“金剛狼”、“蜘蛛(zhu)俠(xia)”，這(zhe)些(xie)好(hao)萊(lai)塢大(da)片里的超級英雄*。但在現實生活(huo)中(zhong)，通(tong)(tong)過基因編輯技術(shu)改造(zao)(zao)(zao)生殖細胞，打造(zao)(zao)(zao)出這(zhe)些(xie)遺(yi)傳(chuan)增強的“超級人類”被倫理所禁止。而在倫理許可的干細胞中(zhong)，中(zhong)國(guo)科學(xue)家通(tong)(tong)過基因編輯技術(shu)，*人工改造(zao)(zao)(zao)出遺(yi)傳(chuan)增強的“超級”干細胞。這(zhe)類干細胞或將(jiang)在治療人類疾病中(zhong)展(zhan)現身(shen)手。

7月(yue)7日，《細胞研究(jiu)》(Cell Research)期刊(kan)在線發表(biao)了(le)中國科學院(yuan)生物(wu)(wu)(wu)物(wu)(wu)(wu)理研究(jiu)所劉光慧課(ke)(ke)題組(zu)、北京大學湯富酬(chou)課(ke)(ke)題組(zu)和中科院(yuan)動物(wu)(wu)(wu)研究(jiu)所曲靜課(ke)(ke)題組(zu)的(de)(de)聯合(he)研究(jiu)成果(guo)，*將基因編輯技術用(yong)于干細胞的(de)(de)遺(yi)傳增強(qiang)(qiang)，從(cong)而宣(xuan)布了(le)上**例遺(yi)傳增強(qiang)(qiang)人類干細胞(Genetically Enhanced Stem cells，GES細胞)的(de)(de)誕生。

*，干(gan)細(xi)胞是一(yi)(yi)類具有自我(wo)復制能(neng)力的細(xi)胞，在一(yi)(yi)定條(tiao)件下可(ke)以(yi)分化(hua)成(cheng)多種(zhong)功能(neng)細(xi)胞。那這種(zhong)新(xin)型干(gan)細(xi)胞又是什么?

在(zai)接受澎湃新聞采訪時(shi)(shi)，劉光慧介(jie)紹說：“ 遺傳(chuan)(chuan) 意味著干(gan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)遺傳(chuan)(chuan)密碼被改(gai)變(bian)了(le)，我們(men)利用基因(yin)(yin)編(bian)輯(ji)技術改(gai)寫了(le)人類基因(yin)(yin)組(zu)中的(de)(de)(de)(de)(de)單個堿基。這(zhe)(zhe)種基因(yin)(yin)組(zu)上的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian)在(zai)干(gan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)分裂的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中，能夠穩定地傳(chuan)(chuan)遞給子細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)。”而“增強”指(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)是，經過這(zhe)(zhe)一微小的(de)(de)(de)(de)(de)遺傳(chuan)(chuan)密碼置換，干(gan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)會“老”得更(geng)慢，可以在(zai)患者體內存活(huo)更(geng)長時(shi)(shi)間(jian)，產生更(geng)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)再生治療效果。此外(wai)，這(zhe)(zhe)種干(gan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)還能抵抗(kang)癌(ai)基因(yin)(yin)的(de)(de)(de)(de)(de)侵擾，從而降低轉化為癌(ai)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)(de)風險。正是因(yin)(yin)為同時(shi)(shi)獲得了(le)對細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)衰(shuai)老和癌(ai)變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)抵抗(kang)能力，這(zhe)(zhe)種干(gan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)被稱為“遺傳(chuan)(chuan)增強”的(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)(bao)。

中(zhong)國(guo)科學(xue)院(yuan)動(dong)物研(yan)(yan)究所干細(xi)胞與(yu)生殖生物學(xue)國(guo)家重點實驗室研(yan)(yan)究員李偉沒(mei)有(you)參與(yu)這項研(yan)(yan)究，他向澎湃(pai)新聞(wen)點評道(dao)：“這一(yi)發現對間充質干細(xi)胞的臨床轉化治療具有(you)重要的價值(zhi)，同時也很好地證實了利用(yong)基因編輯(ji)技術可(ke)以促進干細(xi)胞在再(zai)生醫學(xue)中(zhong)的應用(yong)，為(wei)干細(xi)胞研(yan)(yan)究提(ti)供了值(zhi)得借(jie)鑒的新方法。”

“四兩撥千(qian)斤”的核心：轉錄因子“NRF2”

據悉，這種“超級”干(gan)細(xi)胞是為了解(jie)決目前干(gan)細(xi)胞治療(liao)中的兩(liang)(liang)大難題(ti)(ti)——治療(liao)有效性(xing)和安(an)全性(xing)。劉光慧團隊(dui)及其合作者通過基因(yin)編輯技術，僅改變人類(lei)基因(yin)組(zu)中的一個堿基，“四兩(liang)(liang)撥千斤”地破解(jie)這兩(liang)(liang)個難題(ti)(ti)。

