多维社专访华裔科学家俞君英 多维社记者林洛涵报导／干细胞不只是医学新宠，也已袭卷你我的生活，牵动未来的生命议题。美国华盛顿重大疾病联盟估计，干细胞研究在美国的潜在受惠者就高达1.3亿人，范围包括罹患心血管疾病、自体免疫疾病、糖尿病、骨质疏鬆症、癌症、阿兹海默症、帕金森氏症、脊髓损伤等将近6,000万名的患者。

《健康与生活》半年刊。

这两年是干细胞（stem cell）研究成果光芒四射的一年。人们寄望透过再生医学的技术、距离不再惧怕疾病的梦想，又向前更加接近了一步。 《科学》（Science）期刊于2007年11月20日，公布了一篇由美国威斯康辛麦迪逊大学（University of Wisconsin—Madison）汤姆森实验室（Thomson Lab）主导的论文，该研究成功让人类皮肤细胞以基因重组的方式转变为干细胞，不需透过人类受精卵或胚胎细胞的提取。 这项划时代的研究由华裔科学家俞君英挂名第一作者，她领导此技术使用新生儿的包皮细胞，以病毒携带四个基因进入皮肤细胞的方式，让皮肤细胞基因直接重组（direct reprogramming），产生出与胚胎干细胞类似的“诱导多能性干细胞”（induced pluripotent stem，简称iPS），免于使用人体受精卵或胚胎的提取过程。 与此同时，就在《科学》杂志公开威斯康辛麦迪逊大学研究的同一天，由日本京都大学再生医学研究所教授山中伸弥（Shinya Yamanaka）领导的干细胞研究团队，也于《细胞》（Cell）杂志上发表了由人类皮肤细胞转化成干细胞的研究。 日本研究团队最初使用老鼠细胞创造出干细胞，随后以一名36岁妇女的脸部细胞成功发展成为干细胞，并成功使这些干细胞转化成为身体器官的一部份。 IPS实验震撼生物医学界 上述两项有关iPS细胞的实验结果高度震撼了生物医学界，科学界的两大龙头期刊《自然》和《科学》分别将这项研究列为十大重要发现之一，时代杂志甚至将这项实验结果列为2007年重大发现之首。 近年来像这样与干细胞相关的研究，已成为科学与医界最寄予厚望的研究角度。美国华盛顿重大疾病联盟估计，干细胞研究在美国的潜在受惠者就高达1.3亿人，范围包括近6,000万的心血管疾病人口，以及自体免疫疾病、糖尿病、骨质疏鬆症、癌症、阿兹海默症、帕金森氏症、脊髓损伤等病症患者。 干细胞点石成金的传奇，并不会就此结束。事实上，波士顿George Daley实验室也将利用相关技术，从病人门诊时取得的皮肤细胞，量身为其订作一个私人的干细胞库。iPS细胞治疗人类退化性疾病的梦想，已迈入真正的临床新纪元。 点石成金的神奇干细胞(1) 心脑血管病、糖尿病、老年痴呆症、帕金森斯症等疾病无法根治，是因为受损细胞无法再生复活，然而干细胞的研究，却很可能实现人类对抗顽症的梦想。华裔科学家俞君英接受本刊独家专访时指出，“干细胞的应用与医学挂勾，所以受到各界期待，对于以前没办法解决的问题提供了希望。” 事实上，干细胞是具有分化能力、可产生各种组织细胞的原始细胞。它顾名思义，就像树干分生出枝叶一般，可变成各种细胞，并且拥有不断自我複製的能力。人体中存有多种的干细胞，依照分化能力的高低，可分为全能干细胞（totipotent stem cell）、潜能干细胞（pluripotent stem cell）、多能干细胞（multipotent stem cell）。 一般最受瞩目的胚胎干细胞（embryonic stem cell），就是全能干细胞。因为来自受精卵，有完整潜能可以分化成人类各种细胞，所以又被称为「万能细胞」。 1998年在威斯康辛大学的汤姆森博士（James Thomson）实验室裡，48岁的汤姆森率先从不孕症患者使用过剩的胚胎中分离出干细胞，并成功生长成有持续分化能力的干细胞株。 