胞技术从克隆胚胎中提取并建立胚胎干细胞系;这些干细胞可在诱导条件下分化为所需细胞类型(如产生多巴胺的神经元或产生胰岛素的胰岛细胞),用于治疗帕金森病或糖尿病等疾病。理论上,由于使用患者自身细胞生产治疗用细胞,移植后不会产生免疫排斥反应。此外,胚胎干细胞可无限传代,数量上满足治疗需求,为解决移植细胞、组织和器官严重短缺提供了方案。每年数百万患者需要细胞、组织修复或器官移植,治疗性克隆有望解决这些问题,为人类健康和长寿带来新希望,市场前景广阔。

胚胎生物技术涉及早期未着床胚胎,尤其是治疗性克隆不可避免地使用通过体细胞克隆获得的人类早期克隆胚胎。世界各国,尤其是西方国家,对此争议很大,难以获得政府支持,阻力主要来自宗教、动物保护组织和反堕胎组织。对胚胎的人工操作(如基因注射、核移植)被视为“非自然”、“违反上帝意志”;治疗性克隆更被一些团体认为是“谋杀”。以治疗性克隆为例,该技术并不旨在生产克隆人,使用的克隆胚胎在体外发育至约100个细胞的囊胚期即终止,此时胚胎尚未着床,也无神经系统发育,即无“知觉”,科学界普遍认为其尚未成为“人”的个体,因此不违反国际通用的14天规则。尽管如此,各国对“人”的定义和“胚胎权利”的认识分歧导致许多国家对此技术持保守态度。德国禁止治疗性克隆研究;美国治疗性克隆无法获得联邦政府资助,且政府曾考虑全面禁止此类研究。即使是人类胚胎干细胞(使用废弃试管胚胎获得)的研究也受到严格控制,仅2001年8月前建立并注册的细胞系可获得美国政府资助。西方国家对动物转基因和克隆技术的态度看似稍好,实则不然:转基因药物蛋白的冗长审批程序(15-20年)使相关公司不堪重负。例如,荷兰GenPharm公司已倒闭,创造多莉羊的PPL公司被挂牌出售,美国GTC公司被迫放弃已完成III期临床的抗凝血因子III的研发。这些现象表明胚胎生物技术在西方举步维艰,科学家和科技公司不得不忍痛放弃热爱的研究和即将成功的产品。然而,这为中国提供了前所未有的机遇:若中国政府提供政策与经费支持,创造良好科研氛围,中国有望成为世界胚胎生物技术的领先国家。中国公众的伦理观念与西方不同,对动物权利和早期胚胎的担忧较轻,基本无宗教反对胚胎生物技术的问题。中国人口众多,公众愿意参与科学研究,加之计划生育政策,使人类胚胎等研究材料相对丰富。总体而言,中国舆论和公众对转基因动物、克隆、治疗性克隆研究持支持态度。中国拥有可能是全世界最宽松且资源最丰富的研究环境。我们高兴地看到,中国政府明确表示“四不”政策(不赞成、不允许、不支持、不接受生殖性克隆人)的同时,宣布允许治疗性克隆研究,并将在政策和经费上给予支持,同时制定相关管理法规3,4。宽松的社会环境和政府支持是中国在胚胎生物技术领域竞争的两大优势。

