银河国际点击登录:国内心脏干细胞研究陷入,什么技术被质疑了近二十年

打了好几架,什么技术被质疑了近二十年?
国内心脏干细胞研究陷入“造假大地震”?

多年前的一场学术会议上,两位心脏病理学领域的“大牛”掐了起来。

■本报记者 甘晓 见习记者 高雅丽

美国华盛顿大学的Charles
Murry教授站在讲台上,只讲了一页与自己工作有关的PPT后,就话锋一转,说:“我们验证了Piero
Anversa的研究,发现他的数据都是不能重复的。”

10月23日晚上7点,复旦大学附属中山医院心内科的年轻医生白英楠刚刚结束诊疗。这两天,她的名字不断以中文、英文的形式频繁出现在网络上,和科研造假、学术不端联系了起来。

受到指责的这位Anversa当时就坐在听众席上。要不是有人拉架,两人险些把学术之争升级为拳脚之战。

白英楠感到有点冤。她对《中国科学报》记者表示:“我没有任何科研造假的行为。”

近日,Charles Murry“大仇得报”。Piero
Anversa的31篇论文面临撤稿,这些论文已被确认包含篡改或编造的数据。《科学》杂志将其称为本世纪最臭名昭著的科学欺诈案件之一。

和白英楠一样处境尴尬的,还有一位心脏干细胞领域的研究者。在最近的一次学术会议上,好几位大同行向他悄悄打听:“新闻上说你搞的那个心脏干细胞是假的啊?”

争议的焦点:干细胞能否治疗心脏病?

因美国哈佛大学医学院建议撤回Piero
Anversa的31篇论文,国内心脏干细胞研究者陷入“造假大地震”疑云。《中国科学报》记者经深入调查发现,国内心脏干细胞研究集中在讨论各类干细胞治疗心脏病的临床前研究,与涉嫌造假的c-kit阳性心脏干细胞分化无关。尽管如此,该领域实验的可重复性也应得到足够重视,警惕“假阳性”结果贸然发布。

“我一点也不感到意外。”中科院生物物理所研究员马跃对《中国科学报》记者说,“十多年来一直有人驳斥他的数据有问题。”

c-kit在国内

科学家们争议的焦点,在于一种叫作c-kit的干细胞究竟能不能转化为心肌细胞,进而治疗心肌梗塞。

让白英楠陷入尴尬的这件事,起因要追溯到2010年初。结束研究生阶段对内皮祖细胞研究的白英楠,经过一名日本教授的推荐,被复旦大学派往Anversa实验室做访问学者。

早在2001年,Anversa研究组就声称他们把来源于骨髓的c-kit干细胞注入到患有心脏病的老鼠心脏内,这些细胞在9天内成功转化成为心肌。两年后,Anversa又提出心脏里本来就有c-kit干细胞,可以用来修复心肌。

近3年里,白英楠被安排在一位叫Polina
Goichberg的研究员的小组里,研究ephrinA1这个信号通路对c-kit阳性心脏干细胞修复心肌作用的影响。“Anversa实验室分工明确,我所在的小组只负责心梗小鼠的动物实验部分,在此之前的c-kit阳性心脏干细胞分离培养,以及后续的检测其迁移情况的体内实验,都是由其他小组操作。”白英楠表示。

因为这些石破天惊的研究,Anversa被认为是心肌细胞再生领域的开创者,在国际学术界享有极高的名望。

2011年,《循环研究》杂志发表了该实验室有关ephrinA1的研究,加上通讯作者Anversa本人共有16名作者,白英楠位列第二。2011年至2015年期间,另外4篇有关ephrinA1的研究论文陆续发表,都带上了白英楠的名字。

这套激动人心的技术很有市场。由于骨髓和血液中的干细胞比较容易分离得到,因此很多医生都为这些细胞能拿来治病的前景振奋不已,不少知名的心脏病医院都曾组织开展相关研究。

2012年底,白英楠结束访问学者工作回到复旦大学中山医院,没有带回更多的与c-kit阳性心脏干细胞相关的信息,生活的重心也从科研变成了治病。“很可惜我没有申请到课题,相关研究工作都停止了,也没有再发表过论文。”她表示。