汤姆森博士取得了第一株人类胚胎干细胞，而他也成为研究干细胞的第一人，就是这项重大的研究成果，开启干细胞研究风潮。由于具备了分化、与再生细胞的神奇潜能，干细胞被寄予厚望，有望治癒许多棘手的病症。不过透过胚胎取得干细胞的做法，却也在各界引起了道德争议。 同一个实验室裡，时序约莫是在十年后。在此担任助理科学家（Assistant Scientist）的俞君英又以突破的iPS新技术，避开从人类授精卵或胚胎细胞的提取过程，成功地转变皮肤细胞为干细胞，让干细胞研究再次走入世人眼中成为焦点，开启了人们更宽广的想像空间。 有人预言，继牛痘疫苗、抗生素、和染色体DNA基因工程之后，干细胞研究将成为生命科学发展的又一个里程碑。 点石成金的神奇干细胞(2) 干细胞具有分化、再生细胞的神奇潜能，研究干细胞有3大方向的意义：疾病治疗与组织修复、药物检测与生技试验、以及在科学上的研究价值。其中，可望透过细胞或组织再生来治疗许多棘手的病症，是干细胞最大的吸引力。 一、疾病治疗与组织修复。干细胞在医学的应用上，可分做基因疗法与複製疗法。基因疗法就是将带有遗传疾病或有基因缺陷的干细胞，利用基因重组的方式将异常基因做一置换，经过基因重组后的干细胞便带有正常健康的基因，此时利用干细胞「自行再生」的能力，在将干细胞植入体内时把正常基因带到全身。 複製疗法则可利用干细胞的「自行再生」的能力複製细胞组织与器官，再将此複製后的产品移植入体内来治疗疾病；或藉由干细胞「分化成各种细胞」的潜能，将干细胞培养成我们所需要的细胞，再加上其「自行再生」的能力複製出组织与器官来做移植。 俞君英认为，外界最感兴趣的应该是器官移植的运用，但这些研究都还只是早期成果而已，要真正运用在器官移植的话仍需要较长的时间。“未来新方法对人类最重大的影响也就是在器官移植上，往后将可望研发出让人体自行制造出所需器官，而不需移植他人器官的方式。”俞君英说。 二、药物检测与生技试验。干细胞也可在药物检测方面发挥应用价值，即利用干细胞「分化成各种细胞」的潜能，将干细胞培养成各种细胞来进行药物的初步试验。 俞君英对本刊表示，“在药物检测方面，干细胞研究现在就可以做应用了，如心脏疾病的药物有许多副作用，我们这种技术便可用来检测这些药物，研究有什么样的副作用产生。” 三、科学上的研究价值。虽然人们对上述两方面的临床应用极为关注，但是俞君英特别指出，干细胞的意义并不侷限在此。“从科学研究的角度来讲，干细胞真正的意义在于：过去我们认为动物的发育是单向进行，除了克隆技术以外，分化的细胞很难退回到早期的状态。现在这我们利用目前的技术，仅仅是导入几个基因，就可以让完全分化的细胞退回到干细胞的状态，这不仅打破过去的观点，也为未来研究开启新的希望。” 新技术为道德争议解套 自1998年汤姆森从胚胎细胞中培养出第一株干细胞开始，由于在提取过程可能对胚胎细胞造成破坏，因此当干细胞研究为医学带来新希望的同时，也引发了道德上的争议。 干细胞的伦理道德争议问题，实际上仅限于胚胎干细胞（Embryonic stem cells，简称ES细胞）领域，不涉及其他种类干细胞的研究。问题的关键在于胚胎干细胞的获取过程，依照目前的技术，获取胚胎干细胞，需要在胚泡（Blastocyst）阶段破坏胚胎以提取内细胞团（Inner cell mass）。此步骤在许多支持生命（Pro-life）团体人士看来，是对生命的破坏。 俞君英所领导的研究中，让皮肤细胞基因直接重组（direct reprogramming），产生出与胚胎干细胞类似的iPS诱导多能性干细胞，无疑使获取干细胞的过程避开了上述争议，为外界在道德上的质疑提供解套。 不过俞君英说，新研究的目的不完全是为了避免此争议，实际上也为了降低干细胞的研究成本，同时可望降低健保费用。 新方法中的“基因重组”技术，让成熟的皮肤细胞回复到类似原始胚胎细胞的状态，使得人类细胞不必使用克隆技术便能大量复制，预料未来克隆技术的重要性将大为降低。