中国在胚胎生物技术研究方面已有良好开端。20世纪80年代,中国已生产出转基因山羊、转基因牛等。21世纪初,中国科学家成功克隆出山羊、牛和大鼠。尤其值得庆贺的是,2003年9月,中国科学院研究员周琪博士与法国科学家合作成功克隆大鼠5。上海的盛慧珍6和长沙的卢光琇7实验室在人类治疗性克隆研究方面处于全球领先地位(尽管其论文因种种原因未能发表在国际一流期刊上,未获国际同行广泛认可)。盛慧珍6报道了使用兔卵作为受体卵进行人体细胞核移植,并成功建立人类胚胎干细胞系。卢光琇7实验室则使用人卵作为受体进行体细胞克隆,获得了发育至囊胚阶段的克隆胚胎,为建立具有治疗价值的人类克隆胚胎干细胞系奠定了基础。客观而言,中国胚胎生物技术研究在特定领域与世界先进水平差距不大,某些方向已处于领跑地位。若中国希望近期在某些科研领域取得并保持世界领先地位,动物和人类胚胎生物技术显然是首选之一。考虑到发达国家因多种原因不得不放缓研究速度,中国更应把握这一千载难逢的机遇,创造环境、发挥优势,在竞争中脱颖而出,建立胚胎生物技术研发的世界领先地位。胚胎生物技术在农业和医学领域具有广阔应用前景和巨大商业价值,相关研究不仅将推动中国科研进步,还将产生大量专利、知识产权、学术论文、技术和产品,在治病救人的同时为中国带来可观商业回报,使中国成为该技术及其成果的创造国和输出国(而非被动引进和模仿),促进经济发展,形成科研与经济相互促进的良性循环。

然而,竞争刚刚开始,中国要领先世界仍任重道远。以转基因动物技术为例,20世纪80年代中国与西方国家起步时间相近,技术上中国也具备生产转基因动物和克隆动物的能力,但时至今日,当欧美一些国家已开始转基因药物蛋白的III期临床试验时,中国的转基因产业仍处于雏形,尚未突破蛋白表达阶段。造成这种情况的原因很多,如经费不足、缺乏长期稳定的多学科研发团队、技术转让和商业化体制不完善、人才流失、国内国际科研合作不够深入等。

中国对科研经费,尤其是生命科学的投入仍远远不足。2001年,中国科研经费首次突破千亿元,达1043亿元人民币,占当年GDP的1.1%8。日本该比例为3.0%9,美国为2.8%9,韩国为2.7%9。2003年,美国研发经费总额超过2800亿美元10,其中政府投入1110亿美元10,仅美国国立卫生研究院(NIH)2003年科研经费就达270亿美元10,相当于中国全部科研经费的两倍。充足的经费支持是美国长期保持科技全球领先的根本原因之一。工业界投入也很大,如微软公司年科研经费达50亿美元,接近中国全国研发经费总额的一半。中国政府对科研的经费支持力度与其排名世界第六的经济实力不相称,与世界其他国家相比也有较大差距,仍属“科技发展中国家”。随着经济发展,我们希望国家进一步加强对科研的重视,增加投入比例。鉴于经费有限,使用应高度选择。我们建议国家重点支持中国已较强且可能领先世界的领域,如动物和人类胚胎生物技术。这并非忽视相对落后领域,而是希望通过领先领域的发展,以点带面推动中国科学全面进步。

改革开放以来,大量本土优秀科研人才流失到西方发达国家,原因不外乎国外科研领先、待遇高、研究环境好。对症下药,中国要留住和吸引人才,需改进这些方面。随着中国经济起飞和持续发展,中国现在已有能力和资源吸引人才,扭转优秀科研人才流失的局面。在科研经费相对有限的情况下,中国可采用“中心制”,在国内选取几个基础较好的地方兴建转基因制药、组织工程学和再生生物学等研究中心,将有限经费用在刀刃上。这些中心可集中经费,建立与国际接轨的硬件环境,成为引进人才的平台。例如,澳大利亚投资2600万美元兴建国家干细胞研究中心11;美国加州大学旧金山分校2002年投资500万美元兴建干细胞和癌症研究中心11;美国东海岸的康涅狄格大学2002年投资逾1000万美元建立再生生物学研究中心,并聘请多位世界一流科学家,本人有幸成为首任中心主任。事实上,中国在人类和水稻基因组研究中已采取类似策略:建立北方和南方基因中心,证明该策略可行有效。在待遇方面,若经费允许,这些国家中心的工资水平和运作方式应向国际标准看齐,只有这样才可能真正吸引世界一流人才和大师到中国。正在筹建的北京国家生物研究所就是一个很好的例子。近年来,许多在发达国家学习进修的学生学者选择回国工作,他们不仅带回先进知识和实验技能,还带来先进思路和合作精神,其中不乏胚胎生物技术及相关领域人才。我们相信,随着中国发展,越来越多留学人员会选择中国作为科研工作地点;若硬件、软件环境与国际接轨,再配合宽松的社会舆论环境,中国完全有可能吸引胚胎、细胞、组织和器官工程等生物技术领域的国际顶尖科学家来华工作,成为该领域世界一流研究中心。我认为今后5年内,会有很多学有建树的海外中国科学家选择回国工作或开展长期合作研究,因为这些科学家的孩子已独立或即将独立,无后顾之忧。我希望中国政府认识和把握机遇,创造所需环境,将这批科学家吸引回国。由于这些科学家已在国际学术界建立声誉和广泛合作网络,他们的回国工作将成为提高中国科研水平的一条捷径。