而(er)這個“四(si)兩(liang)撥(bo)千斤”的關(guan)鍵改(gai)動是(shi)圍(wei)繞著(zhu)名為“NRF2”的轉錄(lu)因子展開。

轉錄(lu)因子，顧(gu)名思義，是指一種可以(yi)協助遺傳物質DNA向RNA轉錄(lu)的(de)蛋白質。在劉光慧與合作者(zhe)的(de)工作中，他們以(yi)藥物篩選(xuan)(xuan)的(de)方(fang)式，試圖找(zhao)到與干細胞衰老(lao)有關的(de)關鍵因子。這一過程中，他們發現，篩選(xuan)(xuan)出來(lai)能延緩人類間充(chong)質干細胞衰老(lao)的(de)化(hua)合物有一個(ge)共同特點——都(dou)能激(ji)活(huo)NRF2這個(ge)抗氧化(hua)的(de)轉錄(lu)因子。

由此，劉光(guang)慧團隊猜測(ce)，在(zai)基因層面增強NRF2的活(huo)性或(huo)許能夠延(yan)緩人(ren)類干細胞的衰老。

怎樣做小(xiao)改動來增強NRF2呢?

在(zai)(zai)之前的(de)研究中，研究人員已經知(zhi)道，細胞里(li)有名曰(yue)“KEAP1”的(de)NRF2抑制(zhi)蛋白(bai)，會通過結(jie)合并降(jiang)解NRF2，使其(qi)無法發揮功能。與(yu)此同時，研究人員也已經知(zhi)曉，在(zai)(zai)NRF2與(yu)其(qi)抑制(zhi)蛋白(bai)接觸的(de)表面上(shang)，有一個(ge)氨基(ji)酸很關鍵，負(fu)責(ze)將NRF2捆綁在(zai)(zai)抑制(zhi)蛋白(bai)上(shang)。

那么(me)，如果(guo)這個關鍵的(de)氨基(ji)酸被替換掉，NRF2是(shi)不是(shi)就能脫離抑制蛋(dan)白的(de)束縛，更好地(di)發揮(hui)功能，保護細胞了?

“一石二鳥”

于是(shi)，為了證(zheng)明這一(yi)猜想，在人類胚(pei)胎干細(xi)胞(bao)中，劉光慧團(tuan)隊使用第三代腺病毒載(zai)體HDAdV介導的(de)基(ji)(ji)因編(bian)輯技術，置(zhi)換了NRF2編(bian)碼基(ji)(ji)因的(de)一(yi)個(ge)堿基(ji)(ji)(A245G)。置(zhi)換后(hou)，NRF2果然得以掙脫抑制蛋白的(de)“控制”，大量進入(ru)細(xi)胞(bao)核(he)，激活一(yi)系列抗氧(yang)化(hua)和(he)細(xi)胞(bao)保護基(ji)(ji)因的(de)表達，使得干細(xi)胞(bao)有了更長(chang)的(de)“壽命”。

隨后，劉光(guang)慧團隊及其合作者測試了這種經過人工(gong)改(gai)造的干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)在(zai)(zai)體內的移植效果。值得一提的是，在(zai)(zai)干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)治療中(zhong)，胚胎(tai)干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)因為會(hui)形成良性(xing)的畸胎(tai)瘤(liu)而無法被(bei)直(zhi)接使(shi)用，由胚胎(tai)干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)定向誘導分化(hua)而成的間充質干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)是更佳(jia)的治療材料(liao)。

研究人(ren)員從液氮罐中取出(chu)干細胞。

因此，劉光慧(hui)團隊從上述(shu)改造過(guo)的人(ren)(ren)類胚胎(tai)干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)中(zhong)分化獲得間(jian)充質干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)，并在(zai)小(xiao)鼠(shu)身上進行實驗(yan)。實驗(yan)中(zhong)，小(xiao)鼠(shu)腿部的大血(xue)管被結扎，出現缺血(xue)性損傷(shang)(shang)。于(yu)是，實驗(yan)人(ren)(ren)員向小(xiao)鼠(shu)腿部注入干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)，幫(bang)助小(xiao)鼠(shu)的傷(shang)(shang)腿再生出新的血(xue)管細(xi)胞(bao)，重新構(gou)建(jian)血(xue)管系統。結果顯(xian)示，相(xiang)比于(yu)沒有(you)經過(guo)基(ji)因編輯的干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)，經過(guo)遺傳(chuan)增(zeng)強的間(jian)充質干(gan)(gan)細(xi)胞(bao)能(neng)(neng)更顯(xian)著地(di)恢(hui)復傷(shang)(shang)腿的血(xue)液循(xun)環，具有(you)更好(hao)的再生治療能(neng)(neng)力。