俞君英指出，虽然目前研究团队对于皮肤细胞如何转变成干细胞的详细过程还不了解，但简单来说，研究团队植入皮肤细胞中的基因，能够影响皮肤细胞本身的基因表达，改变皮肤细胞的潜在能力。 不过从现在开始，余君英认为将有许多实验室接手接下来的研究，相信未来对皮肤细胞转化成干细胞的过程会有更深入的了解。 研究与临床的双项挑战 依靠iPS方法下产生的干细胞有自行再生、复制的能力，与真正的干细胞已非常接近。不过这种方法在执行上，仍然面临著研究的限制。“基因重组后的干细胞，其品质与胚胎干细胞基本上一样，但由皮肤细胞转变成的干细胞，其中的皮肤细胞仍存在，仍有自我表达的能力，会影响到转变后的干细胞的功能。”俞君英向本刊解释。 俞君英使用的技术与日本团对基本一样，但未来需要研发另一种将基因植入皮肤细胞的方法，目的是为了让皮肤细胞退回到到干细胞以后，皮肤细胞的基因能够消失，否则将可能影响医疗效果，残留的皮肤细胞将可能产生基因突变。日本团对研发出的基因里，就有个癌症诱导的基因。 虽然新方法出炉，但俞君英却认为，人类的卵子和胚胎目前还是无法完全被取代。“这个研究只是刚开始，我们还需要更多的研究，需要证明这些细胞是否跟胚胎干细胞完全一样，因此目前我们不同的研究同时进行，iPS研究只是减少了对胚胎干细胞的需求，到了我们能够证明这些转变后的细胞与胚胎干细胞完全一样时，人类卵子和胚胎才能完全被取代。这也是研究团队下一步的目标。” 根据最新的进展，目前同时有几个团队在进行这方面的研究。此外，MIT等研究机构也针对下游的工作，进行一些机理方面的研究。不过俞君英说，目前尚未有突破性的发展，现有的都只是一些描述性的工作。 另一方面，胚胎干细胞作为临床治疗的应用上，也有著两大艰钜的任务必须克服：一是因为胚胎干细胞具有分化的全能性，所以如果直接把胚胎干细胞注射至病患的身体裡，这些干细胞同样也有潜能会分化成癌细胞。因此，直接用胚胎干细胞来治疗病患是具有相当高的风险。另一比较合理的方式，应该是先限制胚胎干细胞的分化潜能，然后再把它们注射至受损的器官或组织。所以，如何先把胚胎干细胞在培养皿裡诱导成为特殊器官的前驱细胞(precursor)就变成一项重要的课题。 二则是即使胚胎干细胞已经先被适当地诱导成为特定的前驱细胞，但是如果这些前驱细胞注射至病患的体内，因为这些前驱细胞不是病患自身的胚胎干细胞所衍伸出的细胞，自然会被病患本身的免疫系统所排斥。因此，如何骗过免疫系统而让前驱细胞能在受损的器官裡取代退化或死亡的细胞，是临床治疗最难也最具挑战性的烫手山芋。 走向再生医学的最终站 成功以iPS干细胞取得科学的重大成就，然而俞君英却不因此而满足，也不认为再生医学已经看见了终点。“iPS的方法只是证明一个理念，即完全分化的细胞，它的分化状态可以改变。”她说。 俞君英告诉本刊，两年之内干细胞研究会有更大的发展，尤其在知识方面也会解开更多的秘密。但是下一步若希望有重大突破，应该思考如何省去iPS这一道步骤，直接用很理性的方式，把一种细胞直接转化为另一种细胞，例如直接让皮肤细胞转变为心脏细胞，一步到位，避免iPS这一个中间过程。 她解释，因为假若细胞在体外培养时间越长，发生癌变的机率就更大，而且从iP S分化成为你所要的细胞这一步，中间其实有很多很多的问题还没解决。“IPS细胞在我看来，是尚未到达再生医学最终目标之前，我们使用的一种暂时性解决。我们必须找出iPS的机理，才能更好地控制细胞状态。” 事实上，干细胞不只是医学新宠，也已袭卷你我的生活，牵动未来的生命议题。目前科学家正在努力思考，如何把一种细胞变为另一种细胞，不再经过胚胎干细胞的状态，也无须经过iPS的过程，直接满足病患真正的需要。俞君英说，“一步到位，就是最终再生医学要达到的目标。” 本文发于《健康与生活》