但在同行圈子里,Anversa和他的理论一直备受质疑。

事实上,在造假“实锤”前,c-kit阳性心脏干细胞已经陆续受到其他研究小组的质疑。质疑的焦点是,重复开展的实验中,没有观察到c-kit阳性心脏干细胞的分化。

有一次,马跃接待前来交流的美国印第安纳大学教授Loren
Field。这位知名学者拿出许多数据,试图向他说明为什么这类研究并不靠谱。

据《中国科学报》记者对中文论文的查实,国内心脏干细胞研究者大多来自医学院,对心脏干细胞临床使用问题最为关心。因此,与c-kit阳性心脏干细胞的相关研究主要集中在临床前,已被证实有效干细胞与其他因子如何协同配合、解决如何移植和归巢等临床问题是其主要创新点。而更基础的、曾引发争议的“作用机制”方面,则缺乏实证研究。

“Field告诉我,他实验室里的两位博士后由于选择了错误的研究方向,最终不得不中断自己的学术生涯。他很担心这些研究也会导致相似的不良后果。”马跃说。

2016年一篇发表在《生理科学进展》上的综述文章描绘了关于c-kit阳性心脏干细胞的研究现状,其行文逻辑也从侧面体现出国内该领域研究的思路——好用是关键。文章指出,c-kit阳性心脏干细胞在心肌梗死、心力衰竭等心脏疾病中的作用得到了多项体内外实验及临床试验的证实,但“其治疗机制仍在争议中”。

Field正是最早提出对Anversa质疑的学者之一。2004年他在《自然》杂志上发表一篇论文,题目就叫《在心肌梗死中,造血干细胞不能转化为心肌细胞》。

自Anversa先后发表c-kit阳性心脏干细胞可以分化成心肌细胞的结果后,将攻克心脏病作为毕生事业的复旦大学附属中山医院心内科主任、中科院院士葛均波萌生了尝试新型的c-kit阳性心脏干细胞治疗心脏病的想法。

由于心肌梗塞会造成大量心肌细胞不可逆的坏死,因此治疗这种疾病的核心问题就在于产生新的心肌细胞。遗憾的是,没过几年就有学者跳出来发表文章,称Anversa的这种方法没法产生新的心肌细胞。

从Anversa实验室获知c-kit阳性心脏干细胞的细节时,作为一名临床医生,葛均波也否认了其在临床上使用的可能。“Anversa提出取得c-kit阳性心脏干细胞的一个条件,必须做左心房的心肌活检,这需要在左心房开一个差不多5毫米深的口子,而左心房本身厚度只有4毫米左右,就像一张薄纸。当时我就觉得这样操作会有让心脏破裂的风险,还要得到伦理委员会的批准,很难做得下去。”葛均波说。

今年4月,中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员周斌在《循环》杂志上发表论文,指出成年小鼠发生心肌梗塞后,非心肌细胞不会变成心肌细胞去弥补创伤。

换句话说,c-kit阳性心脏干细胞的问题在于作用机制,国内的研究大多则跳过了验证机制,直接进入更下游的效果方面。如果研究者在效果观察的实验中没有撒谎,因c-kit阳性心脏干细胞造假而被怀疑的集体造假便无从发生。

“我们只在小鼠中做了实验,但依据进化的保守性,我们可以想象人体心脏内干细胞存在的可能性会比较小。”周斌对《中国科学报》记者说。

除了临床前研究,国内鲜有基础研究着眼于细胞示踪技术。此前,细胞示踪技术存在的瑕疵成为对c-kit阳性心脏干细胞是否分化的争论关注点之一。普遍采用的细胞示踪技术需要对所观察的细胞进行染色,存在一定染错率。同时,标记c-kit阳性心脏干细胞达不到百分之百准确,会“渗漏”到其他类型的细胞上。例如,“渗漏”到心肌细胞中,实验者就会观察到心肌细胞的后代,并将它们误认为是由c-kit阳性心脏干细胞分化的细胞。

今年8月,美国辛辛那提儿童医院医疗中心的著名学者Jeffery
Molkentin也在《循环》上发表论文,题目同样开门见山:《确凿证据表明成年哺乳动物心脏缺乏内源性再生干细胞》。

为此,近年来,中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员周斌研究组对c-kit阳性心脏干细胞进行遗传谱系示踪,结果发现不论是在心脏的生理稳态还是心脏梗死后,c-kit阳性细胞都极少贡献心肌细胞。

论文这样写道:“过去20年中,成体干细胞介导的梗塞组织心肌再生,一直是心血管医学的一大希望……心脏自身包含心肌细胞再生干细胞的说法绝对是整个讨论的核心……证据表明‘成体干细胞注射’在患者中是安全的,但其疗效尚不清楚……这些研究结果表明,c-kit干细胞谱系产生心肌细胞是一种非常罕见的事件(<0.005%),比心肌细胞的已知生理周转率低几个数量级。”

为了验证假设,课题组采用即时谱系示踪的方法,将非心肌细胞和新产生的心肌细胞标记上与现存的心肌细胞不同的荧光标记,证明了c-kit阳性心脏干细胞在心脏生理稳态和损伤修复中主要贡献的是冠状动脉内皮细胞,而不是心肌细胞。

此外,Robert Robbins和文章开头提到的Charles
Murry都曾撰写论文反驳Anversa的研究。

用干细胞治疗心脏的思路一起“凉凉”?

