哈佛撤稿事件究竟意味着什么?

本月15日,哈佛医学院和布莱根妇女医院(Brigham and Women’s Hospital)结束了对原哈佛大学教授、再生医学中心主任Piero Anversa的论文的调查,认为他发表的文章中,有31篇涉嫌歪曲或伪造数据,建议各大医学期刊撤回已发表论文。

由于中国在心脏干细胞研究上的投入巨大,此学术不端事件在国内也引起轩然大波。据《中国新闻周刊》,北京一家权威医疗机构从事心血管研究工作的研究人员表示:从2000年开始,国家自然基金委资助的“心脏干细胞”相关课题每年都有,从2003年开始,每年资助金额超过200万;从2010年之后,每年资助金额超过1000万。2000~2018年总资助金额在1亿以上。

什么是心脏干细胞(Cardiac Stem Cell)?此次哈佛大学撤稿对与心脏相关的干细胞研究意味着什么?

什么是心脏干细胞?

在谈论此次撤稿事件的影响之前,我们需要明确什么是心脏干细胞研究。与心脏相关的干细胞疗法有很多,利用心脏干细胞治疗心肌损伤只是其中一种。

当我们的皮肤被小刀划出口子,它在很短的时间内就能再生出新的皮肤细胞,让伤口愈合。如果你的肝脏被切下一半,它又会长回去。人体内的血细胞在不断地死亡,但同时,新的血细胞又会不断产生。我们身体的很多部位都有这样再生的能力,这种能力源于不同的机制,其中一个最重要的机制便是依赖干细胞分化成新的细胞——无论是皮肤细胞,还是肝细胞,还是血细胞。除此之外,已有细胞的分裂和生长也是一些器官再生的原因:比如肝的再生便是两种机制共同作用的结果。

然而,人类的一些器官的再生能力是极弱的,比如心脏。当心脏肌肉受到损伤后,几乎不会有新细胞再生以愈合伤口。美国格莱斯顿心血管疾病研究所(Gladstone Institute of Cardiovascular Disease)副主管Benoit Bruneau认为:“心肌细胞的再生不是通过干细胞,而是通过心肌极缓慢、周期性的细胞分裂”。

由于心脏没有自我修复能力,科学家们便期待利用干细胞修复心脏,以治疗心力衰竭等心脏疾病。“在过去的十五年的临床试验里,科学家们尝试了约十二种以上不同类型的干细胞。”辛辛那提儿童医学中心心血管生物学家Jeffery Molkentin说。需要注意的是,这些不同类型的干细胞都不是所谓的心脏干细胞,而是来源于骨骼肌、骨髓的干细胞。

心脏干细胞(Cardiac Stem Cell)特指心脏本身就有的、能够分化成各种心脏组织的干细胞。长时间以来,科学家们认为心脏并没有内源性的干细胞,而Piero Anversa则认为自己的团队发现了这样的干细胞,它们被c-kit+受体所标记,所以又叫c-kit+干细胞。

“Piero Anversa从小鼠心脏中分离出这些c-kit+干细胞,在实验室培养它们,等它们扩增后,把它们注射进受损伤的心肌区域。他宣称说,这些源自心脏的干细胞能够让受伤区域得到恢复。”Molkentin解释道。

心脏干细胞存在吗?

“问题是,从来没有任何一个Anversa实验室外的人,或者和Anversa无合作关系的人,重复出Anversa宣称的结果”,Molkentin说。

最初,对于这种质问,Anversa还能以“你们不知道怎么做”来回应。但之后,科学家们用不同的方法证实了小鼠心脏内不存在内源性干细胞。其中,Molkentin最早通过遗传示踪技术,发现并没有干细胞分化成为心肌细胞。“骨髓中,所有的造血干细胞也是由c-kit+受体标记。其他组织中确实会发现c-kit+干细胞,它们很可能是来自骨髓的造血干细胞。”Molkentin推测。之后,中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究组长周斌又通过另一方法,得到了类似结论。

