1.誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞如何來？

·何謂重編程？

現(xiàn)在我們來談?wù)務(wù)T導(dǎo)多能性干細(xì)胞。

要談?wù)T導(dǎo)多能性干細(xì)胞，首先我們要弄清一個概念，就叫做“重編程”。

重編程：就是將已分化細(xì)胞的核基因組恢復(fù)其分化前的功能狀態(tài)。

我們知道，每一個細(xì)胞的細(xì)胞核都包含有這個生物個體的幾乎所有的遺傳信息（還有極小的一部分儲存在線粒體中），這些遺傳信息決定了我們可以發(fā)育成什么樣的個體，這就叫做“細(xì)胞核的全能性”。

對于每一個細(xì)胞來說，它們的DNA序列雖然都是一樣的，但是它們的DNA、染色體以及核蛋白的模式、結(jié)構(gòu)和修飾（化學(xué)修飾，比如甲基化、乙?；?、磷酸化和糖基化等）是不一樣的，而這些差異導(dǎo)致了細(xì)胞命運的不一樣，使它們有的可以分化成多種細(xì)胞，有的就只能行使一種功能。

在高等生物發(fā)育的過程中，DNA、染色體以及核蛋白的改變基本上是一個不可逆的程序化的過程。就像一個嬰兒，出生以后就會不斷地長大，長成兒童、少年、然后是青年、成年和老年，不會一會兒是青年一會兒又變成了嬰兒，那不就亂套了嗎？可是科學(xué)家們就是想要它亂套，想要得到“返老還童”的細(xì)胞，所以才有了“重編程”這個概念。

最早的重編程是在兩棲動物――青蛙上實現(xiàn)的。1952年5月，美國賓夕法尼亞州費城的羅伯特·威廉姆·布里格斯和托馬斯·約瑟夫·金在《美國科學(xué)院院報》上發(fā)表文章，他們成功地把一個青蛙的卵母細(xì)胞的核去除后，移入了一個青蛙的成體細(xì)胞的細(xì)胞核，并將這個卵母細(xì)胞培養(yǎng)，使其發(fā)育成為了一個完整的個體。這是世界上首次的動物克隆，其后的“多莉”羊也就是在這個工作的基礎(chǔ)上完成的，其原理完全一樣，不過過程要復(fù)雜艱巨得多。越是高等的動物，這個過程也就越麻煩。

但是這種核移植的重編程方法非常麻煩，需要很精密的專業(yè)設(shè)備和非常嫻熟的技術(shù)人員，最麻煩的還是需要有卵子做受體。所以科學(xué)家們總是在動腦筋，怎么才可以不用卵子、不進(jìn)行核移植就讓細(xì)胞重編程呢？

在科學(xué)家們的不懈努力下，2006年，第一次培養(yǎng)成功了小鼠的“誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞”，首次實現(xiàn)了體細(xì)胞的非核移植的重編程。這是一個劃時代的發(fā)現(xiàn)，很多人都在猜測，這個工作會在哪一年獲得諾貝爾獎呢？

·誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的前世今生

2006年，日本的大帥哥科學(xué)家山中伸彌和他的同事高橋一俊首次在體外培養(yǎng)成功了小鼠的“誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞”。

他的這個工作的設(shè)計說起來非常簡單，就是選擇了24個在胚胎干細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)的基因，用病毒系統(tǒng)來做轉(zhuǎn)基因操作，讓它們在成體細(xì)胞中特異性的表達(dá)，然后看它們會導(dǎo)致細(xì)胞有什么變化。然后依次去除這些因子的一部分進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作，最終他們篩選出了4個基因：Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，發(fā)現(xiàn)把它們一起轉(zhuǎn)入小鼠的成纖維細(xì)胞后，可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞重新回到幼稚的胚胎干細(xì)胞狀態(tài)。

但是，說起來容易做起來難，要知道24個基因那就得有多少種排列組合？當(dāng)然山中伸彌他們不會去試每一種，但也一定嘗試了很多種。最重要的是，當(dāng)時并沒有人知道這樣做是否能做出什么結(jié)果來，也許做了很久什么結(jié)果也不會有。