不能重复的结果,构成学术不端吗?

更进一步,国内有关用干细胞治疗心脏病的研究,亦在此次被疑“跟风”学术造假的范畴内。

尽管学界一直议论纷纷,但要下“学术不端”的结论还是很不容易的。

复旦大学附属中山医院心内科教授黄浙勇告诉《中国科学报》记者,目前新闻报道中的“心脏干细胞”,是指心脏自身的干细胞。而希望用来治疗心脏病的干细胞,远不止c-kit阳性心脏干细胞这一种。

“这次判定Anversa的31篇论文存在数据造假,只有一种可能,就是抓到了哪些具体的数据是伪造的。”马跃说。

人的许多成体器官中自身包含一些干细胞,让其受伤后可以不断再生。长期以来“心肌梗死或心肌受损后不能有效自我修复”是科学界的共识,因此如何修复受伤的心肌,成为科学家需要攻克的难题。

他这样打比方,如何判定一个人是偷戒指的小偷呢?光是看到他手上戴着一模一样的戒指是不够的,因为他可能恰巧买到了一样的戒指,或者无心捡到了遗失的戒指。只有用监控拍下来他的行窃行为,才能判定偷窃。

直到2003年,Anversa发表论文称发现了心脏原位的“c-kit阳性心脏干细胞”。c-kit是细胞表面的一种受体,Anversa自称发现了带有这种标记物的心脏干细胞,并以此命名。

那么,用干细胞治疗心脏病这条路是不是就彻底堵死了呢?

此后,多个研究小组重复了Anversa的实验,并对结果提出了质疑,都是围绕c-kit阳性心脏干细胞开展。最新的进展在今年8月,周斌在《循环》杂志发表实验结果显示不存在心脏干细胞。

有趣的是,今年7月,跟Anversa掐过架的那位Charles
Murry在《自然—生物技术》上发表文章,声称将人心肌细胞注射到心脏病发作的猴子中有助于让这些猴子的受损心脏更好地泵血。

葛均波介绍:“c-kit阳性细胞的发现的确让人眼前一亮,但最新的谱系示踪技术发现成体心脏的非心肌细胞不会转分化为心肌细胞,也就是说不管哪种干性标记,‘心脏的自身细胞’均不具备心肌再生能力。这的确让人沮丧。”

而这项研究中所使用的人心肌细胞,正是由人胚胎干细胞经重编程后产生的。

但是,从理论上讲,修复受损的心肌除了用心脏自身的干细胞之外,也可以用其他来源的干细胞。例如间充质干细胞、诱导式多能性干细胞、胚胎干细胞。这些干细胞不是来源于心脏,但在一些实验或临床试验中显示具有修复心肌的效果,具体机制仍在探索中。

“干细胞移植恢复心脏功能的研究,其实是个很大的领域。尽管有些人过于夸大了自己研究的作用,但我不认为整个领域都走入了死胡同。”马跃说。

比如,黄浙勇介绍,对于MSC,最初研究者信心满满地认为,直接将MSC注射于坏死的心肌中,可以“分化”为“崭新”的心肌细胞,从而取代坏死的心肌。但事实并不如想象中那么美好,注射的MSC在心肌内停留的数量极少,生存的更少,那些少量存活的MSC在心肌内也无法分化成心肌细胞。

“但也不要认为干细胞治疗心脏疾病一定行不通。”周斌说,“干细胞治疗心脏疾病的机制可能有多种,这次事件只是意味着我们需要更好的技术严谨地进行这个领域的相关研究,深入阐明其具体作用机制。”

近年来,科学家也提出了新假设,MSC移植的获益并非源自细胞再生,而是MSC在进入人体后,通过旁分泌产生一些细胞因子,与正常心肌细胞相互作用,改善了心梗愈合过程,可以为心梗患者带来些许获益。

《中国科学报》 (2018-10-19 第1版
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正是如此,在中文数据库中按“心脏干细胞”搜索的结果,并按被引排序首页的论文,都集中在骨髓MSC的实验上,和c-kit阳性心脏干细胞无关。

