基因修復的未來不是夢_風聞
造就-造就官方账号-发现创造力2019-03-04 14:59
陳霖
解放軍117醫院再生醫學中心副主任
浙江大學細胞生物研究所特聘副教授
我叫陳霖,就職於解放軍117醫院再生醫學中心。02年出國之前,我在北京理工大學當了七年的老師。當時從事的是細胞生物學,人體的原代細胞核、細胞株培養這一塊。在哈佛的時候,我的研究方向是藥物腫瘤學,實際是血液腫瘤這一塊做的更多一些。
所以我在我這個領域做的主要就是“抗癌”和“細胞”。
我們為什麼會衰老?
癌症與衰老密不可分
提起“衰老”,大家都不陌生,每個人都會衰老,從出生到最後,不可避免都會走向衰老。人們為什麼抗拒衰老,甚至恐懼衰老?
原因很簡單,因為衰老就意味着人在不久的將來會死亡。沒有人願意死亡,生命永遠是寶貴的。提到“死亡”,有一種疾病就會在我們腦海中浮現——癌症。談“虎”色變,這是目前大家最害怕得的一種病。這麼多年來,癌症其實一直沒有得到很好的改進治療。
據2015年的官方統計,世界上每年有幾十萬的各種癌症患者離開人世。實際每6秒鐘就會有一個人離開人世。也就是説,我剛剛説話的6秒鐘時間內可能有一個人已經永遠離開我們了,當然我們希望他進的是天堂。
癌症這麼可怕,而且缺乏治療手段,會不會?我只是説也許,人們對癌症的認識可能存在誤差。
認為癌症是一種絕症,得了馬上就要去治療,這個理念是沒有錯的。但是,越來越多的觀念認定,癌症其實是一種慢性病,它本質上和糖尿病、帕金森症沒太大區別。它是可以作為一種慢性病來處理和對待的。我們要做的,不是把癌症完全殺滅掉,而是怎麼樣讓癌症作為一種慢性病,有效控制住它,起到一個帶瘤生存的效果。 癌症其實與衰老密不可分。
這種衰老並不是我們常規意義上的、人體表面上的衰老,而是你的身體機能,內在的衰老,把你身體的平衡打破了。癌細胞其實來源於你的正常細胞,它是你自己的,並非外來。回到衰老這個問題。不同領域對衰老有着不同的定義,本質還是差不多的。生物科學家會説,衰老是你從一個受精卵到成熟,到出生,到成年,到老年,最後逐漸走向死亡的一個過程,衰老過程是一個自發的必然過程。物理學家會説,衰老是一個熵增加的過程。你不斷地走向混亂,最終滅亡的這樣一個情況。
免疫學家會説,衰老是因為你的免疫系統出現了衰老,自我更新循環的能力變弱。社會學家和心理學家則會説,衰老是你老糊塗,愛忘事了;你念舊,愛嘮叨一些以前的事,這是衰老。這些定義終究説明一個事實,衰老是不可逆的,它是一定存在的。這個過程誰都免不了,任何人的一生都會有衰老。我們可以做什麼呢?我們可以延緩這個過程的來臨,可以讓衰老變得更緩慢一些。醫學上的研究結果稱,正常一個人類的生命應該可以到達120歲到150歲。現在,沒有人能活那麼長久。有記錄的最高壽命是110多歲,這還是在一個極端個例的情況下。如何讓我們活到150歲既然理論上我們可以活到150歲,那我們為什麼不去嘗試把這種理論變成現實呢?我們平常所看到的衰老,臉上有皺紋了,有雀斑、有老年斑了,這些都是表面上表現出來的。衰老的本質其實是從微小的基因層面上開始的。
左邊這個圖顯示的是人的染色體。一條一條的,是一對染色體在一起。我想讓大家關注的是,在每條染色體的頂邊,有一些亮點,這些亮點醫學上稱之為“端粒”。端粒的作用是什麼?它是一個“帽子”,它把染色體給保護起來。如果這個“帽子”丟失了,那麼染色體會不斷地縮短。縮短的結果是你的基因不斷丟失。
這個過程,從基因學來説就是人類衰老的過程。可以看到,(上圖)右邊顯示的是一個細胞,細胞中間那個綠色的是細胞核。
當它的端粒丟失以後,染色體不斷在縮短的時候,細胞核周圍形成這種紅色的,我們叫它“凋亡小體”。“凋亡小體”越來越多,細胞的形態隨之發生變化。最終,細胞將出現一種異常的狀態。整個過程叫做“細胞凋亡”,細胞程序性死亡。這是一個典型的細胞衰老的過程。基因的衰老,最後體現在細胞的衰老上。
細胞是組成人體的最基本的單位。我們常説的皮膚細胞,心臟心肌細胞,胃腸也有胃腸黏膜細胞、消化細胞,腦子裏是腦神經元細胞,骨髓有各種骨髓幹細胞。其中兩大類細胞對我們抗衰老有着非常重大的意義,一類是幹細胞,一類是免疫細胞。記住這兩種細胞,因為我們很喜歡這兩種細胞。先給大家留個懸念,稍後我會講到。
這張圖顯示的是不同層面的衰老情況。人體從單個細胞發展過來,成人也是由不同的細胞組成。同一種細胞聚集在一起,形成組織,如肌肉組織、皮膚組織。不同的組織在一起,構成器官,我們的心臟是一個器官,我們的肺是一個器官。各種器官拼在一起,又形成一個系統。呼吸系統、消化系統、循環系統、泌尿系統、神經系統等等,各個系統組成一個完整的人。所以衰老的整個過程,從基因發起,以細胞為最小單位衰老過來,最終達到人體的整體衰老。你看到了人表現出來的衰老,其實細胞層面的衰老在很早以前就已經發生。 回到最開始的問題,我們怎麼樣去延緩衰老這個過程?