當(dāng)時最著名的胚胎干細(xì)胞實驗室美國威斯康星大學(xué)的詹姆斯·亞歷山大·湯姆森教授的實驗室也在做類似的工作，他們也選擇了24個基因，也在試哪些排列組合可以得到什么樣的結(jié)果，只不過他們是在人類細(xì)胞中進(jìn)行，而山中伸彌他們是在小鼠細(xì)胞中進(jìn)行。在這種情況下，一個小實驗室的工作人員會很容易產(chǎn)生這樣的念頭：那些大科學(xué)家都在做，我們能做得過他們嗎？不知道山中伸彌這樣想過沒有，不過重要的是無論他想了沒有，最終他堅持下來了，還獲得了成功。

生物科學(xué)到目前為止還主要是一門實驗科學(xué)，所以經(jīng)常是“只有做不到，沒有想不到”，想法人人都能有，但是是否能做出來，除了靠努力外，還有運氣的成份。不過，不去做那就絕對不會成功。對于這樣一個前途渺然，工作量又極大的工作，山中伸彌他們可以投入那么大的精力去做，而且還最終把它們做了出來，不能不叫人佩服。

這不是說山中伸彌他們靠的是運氣，因為他們之后又不斷的發(fā)表文章，2007年又與詹姆斯·亞歷山大·湯姆森同時發(fā)表了人的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的形成，之后又有多篇高質(zhì)量文章面世，說明他們實驗室的整體實力是非常強(qiáng)的，第一篇文章并非幸致。

·兩組神奇的四劍客

被山中伸彌用來誘導(dǎo)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的四個因子現(xiàn)在被稱為亞瑪納卡因子，它們后來又被用來在人的細(xì)胞中表達(dá)，也成功的獲得了人的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞。這組因子就是Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，是第一組神奇的四劍客。

我們前面講過，在山中伸彌在小鼠身上使勁時，詹姆斯·亞歷山大·湯姆森他們也正在用人的細(xì)胞做著同樣的嘗試。當(dāng)山中伸彌在小鼠上的成果發(fā)表后，他們倍感壓力，但還是堅持了自己的研究路子，最后發(fā)現(xiàn)了另一組因子Oct4、Sox2、Lin28和Nanog可以將人的成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)成為誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，也就是第二組神奇的四劍客。

這兩篇文章同一天發(fā)表于《細(xì)胞》和《自然》雜志，雖然詹姆斯·亞歷山大·湯姆森實驗室的結(jié)果要較早一點做出來。這也許是兩個雜志協(xié)商后的結(jié)果，人們都猜測是因為這種轟動性的研究成果是有可能獲得諾貝爾獎的。

值得一提的是，在詹姆斯·亞歷山大·湯姆森實驗室主要做這個實驗的，是一位來自中國的年輕女科學(xué)家――俞君英。在此之后，她又接受挑戰(zhàn)，研究無基因插入的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的建立，并成功的得到了用質(zhì)粒介導(dǎo)的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，這也是誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞研究中一個里程碑式的成果。作為一個年輕的科學(xué)家，可以預(yù)見，俞君英在未來還將在這一領(lǐng)域做出更多更好的工作，再創(chuàng)輝煌。

這兩組神奇的四因子都有一個共同的特點：除了Lin28以外，它們都是轉(zhuǎn)錄因子。

那什么是轉(zhuǎn)錄因子呢？讓我們先說說什么是轉(zhuǎn)錄。我們知道，大部分生物的遺傳信息都儲存在DNA中，但真正行使功能的卻主要是蛋白質(zhì)，在DNA和蛋白質(zhì)之間還有一個媒介，就是RNA。簡單的說就是DNA“轉(zhuǎn)錄”成RNA，RNA再“翻譯”成蛋白質(zhì)。而轉(zhuǎn)錄因子呢？就是一類可以促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的蛋白質(zhì)。

在生物體中，轉(zhuǎn)錄是一個非常復(fù)雜的過程，所有蛋白的轉(zhuǎn)錄都受到著嚴(yán)密的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄因子可以特異性的結(jié)合在特異的DNA序列上，保證目的基因以特定的強(qiáng)度在特定的時間與空間表達(dá)特定的蛋白質(zhì)分子。