ES和IPS正在成为治疗心脏病的另一个途径。近年来,中科院生物物理所研究员马跃带领研究小组设计了新的心肌分化方法,在体外实验中让人体ES可以在14天内高效分化成心房肌细胞和心室肌细胞,这些细胞具有心房肌细胞和心室肌细胞在胚胎时期的电生理特征。这一研究成果使在实验室内大量培养生产人的心房肌细胞和心室肌细胞成为可能。心肌梗死发生在左心室,这决定了心室肌细胞是最适合用于细胞移植治疗心肌梗死的细胞。

“从理论上来看,成体细胞本身的性质作为一种‘内因’,决定了通过任何成体细胞转分化为心肌细胞去实现修复心肌这一目标都不太现实。而过去所证明成体细胞‘有效’的实验结果,很大程度上是它们作为‘外因’辅助心脏提高了其功能,例如旁分泌。”而马跃解释,“ES和IPS分化的心室肌细胞因具有收缩功能,可以直接提高心脏的功能,成为心脏修复的‘内因’。”

在他看来,未来的发展方向将是“内因”和“外因”的结合,基础研究和临床研究还需要大量共同努力。

从这个角度看,国内心脏干细胞研究依然集中走在“正道”上,并不会因为一种干细胞类型的造假而全军覆没。

警惕把“假阳性”当重大成果发布

综上,学术造假的“大地震”并没有发生。但是,和学术造假同样值得重视的,是心脏干细胞研究乃至整个干细胞、生命科学领域过于急功近利的现象。

“都想做创造历史的人。”这是曾对Anversa实验进行过质疑的西雅图华盛顿大学的Charles
Murry对心脏干细胞领域研究的评价。

Anversa数据造假的最大动因正是作为新科学的重大发现者,名誉和经济上的双丰收。谁都无法抵御这样的诱惑。

中国科学技术大学生命科学学院教授薛天表示,美国也曾“一窝蜂”地急于把这个成果应用到临床上。多个美国心血管领域的“大牛”投入大量人力物力,美国国立卫生研究院在此后10余年里也投入大量科研经费研究其理论和潜在应用。

“科学界有一个说法,不同凡响的发现需要不同凡响的证据。整个心血管领域没有真正遵循这个原则,为了‘重大科学发现’而降低了科学证据的评判标准。”薛天告诉《中国科学报》记者。

例如,心肌极为敏感,假阳性的情况极容易出现,在确保学术诚信的前提下,仍然引发该领域研究者对现发表论文可重复性的高度怀疑。“心肌研究要十分谨慎,即便往受损的心肌中注射生理盐水,都能在短时间内由于诱发炎症反应而短暂恢复部分功能,但这并不代表打进心脏的东西就真正起作用。如果不采用严格的标准,很容易得出错误的结论。”薛天强调。

在他看来,尽管无法证实中国研究者存在造假嫌疑,但中国研究者发表的文章体现出低端重复科研的特点。

在学术诚信的前提下,国内外心脏干细胞研究都表现出的急于求成而忽视严格科研标准的现象,值得学术界反思。

此外,将“一次性故事”、假阳性当成重大科学进展,也成为生命科学领域近年来屡次成为“大型车祸现场”的重要原因。

一位国内生命科学研究者对《中国科学报》记者表示,欧美科学家2003年前后频繁报告生命科学领域的重大进展,以当时中国学者水平很难与其相提并论,研究难以在顶尖杂志上发表。“我们有一个玩笑式的说法,想要发CNS(《细胞》《自然》《科学》),就去验证那些重大进展,写负面结果的报告。”他说。

科学哲学家科林斯提出的“实验者倒退”的概念,或多或少可以解释生命科学领域大量成果无法重复的现象——当实验系统给出正确答案,你就知道实验系统是有效的,但只有在信任实验系统后,你才知道正确答案是什么。

一位不愿透露姓名的中科院院士表示,和许多生命科学研究的情况类似,干细胞领域尚处在科学前沿,一些科研工作者一味追求重大科研发现,对实验数据的可重复性重视不够。“尤其是有的导师长期不做实验,对学生做出来的数据无法把握,导致许多论文实际上描述的是‘一次性故事’,结果不可重复。”

研究者呼吁,包括干细胞在内的生命科学领域的发现固然重大,但仍应首先强调学术诚信问题,同时也应把科学的严谨性放在重要位置。

《中国科学报》 (2018-10-29 第1版
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