在周斌的实验结果发表后,Molkentin综合周斌和其他研究者的结果,于《循环》(Circulation)杂志上发表名为《成体哺乳动物心脏不存在内源性再生干细胞的不可否认之证据》(Undeniable Evidence That the Adult Mammalian Heart Lacks an Endogenous Regenerative Stem Cell)的评论文章。 

Jeffery Molkentin在《循环》杂志上发表的评论文章,认为不存在内源性的心脏干细胞

然而,周斌本人对该实验结论的效用范围较为保守,他表示:“我们实验得出的是小鼠的结论,不能外推到人”。中国科技大学教授戴建武也表达了相同观点:“Molkentin在《循环》杂志刊发的文章有待实验验证。 哺乳动物种类繁多,不应该由一个动物模型结论推测到所有动物, 也不能直接推测到人类”。

Molkentin回应道:“这样说是有道理的。但是,人类心脏在心肌受损后并不会自我修复,所以即使存在内源性心脏干细胞,它们显然不是很有效。而且,猪在出生2至3天后,心脏同样再也不会进行任何意义上的自我修复。”

Bruneau则认为周斌等人的那种看法过于保守:“逻辑上,当然可能存在没被发现的心脏干细胞。可是,小鼠和人是很相似的,不同哺乳动物的器官间要真有那么大区别的话,我们早就从临床研究和病例研究上发现了,可现在没有任何相关证据。”Bruneau认为这种“不能推测到人类”的说法是研究心脏干细胞的人给自己找的台阶罢了。

同济大学副校长、复旦大学附属中山医院教授葛均波表示:“综合研究趋势看,心肌并不具备自身干细胞的可能性比较大。但科学发展的有效途径是争论,给科研留点时间,能给出更加清晰的答案。”

此次撤稿意味着什么?

由于一直没有人能够重复出Anversa实验室的结果,学界内部在此次撤稿事件之前就对Anversa的文章和理论报以怀疑。周斌表示:“说造假需要证据,但我们早就觉得他的工作不靠谱”。Bruneau认为,“此次撤稿为我们提供了很多重要的信息,比如他们采用了哪些手段让全世界的人相信心脏干细胞存在,比如他们造假的程度,以及我们如何评价Anversa实验室的整体工作”。

“以及,我们能够开始评价Anversa实验室外的工作,包括正在进行的那些研究和临床试验。参与其中的研究者是否也是诚实的?”Bruneau继续说道。

据“科学网”报道,在中文文献中,对心脏干细胞“作用机制”的基础研究缺乏,研究更多集中于临床研究——已被“证实”的心脏干细胞在临床上效果如何?Bruneau认为,“即使这些研究和c-kit+没有直接的关联,却是基于 ‘心脏干细胞存在’ 这个假设。这些工作也需要被从新评估。不过我怀疑是否会有人站出来做这种事,因为这会毁掉这些人长久建立起来的学术生涯。”

据《华盛顿邮报》报道,科学家们正强烈要求暂停一项进行中的临床试验。Anversa和该试验没有直接联系,但该试验的一部分基于Anversa的工作,并使用Anversa实验室生产的c-kit+干细胞。由于该试验需要使用活检,具有较大风险,目前已有一名受试者死亡。一个耐人寻味的事实是,该试验的负责人Roberto Bolli是《循环研究》杂志(Circulation Research)的主编,而Anversa的文章大多发表在该期刊。

在美国国立卫生研究院(NIH)官网,通过“心脏干细胞(cardiac stem cells)”关键字,我们能查到约200项相关的临床试验正在招募或进行。“我和很多同事都认为,与心脏干细胞相关的试验需要暂停。即使不暂停,也应该告知病患真实情况,因为很多病患依然以为自己在接受某种奇迹般的治疗”,Bruneau表示,“至少别再误导性地用 ‘心脏干细胞’ 这个词了”。

近年来,心脏自身干细胞的研究并不局限于ckit+细胞,还有研究认为Sca-1+细胞、Islet-1+细胞、边缘群细胞(SP),心肌球样细胞(Cardiosphere-Derived Cells)等也是心脏自身干细胞。葛均波认为:“这些发现同样存在争议。2018年周斌团队的实验结果提示,不管哪种标记,所有的所谓 ‘心脏干细胞’ 均不具备心肌再生能力。”Molkinten和Bruneau也表达了相同意见。