有了经费和人才,还需优良的环境和管理运作体制。关于如何建立国家经费管理和国际同行评审体系,吴瑞博士在本刊另有专文阐述;如何将科研成果产业化,则在萧镜如和方瑞贤博士的文章中有详细建议。在此我特别指出,针对胚胎生物技术研究,国家有关单位应建立一套评审系统(包括招聘和晋升),应以论文发表数量、论文质量(期刊、引用率)、国际学术界声望等国际通用学术指标进行评判。尤其在科研经费分配上,应以此为标准。不应以成果鉴定会和新闻媒体报道作为评判标准。学术成果应以论文形式,经过严格审稿,在同行评审的杂志上发表,特别是国际认可的一流杂志(并不限于《科学》、《自然》和《细胞》)。在此之后才应考虑必要的新闻媒体报道。我们看到,由于胚胎生物技术,尤其是克隆技术的巨大社会影响力,一些科学家热衷于媒体报道,甚至本末倒置以媒体报道代替学术论文发表,这显然不利于中国科学研究走向世界。对于胚胎生物技术产业化,国家也应给予支持和鼓励,如建立专利机构帮助科学家申请和转让国内外专利,加强政府支持高新科技产业发展的专项基金(如“中小企业创新基金”),扶持在中国研发的中外相关高科技公司等。

国家应倡导和支持科研工作的合作精神。在全球化的今天,科学研究的国内和国际合作必不可少。没有哪个实验室或科学家可以不与同行交流合作而取得重大成果。不得不承认,科研合作的氛围在中国还不浓。在许多大学,研究内容相近甚至相同的实验室和仪器设备重复购置的现象并不少见;但这些实验室各自为政,有时即便在同一系里也很少合作交流。这种情况至少造成研究重复、经费浪费,有时还导致不良竞争甚至恶性攻击。胚胎生物技术涉及多学科,如治疗性克隆研究需要胚胎生物学、干细胞生物学、分子生物学、发育生物学、组织工程学、遗传学、免疫学、器官移植等学科。多学科多方向的合作必不可少,且将相互补充和促进。一方面,我们建议国家和院校设立学科点时避免重复建设;另一方面,我们建议国家利用科研经费作为经济杠杆,鼓励真正意义上的国内和国际合作:如鼓励多实验室合作申请课题,共同享有合作研究成果(包括实验方法、数据、论文发表、专利申请等),对组织技术培训、合作研究以及参加国内国际学术讨论会的学者给予经费支持等。中国政府、舆论和学术界应改变宣传鼓励“自力更生”、“中国独自完成成果”的做法;科研合作将产生双赢局面。拒绝合作或没有诚意的合作不利于创新,只能造成落后,这在胚胎生物技术研究上同样适用。长期的缺乏国际合作和交流导致国际科学界对中国科学界认识不足,有时甚至不信任。上海盛慧珍实验室的结果是治疗性克隆方向的重大突破,但其结果被西方科学家质疑,他们认为中国实验室没有能力进行如此前沿的研究。我们十分遗憾这篇论文仍未在《自然》或相近等级的国际一流杂志上发表。类似事情也发生在长沙湘雅医科大学卢光琇实验室和其他实验室。这是对中国科学家的不公正对待,而造成这种不公正的原因很大程度上是双方了解不够以及在实验思想和实验方法上的差异。因此,我们建议国内实验室应多与国际展开真正合作,政府应为这样的合作提供专项资金,资助各方合作进行实验。过去的许多国际合作项目仅想利用合作科学家和实验小组的名气,而不给予实际经费支持,对方常因此感到没有诚意,使合作流于表面化。考虑到许多西方国家(特别是美国)实验室或研究中心目前胚胎技术研究的重点是动物模型,而中国有进行人类治疗性克隆的优势条件,一个值得推荐的合作方式是:国外合作实验室进行动物模型研究,而中国实验室或中心则偏重治疗性克隆和人类胚胎干细胞工作。这种中心与中心的合作可以非常紧密,如长期互访、定期学术会议、论文共同发表、经费联合申请和分享等。我们深信,全面的合作将帮助中国了解世界,帮助世界了解中国,确立中国科学家在国际科学界应有的地位。

