2009年7月23日,国际权威期刊《细胞·干细胞》(Cell Stem Cell)在线发表了中国北京生命科学研究所高绍荣博士团队的一项里程碑式研究。该团队通过四倍体互补实验(tetraploid complementation),在全球首次成功培育出完全由诱导多能干细胞(iPS细胞)发育而来的成体小鼠。这一成果不仅终结了关于iPS细胞是否具有真正全能性的长期争议,也为再生医学领域开辟了全新的可能性。
四倍体互补实验被公认为检验干细胞全能性的“金标准”。其原理是将待测干细胞注射到四倍体胚胎(通过电融合使早期胚胎细胞加倍形成)中,由于四倍体细胞只能发育成胚外组织(如胎盘),而无法形成胎儿本身。因此,如果最终出生的动物个体完全由注射的干细胞发育而来,即证明该干细胞具有发育为完整个体的全能性。此前,只有胚胎干细胞(ES细胞)能够通过这一检验。
高绍荣团队利用慢病毒载体将四个转录因子(Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4)导入小鼠胎儿成纤维细胞,成功诱导出5个iPS细胞系。通过嵌合体实验筛选出其中一株嵌合水平极高的iPS细胞系,并将其注入四倍体囊胚。最终,该团队不仅获得了存活的足月新生小鼠,而且其中一只健康存活至成年。所有成体小鼠的体细胞均携带外源转录因子,可在药物诱导下再次重编程为iPS细胞,为后续的重编程机制研究提供了独特模型。
这项研究的重要意义在于:iPS细胞绕过胚胎干细胞的伦理争议,同时具备与ES细胞相当的全能性,使得体外获取多能细胞不再依赖破坏胚胎。此后十余年间,iPS细胞技术迅速发展,已广泛应用于疾病建模、药物筛选、基因治疗和再生医学。2014年,日本科学家率先开展iPS细胞治疗老年黄斑变性的临床试验;2023年,首例iPS细胞来源的CAR-T细胞疗法进入人体试验。高绍荣团队的这一原理验证性工作,为后续所有基于iPS细胞的临床转化奠定了关键基础。
然而,正如高绍荣当时所指出的:“认定iPS细胞在功能上完全等同于普通ES细胞还为时过早。”不同iPS细胞系之间存在异质性,且外源转录因子整合可能带来致癌风险。后续研究通过非整合重编程方法(如质粒、仙台病毒、小分子化合物)以及优化培养条件,逐步解决了这些问题。如今,非整合iPS细胞已广泛应用于临床前研究,部分进入临床试验阶段。
参考文献:Zhao XY, Li W, Lv Z, et al. iPS cells produce viable mice through tetraploid complementation. Nature. 2009;461(7260):86-90. doi:10.1038/nature08267