我們一直認為衰老是不可逆的,是必然的,沒錯。但是我們可以把它拉得很長。我想從這三個方面帶給大家提一個建議:
第一是健康飲食
第二是合理作息
第三是醫療保健
醫療保健,將是我們的終極法寶。 談到醫療和抗衰老,我想重點説道一個學科——再生醫學。
再生醫學並不是一個新的理念。所謂再生,就是在我體外再生出一個東西來。它一定是自體的,不是異體的。異體是另外一件事,異體移植。我自己的一個東西,我做出來,再回饋到我個人。這是最通俗的解釋。 在座各位可能看過一些科幻片,甚至一些卡通片裏會有這樣的場景:把原材料放進一台機器,這個機器就會生產出各種組織器官,然後像摘果子似的,可以直接拿到人體上來用。而且這些組織器官是你自己的東西,不會有免疫排斥。 就像機器人一樣,你壞了哪個零件,我給你修哪個零件或者換哪個零件。這只是科幻嗎?不是,它正在逐步成為現實。這就是再生醫學實現的範疇。
再造的奇蹟
可以從三個層面來説這個事情:組織工程、細胞層面的治療和基因治療。
組織工程是很傳統的一種做法,現在已有革新的技術,3D打印技術。細胞層面的治療,就是我目前研究的核心部分。剛才提到的幹細胞治療和免疫細胞治療,我會一一描述。基因治療,是美國總統奧巴馬提出的“精準治療”的一個基石,也是我們在嘗試着去觸摸上帝的禁地,去做一些上帝想做的事情。至於這個嘗試的好壞、倫理上的問題,就留給下一代人去解決。
這張圖給大家展示的,左上角是一個“人造腎”。它是怎麼做出來的呢?把人體內的某種可以轉化成腎臟的細胞,做成腎細胞、腎血管或者其他細胞,再有3D打印完成這樣一個腎器,當然這裏還要有無菌搭配,各種組織搭配。第二個是人造耳朵,這在實驗室裏已經實現了,一個耳廓。第三個是一個人的手指骨。成骨細胞,經3D打印機打印出人造骨骼。這一塊目前還在實驗室階段,因為有很多實際的問題還沒有解決。但是我們走在一條正確的路上。你的某一個器官、某一個組織衰老了,我可以動手術替換它。
這是我非常喜歡的一張圖。它是一個人造的豬的肝臟,在體外造的。想要做出人肝來,先得在豬身上做試驗,然後嘗試用人的細胞嫁接到豬的身上,最終嘗試把它打印出來。目的是什麼呢?治療有肝病的人,用他自己的肝細胞。因為在中國,得乙肝的、肝硬化的、肝癌的人太多太多了。這是我們實驗室目前在做的一些工作。在再生醫學範疇之內,基於細胞層面,我們做的一個是“抗腫瘤”,一個是“抗病毒”;另外一個很重要的工作是,延緩衰老方面的機體研究。接下來我會舉幾個例子具體描述一下。
幹細胞是什麼細胞?幹細胞,又被我們稱之為“祖細胞”,或者“母細胞”。它可以分化成各種不同的其他細胞,就像媽媽一樣。圖上顯示,它可以分化為成纖維細胞、血液細胞、上皮細胞、神經細胞、骨骼細胞等。最終分化成不同的組織,不同的器官。這是幹細胞在體內就有的功能。每個人的身體上都有健康活躍的幹細胞存在,那就意味着我們可以在適當的條件下,把它誘導分化成我們想要的組織細胞和器官,以取代我們衰老了的。 如何用幹細胞延年益壽?我從醫學的角度舉幾個例子。老年病中有一種非常嚴重的病,帕金森症。它是腦神經萎縮的表現。因為人的腦神經細胞,在這個人一出生就身體自帶了,它的數量是一定的,不會再增長。它只會不斷地成熟。
