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诺贝尔奖获得者山中伸弥（Shinya Yamanaka）将于2022年3 月底卸任京都大学 iPS 细胞研究与应用中心 (CiRA) 主任，以研究所教授和首席研究员的身份推动基础研究。
Nobel laureate Shinya Yamanaka speaks to reporters at Kyoto University in Kyoto in June 2020. (Asahi Shimbun file photo) 2020 年 6 月，诺贝尔奖获得者山中伸弥在京都京都大学接受记者采访。（朝日新闻档案照片） 山中伸弥 2012年获得诺贝尔生理学或医学奖，出生于1962 年 9 月 4 日（日本大阪），获奖时的隶属于日本京都京都大学、美国加利福尼亚州旧金山格拉德斯通研究所，获奖原因：“发现成熟细胞可以重新编程成为多能细胞。”奖品份额：1/2。 Yamanaka 于 1962 年出生于日本东大阪。从大阪教育大学附属天王寺高中毕业后，于 1987 年在神户大学获得博士学位，并获得博士学位。1993 年在大阪市立大学研究生院获得博士学位。此后，他在国立大阪医院进行了整形外科住院医师培训，并在旧金山 J. David Gladstone 心血管疾病研究所获得了博士后奖学金。 之后他在美国旧金山的格拉德斯通研究所和日本奈良科学技术研究所工作。Yamanaka 目前是京都大学的教授，他领导着京都大学的 iPS 研究和应用中心。他还是格拉德斯通研究所的高级研究员以及 iPS 细胞研究与应用中心的主任。 1987 年至 1989 年间，山中伸弥是国立大阪医院整形外科住院医师。他的第一次手术是从他的朋友平田修一身上切除良性肿瘤，这是他无法在一个小时后完成的任务，而熟练的外科医生需要十分钟左右的时间才能完成。一些前辈称他为“Jamanaka”，这是日语中障碍的双关语。 从 1993 年到 1996 年，他在格莱斯顿心血管疾病研究所工作。1996 年至 1999 年间，他在大阪市立大学医学院担任助理教授，但发现自己主要是在实验室里照顾老鼠，而不是进行实际研究。 他的妻子建议他成为一名执业医生，但他却申请了奈良科学技术学院的职位。他表示他可以并且会阐明胚胎干细胞的特性，这种敢于做的态度为他赢得了这份工作。从 1999 年到 2003 年，他在那里担任副教授，并开始了后来为他赢得 2012 年诺贝尔奖的研究。他成为全职教授，并于 2003 年至 2005 年期间留在该研究所担任该职位。2004 年至 2010 年，山中伸弥在前沿医学科学研究所担任教授。目前，Yamanaka 是京都大学 iPS 细胞研究与应用中心的主任和教授。 2006 年，他和他的团队从成年小鼠成纤维细胞中产生了诱导多能干细胞（iPS 细胞）。iPS 细胞与胚胎干细胞非常相似，胚胎干细胞在体外相当于胚泡（受精后几天的胚胎）的一部分，后者生长成为胚胎。他们可以证明他的 iPS 细胞是多能的，即能够产生身体的所有细胞谱系。后来他和他的团队从人类成体成纤维细胞中产生 iPS 细胞，再次作为第一组这样做。与该领域之前尝试的一个主要区别是他的团队使用了多种转录因子，而不是每次实验转染一种转录因子。他们从已知在早期胚胎中重要的 24 个转录因子开始，但最终可以将其减少到 4 个转录因子——Sox2、Oct4、Klf4 和 c-Myc。 Yamanaka 研究的历史背景 20 世纪初的流行观点是，成熟细胞被永久锁定在分化状态，无法恢复到完全未成熟的多能干细胞状态。人们认为细胞分化只能是一个单向过程。因此，未分化的卵子/早期胚胎细胞只能发育成特化细胞。然而，具有有限效力的干细胞（成体干细胞）保留在骨髓、肠道、皮肤等中，作为细胞替代的来源。 分化的细胞类型具有特定蛋白质模式的事实表明不可逆的表观遗传修饰或遗传改变是单向细胞分化的原因。因此，细胞在分化潜能方面逐渐变得更加受限并最终失去多能性。 1962 年，John B. Gurdon 证明来自分化的青蛙肠上皮细胞的细胞核可以通过移植到去核卵中产生功能齐全的蝌蚪。Gurdon 使用体细胞核移植 (SCNT) 作为一种方法来了解重编程以及细胞如何在特化过程中发生变化。他得出结论，分化的体细胞核有可能恢复为多能性。这在当时是一种范式转变。