鼓励合作的同时还应倡导首创精神。长期以来,中国科学家因暂时落后而处于追赶西方发达国家的阶段,许多研究停留在“外国人能做的中国人也能做到”和“外国还没有做的,中国不应做”的层面上,缺乏首创精神。在胚胎生物科学这个相对年轻、中国与世界领先水平差距不大的领域,这个中国科学家相对西方科学家少了很多束缚的领域,我们相信越来越多像盛慧珍、李凌松、周琪这样的中国科学家会回到中国,做出突破性工作。国家在经费评审时,应对具有首创思想的科研项目给予重视和支持。

最后也是最重要的一点,即中国政府应对胚胎生物技术研究进行严格管理和指导。胚胎生物技术对人类贡献巨大,但它涉及早期胚胎细胞,特别是治疗性克隆和胚胎干细胞技术还涉及人类胚胎。这是一把双刃剑,稍有不慎就可能对整个社会和国家造成伤害。我们希望看到一个负责任的政府,看到中国的相关研究在政府的指导和监督下有序有效地进行。组织一个国家级的监督管理机构十分必要。各研究单位也应成立相应的监督管理机构对本单位负责。以日本为例,涉及人类胚胎干细胞和治疗性克隆的研究需得到两级认可:国家级和研究院校级审批机构。这些机构应承担起统筹管理全国人类胚胎相关研究的责任,制定相应管理办法,对项目进行审批和定期考察,防止违反道德和伦理的行为发生。另一方面,政策制定应本着以“科学”为依据的态度,根据中国国情和本国伦理标准,不要过多受非科学因素影响。目前中国卫生部是此类研究的管理监督机构,并制定了相关规定条例。但管理和实施还不够严格,一些非常敏感的胚胎相关研究未经审批仍得以开展,而执行单位及个人对其违规行为亦不承担任何责任和惩处。

我们衷心地希望中国这个东方古国在新千年开始之际把握住这个千载难逢而又转瞬即逝的良机,解决好经费、人才、体制等现有问题,以探索科学、造福人类为己任,在政府的监督、指导和支持下,根据中国自己的实际情况,大力开展动物和人类胚胎生物技术的研究和开发,特别是人类治疗性克隆的研究和开发。中国将有望在这一领域五至十年间走进世界前沿12。我们相信这不仅将是中国科技走向国际舞台、取得国际领先的契机,更将是中国对人类医学乃至人类文明的重大贡献。

杨向中
美国康州大学再生生物学研究中心,Storrs, CT 06269-4243


参考文献

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  3. Ministry of Health, China. Regulations on Assisted Reproductive Technologies and Sperm Bank. Publication 176 (2003). http://www.moh.gov.cn/kjjy/gzdt/wskj/1200309300005.htm.
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  12. Dennis, C. Stem cells rise in the East. Nature 419, 334-6 (2002).

致谢
感谢徐捷博士、杨怀中教授和Marina Julian的编辑和校正。感谢Philip Campbell主编为这一期特刊所做的努力。同时感谢国家外国专家局和中国国际人才交流协会,谢谢他们支持“中国桥项目”和《自然》杂志的合作。

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