當人體衰老的時候,神經元細胞也在不斷地衰老。所以這個人可能會出現記憶衰退、手顫抖等症狀。拳王阿里的手一直是搖着的,搖的很好看,但他是不正常的。如果我可以利用幹細胞,誘導分化成神經元細胞核和神經殼細胞,把它注入病人的骨髓,就有可能誘導它補充新的神經元細胞,修復以前損傷的部位,達到緩解疾病的目的。 第二個例子是關節炎。很多老年人都受關節炎的困擾,年輕人也有,尤其是髖關節股骨頭壞死,這種疾病非常難治,而且很可能是致命的。
老年人骨質疏鬆?我可以把幹細胞誘導分化成成骨細胞,注入他的關節腔裏,它就會在那兒生長出軟骨組織,慢慢地讓你的骨腔長好。
再有一個我現在在做的課題是肝臟治療。我用從骨髓裏提取的骨髓幹細胞,誘導分化成肝細胞,然後把這個肝細胞以介入的方法,打到肝硬化病體的肝組織裏,真的有新的肝細胞奇蹟般地長出來。
當然這個手術有很大的難度,如果打的位置不對,它會分化成成纖維細胞,那麼病體的肝臟反而越來越硬化。所以,這是一把雙刃劍,關鍵看人怎麼去做。 再説免疫細胞,人體免疫力高低是由它來決定的。
人體有一套淋巴系統,免疫細胞從骨髓中產生,到胸腺、淋巴結裏頭分化成熟。免疫細胞又分T細胞、NK細胞等等。
舉個免疫細胞治病的例子:
這是一個很著名的例子,小女孩艾米莉·懷特海德是個美國人,6歲的時候不幸得了急性白血病,非常殘忍的一種疾病。她試過做化療,這是她放化療以後的圖片。所有治療都無效的情況下,她只能苦苦等待骨髓移植,現階段真正的臨牀應用還只能做異體的骨髓移植。在等待的過程中,艾米莉的病情不斷惡化,已經奄奄一息。實在沒辦法了,科學界給她嘗試了這麼一種方法,就是把她的一種免疫細胞取出來,在體外進行修飾——這個修飾是細胞層面的修飾——做成一種工程細胞,再把這個細胞回輸到她體內。這個做法本身就是一個“死馬當作活馬醫”的權衡計策。細胞回輸後,艾米莉連日高燒不退,昏迷不醒,所有身體指標全部紊亂了。家人也被告知,需要做好送別她的心理準備。這時候,奇蹟發生了。艾米莉醒了,而且很快康復,體內所有指標恢復到正常,癌細胞沒了。
左邊是她現在的照片,現在她還活着。這個女孩能騎馬,能畫畫,還受到了奧巴馬的接見。奧巴馬去年提出來“精準醫療大計劃”,起始原因就是因為這個女孩,她改變了整個世界。 雖然這是一個醫療的例子,但它其實和抗衰老密切相關。由於她的免疫力提高,體內機能得到了很大恢復,所以她抗衰老能力也得到了提高,她可以活的更長了。
還有一個例子,這種免疫細胞叫NK細胞。NK細胞有幾大作用:一是清除微小的腫瘤細胞,它可以直接殺腫瘤;另外一個是抗病毒的。
抗擊流感時,體內首先起作用的就是這個細胞;第二天,它會把你的流感病毒殺死;第五天的時候,其他免疫細胞繼續起作用;第七天到第十天,流感病毒降到最低點。實際上,如果你是流感病毒感染,不需要吃藥,到了第七天、第十天,照樣好。吃藥完全是心理安慰。 這個細胞還有一個功能是,它可以清除體內的衰老細胞。你每天都會產生衰老的細胞,甚至產生癌症的細胞。這個細胞就能起到抵禦作用。
這是一張示意圖,顯示了不同年齡階段,通過不同程度的治療,最終在你70歲的時候,完全是不一樣的形象。最後一張圖展示的是“基因修復”。因為一切的起源都來自基因,基因決定一切。現代人可以用一些技術,比如Talens、CRISPR,把體內染色體上的每一個基因精準到切除、添加和屏蔽。在這樣的情況下,我們就有可能在這個基因出問題之前,也就是在疾病爆發之前,及時治療。但這中間有很大的倫理上的問題,所以這條路還很長,很遠。
基因修復的未來不是夢。這是上帝的領域,我們已經插手了,但上帝從來都不是仁慈的上帝。謝謝大家!