需要注意的是,此次撤稿对心脏干细胞以外、其他与心脏有关的干细胞研究没有影响。“Anversa发表研究的撤稿事件对目前干细胞治疗心脏病的影响有限, 因为基于c-kit+细胞的临床治疗项目不多。”戴建武说。

“如果心脏在体内本身不可再生,我们还可以通过别的途径使它再生。不能因为一条路走不通了,就把其他路也挡下”周斌说。

在一些商业中介的运作下,干细胞被吹捧成包治百病的“万能细胞”。葛均波提醒我们要注意干细胞目前仍处于科学研究阶段,远未到临床商品化的阶段。“事实上,在20年的干细胞治疗心脏病研究后,我们回头看时,发现一开始的诸多难题,如细胞类型、细胞剂量、移植途径、归巢效率、定植和分化、整合和功能等问题,即使到如今,依旧是难题。”葛均波说。

“好消息是,此次事件不会对干细胞治疗这个领域造成负面影响”,Bruneau表示,“但不是所有针对心脏的干细胞疗法都有前景”。

还有哪些与心脏相关的干细胞疗法?

目前比较常见的一种干细胞疗法是将骨髓间充质细胞MSC)从骨髓中抽出,并注入心肌受损区域。戴建武表示,由于病人入组条件、细胞移植方式、数量及质量这些因素不同,该疗法的效用还没有确切结论。一些文章对这些研究进行了总结分析,大致结论是移植安全性比较好,对短期心脏功能有一定改善,对心衰患者长期生存率没有明显效果。

事实上,MSC是否是干细胞依然有争议。“我们的用词需要更严格。MSC只是骨髓里的成纤维细胞,他们在任何环境下都不会分化成其他细胞。确实,我们在临床试验中发现,往心脏注射MSC会让心脏产生微小改善,但其机制并不清晰。”Molkentin说,“有人说MSC是通过细胞旁分泌效应激活体内修复,但这只是假说,尚未得到证实。”

“在欧洲和美国,人们还在尝试用MSC做临床试验。但效果不是特别理想。”Bruneau表示。

除了使用骨髓间充质细胞外,也有研究团队在做胚胎干细胞方面的尝试。华盛顿大学医学院和多伦多大学目前在灵长类动物上实验,将胚胎干细胞在体外培养成心肌细胞后,再将获得的心肌细胞注入心肌受损区域。Bruneau表示说该方法前景较好。实验中,用胚胎培养出的心肌细胞能够继续存活,并修补损伤心脏。据葛均波介绍,2018年公布了6例利用胚胎干细胞治疗心脏病的临床研究,初步证明了该方法的可行性和安全性,但距离临床应用还存在一定的问题,如胚胎干细胞的致瘤性、免疫排斥,及从胚胎中分离干细胞的伦理问题等。

和这种疗法相似的,还有一种利用诱导式多功能干细胞(iPSc)的干细胞疗法。iPSc是从皮肤细胞或者血细胞衍生而来:人们能将这些细胞去分化(dedifferentiate),让它们变回类似于胚胎干细胞的状态,处于该状态的干细胞就是iPSc。发明该技术的日本科学家山中伸弥于2012年获得诺贝尔生理学或医学奖。

一些科学家希望像利用胚胎干细胞一样利用iPSc,把iPSc在体外培养成心肌细胞后,重新植入受损心肌组织。据Molkentin介绍,日本现在正开展有史以来第一次利用iPSc的小型临床试验,结果还有待观察。

综上,此次哈佛撤稿事件影响重大,但并不会波及心脏干细胞研究以外的干细胞治疗领域。然而,如果事实真如《中国新闻周刊》所报道,自然科学基金委对心脏干细胞课题投入巨大,我们需要问:其中多少是基于Anversa持有的基础理论?多少又是基于Anversa以往的研究结果?其中多少属于基础研究,多少是在考察心脏干细胞的临床效果?在中国,心脏干细胞领域和其他干细胞研究是否存在盲目跟风,甚至作假的现象?

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