它表明分化的细胞核保留了成功恢复到未分化状态的能力，并具有重新开始发育的潜力（多能性）。 然而，一个完整的分化细胞是否可以完全重新编程成为多能性的问题仍然存在。 山中的研究 Shinya Yamanaka 证明，将一小组转录因子引入分化细胞足以将细胞恢复到多能状态。Yamanaka 专注于维持胚胎干 (ES) 细胞多能性的重要因素。这是第一次完整分化的体细胞可以重新编程成为多能细胞。 知道转录因子参与多能状态的维持，他选择了一组 24 个 ES 细胞转录因子作为恢复体细胞多能性的候选因子。首先，他收集了 24 个候选因子。当编码这些转录因子的所有 24 个基因都被引入皮肤成纤维细胞时，实际上几乎没有产生与 ES 细胞非常相似的集落。其次，通过一个非常简单但灵敏的测定系统，通过添加较少数量的转录因子来进行进一步的实验，以识别关键因子。最后，他确定了四个关键基因。他们发现 4 种转录因子（Myc、Oct3/4、Sox2 和 Klf4）足以将小鼠胚胎或成体成纤维细胞转化为多能干细胞（能够在体内产生畸胎瘤并有助于嵌合小鼠）。 这些多能细胞被称为 iPS（诱导多能干）细胞；他们以非常低的频率出现。可以通过将 b-geo 基因插入 Fbx15 基因座来选择 iPS 细胞。Fbx15 启动子在诱导 b-geo 表达的多能干细胞中具有活性，从而引起 G418 抗性；这种抗性有助于我们识别培养中的 iPS 细胞。 此外，在 2007 年，Yamanaka 和他的同事发现了具有种系传递功能的 iPS 细胞（通过选择 Oct4 或 Nanog 基因）。同样在 2007 年，他们率先生产出人类 iPS 细胞。 当前诱导多能性的方法面临的一些问题是 iPS 细胞的生产率非常低，以及 4 种转录因子被证明具有致癌性。 2014年7月，关于小保方晴子研究的丑闻与山中有关。她找不到有关期间的实验室记录，并被迫道歉。 进一步研究和未来展望 自从 Yamanaka 最初的发现以来，该领域已经进行了很多进一步的研究，并且对该技术进行了许多改进。Yamanaka 研究的改进以及他的研究结果的未来前景如下： 1、完善了多能性因子的传递机制。最初使用逆转录病毒载体，它随机整合到基因组中并导致导致肿瘤形成的基因失调。然而，现在使用的是非整合病毒、稳定的 RNA 或蛋白质，或游离质粒（无整合递送机制）。 2. 已确定在不同细胞类型中诱导多能性所需的转录因子（例如神经干细胞）。 3.鉴定了小分子替代分子，可以替代转录因子的功能。 4. 进行了转分化实验。他们试图改变细胞命运，而没有经历多能状态。他们能够系统地识别使用诱导细胞命运转换的转录因子组合进行转分化的基因。他们发现了胚层内和胚层之间的转分化，例如外分泌细胞到内分泌细胞、成纤维细胞到成肌细胞、成纤维细胞到心肌细胞、成纤维细胞到神经元 5. 用 iPS 细胞进行细胞替代疗法是可能的。干细胞可以替代退行性疾病中患病或丢失的细胞，并且它们不太容易发生免疫排斥。然而，它有可能引入突变或其他基因组异常，使其不适合细胞治疗。因此，仍然存在许多挑战，但这是一个非常令人兴奋和有前途的研究领域。需要进一步工作以确保患者的安全。 6. 可以在医学上使用来自遗传和其他疾病患者的 iPS 细胞来深入了解疾病过程。- 肌萎缩侧索硬化 (ALS)、Rett 综合征、脊髓性肌萎缩症 (SMA)、α1-抗胰蛋白酶缺乏症、家族性高胆固醇血症和 1A 型糖原贮积病。- 用于心血管疾病、Timothy 综合征、LEOPARD 综合征、1 型和 2 型长 QT 综合征 - 阿尔茨海默病、脊髓小脑性共济失调、亨廷顿病等。 7. iPS 细胞为治疗性化合物的开发和验证提供了筛选平台。例如，激动素是一种在来自家族性自主神经功能障碍的 iPS 细胞中发现的新型化合物，而用于长 QT 综合征的 β 受体阻滞剂和离子通道阻滞剂已通过 iPS 细胞鉴定出来。 Yamanaka 的研究“打开了一扇新的大门，全世界的科学家们开始了漫长的探索之旅，希望找到我们细胞的真正潜力。” 2013 年，iPS 细胞被用于在日本的小鼠体内生成具有血管化功能的人体肝脏。多个干细胞被用来区分肝脏的组成部分，然后自组织成复杂的结构。当置于小鼠宿主中时，肝血管与宿主血管相连并执行正常的肝功能，包括分解药物和肝脏分泌物。 |
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