遺傳增強人間充質干細(xi)胞(bao)在小鼠缺血(xue)(xue)后肢中再生的血(xue)(xue)管結構。劉光慧 供圖

效(xiao)果(guo)不錯，但有沒有安全隱患?這(zhe)是研(yan)究人員無法(fa)繞過的科(ke)學問題(ti)。

緊接著(zhu)，劉光慧(hui)團(tuan)隊(dui)及其合作者進(jin)行了安全性(xing)評估。令他們驚訝的(de)(de)是，經過基因(yin)編輯的(de)(de)間充質干細胞雖(sui)然(ran)具有更(geng)強的(de)(de)自(zi)我更(geng)新能力(li)，但植(zhi)入(ru)小鼠體內后不會形成腫(zhong)瘤。就算在許(xu)多癌(ai)基因(yin)同(tong)時激(ji)活的(de)(de)情況(kuang)下，它也保(bao)持著(zhu)高度(du)的(de)(de)基因(yin)組(zu)穩定性(xing)，對癌(ai)基因(yin)誘導的(de)(de)細胞惡(e)性(xing)轉化具有很(hen)強的(de)(de)“抵抗(kang)力(li)”。

更沒想到的(de)是，對于胚(pei)胎(tai)干(gan)細胞會出現畸(ji)胎(tai)瘤這(zhe)一(yi)問題，他們發現，比起普通的(de)胚(pei)胎(tai)干(gan)細胞，經過基因編輯(ji)的(de)胚(pei)胎(tai)干(gan)細胞產生(sheng)畸(ji)胎(tai)瘤的(de)能(neng)力大大被削弱，進一(yi)步在治(zhi)療“安(an)全性”上增加(jia)了(le)籌(chou)碼。

總而言之，通(tong)過(guo)僅(jin)僅(jin)置換(huan)NRF2編碼基因(yin)的(de)一個堿基，干細胞既獲(huo)得了更強(qiang)的(de)再(zai)生(sheng)修復能力，又在(zai)很大(da)程度(du)上減少(shao)了安全隱(yin)患，可謂“一石二鳥”。

遺傳增(zeng)強的策略可標準化、規模化、個性化

這類遺傳增強(qiang)的(de)“超級”干細胞具有可標準(zhun)化和可規模化的(de)優(you)勢，未(wei)來或可適用(yong)于多種治療場景(jing)。目前，研究人(ren)員已經(jing)就這項技術申請了發明(ming)。

但劉光慧也對澎(peng)湃新聞謹慎表示，他(ta)們(men)猜想，這(zhe)(zhe)類細(xi)胞的(de)使用(yong)應該(gai)是(shi)有限制的(de)。目前他(ta)們(men)已經證明這(zhe)(zhe)一(yi)遺傳增強策略在(zai)人類間充(chong)質干(gan)細(xi)胞和(he)血管內皮細(xi)胞上適用(yong)，但尚(shang)未(wei)在(zai)所(suo)有細(xi)胞類型中檢測(ce)它的(de)有效性(xing)和(he)安全性(xing)。例(li)如，神經干(gan)細(xi)胞的(de)自我更新需(xu)要活性(xing)氧(yang)，而抗氧(yang)化轉錄因子(zi)NRF2增強后，神經干(gan)細(xi)胞會(hui)不會(hui)受益?這(zhe)(zhe)尚(shang)是(shi)一(yi)個問(wen)號(hao)。

“我們身體中的(de)任何一種細胞(bao)(bao)類(lei)型，理論上都有它們喜愛的(de)*的(de)內外環境(jing)。”劉(liu)光慧說(shuo)，類(lei)似神經干細胞(bao)(bao)的(de)遺傳增(zeng)強策略可另做(zuo)個性化設計。

中國(guo)科學院(yuan)上海生(sheng)命科學研(yan)(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)營養(yang)科學研(yan)(yan)(yan)究(jiu)所研(yan)(yan)(yan)究(jiu)員(yuan)丁秋蓉未參與該項研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，她對澎(peng)湃新聞(wen)表示，劉光(guang)慧及其合作者提出(chu)的(de)對干細胞進行“遺傳增(zeng)強(qiang)”的(de)策略具有很(hen)廣泛的(de)應用前景。

“(這)可廣泛用于再生醫學，加強對干細胞移植物的調控，使其更好地和組織工程等技術融合，在體外細胞大規模制備、類器官功能模塊構建，體內定向分化、移植入類器官血管化和神經化進程、機體微環境改善和組織修復等過程中更具導向性和可控性，促進其臨床轉化。”丁秋蓉說。
“當然，遺傳密碼的(de)改變需(xu)要很慎重，需(xu)要在基于對修(xiu)改后細胞特(te)性(xing)充分認(ren)識(shi)，體內安全性(xing)充分評價的(de)基礎上進行。”丁秋蓉補充