所以每一個轉(zhuǎn)錄因子都是一系列蛋白表達(dá)的開關(guān)，而無論是山中伸彌還是湯姆森的四因子，都是這樣的開關(guān)，每個因子都會調(diào)控一系列的蛋白，而且它們之間還會有相互作用，最終導(dǎo)致一系列的生化反應(yīng)，最終把細(xì)胞帶上重編程之路。

亞瑪納卡四因子包括：Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4；湯姆森的四因子則包括：Oct4、Sox2、Nanog和Lin28。

由此我們可以看出，這兩組神奇的四因子中Oct4和Sox2比較重要。事實上Oct4是其中最重要的一個，目前已經(jīng)有多個實驗室在不同種類的細(xì)胞中實現(xiàn)只用Oct4就誘導(dǎo)成功誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的。不過這都是在小鼠上，人的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)要復(fù)雜得多也困難得多。

·四劍客的分道揚(yáng)鑣

具有神奇功能的6個因子，并非都是“全優(yōu)生”，c-Myc根本就是個原癌基因，Nanog、Klf4都是候選原癌基因，Oct4和Sox2也在腫瘤中有表達(dá)，只有Lin28似乎好一點，但它又是所有這6個因子中研究得最少的一個。

所以，擺在科學(xué)家面前的問題就是：如何用更少的因子做出同樣的事情來？

首先被淘汰的，當(dāng)然就是“最不好”的c-Myc了，誰叫它是原癌基因呢？但同時它又是提高誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞誘導(dǎo)效率的主要因素，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)效率本來就不高，去除c-Myc后又會低不止一個數(shù)量級，所以要淘汰c-Myc，就要提高誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)效率。小鼠細(xì)胞增殖快，易于培養(yǎng)，所以在經(jīng)典的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞問世不久，就有人做出了沒有c-Myc的細(xì)胞，但是人的和其他動物，特別是靈長類的動物的無c-Myc的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)至今還是困難重重。

Nanog和Klf4是一對可以相互影響的因子，它們在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)中有著微妙的作用，可謂“增一分則太長，減一分則太短”，但并非完全不可或缺。特別是Klf4，不但在許多成體細(xì)胞中有表達(dá)，而且可以在多種刺激下誘導(dǎo)表達(dá)。目前已經(jīng)有人做出來，用磷酸二酯酶的促進(jìn)劑來調(diào)控Klf4的表達(dá)，大幅度的提高了誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的形成效率；同時也有人利用本身就高表達(dá)klf4的成體細(xì)胞誘導(dǎo)成功誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的例子。

Lin28是一個翻譯加速器，翻譯水平上調(diào)控蛋白質(zhì)合成的一個因子，它的作用也并非不可或缺，實際上在我們的研究中，貌似Klf4也有類似的作用。

最后，就是Oct4和Sox2了，其中又以O(shè)ct4更為重要，雖然很早就有人做出來組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶G9a的抑制劑BIX-01294可替代Oct4在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)中起作用，但這種化合物毒性極大，作用卻不強(qiáng)，實際上并不能替代Oct4在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)中起作用。倒是Sox2在神經(jīng)系統(tǒng)的干細(xì)胞、祖細(xì)胞等中都有表達(dá)，它又是通過保持Oct4的適當(dāng)表達(dá)水平穩(wěn)定胚胎干細(xì)胞的多能性的，所以在沒有Sox2的情況下，也可以誘導(dǎo)出來誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞。

就這樣，四劍客分道揚(yáng)鑣了：Oct4是“八風(fēng)吹不動，穩(wěn)坐紫蓮臺”無可或缺；c-Myc則是“棄你沒商量”，能不用就不用；Klf4和Sox2可以“自力更生”，用藥物誘導(dǎo)；而Nanog和Lin28則是誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞這出大戲的“配角”，可以被替換的。

原本神奇的亞瑪納卡四因子選出了它們當(dāng)然的“王”——Oct4。

 

2.誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的優(yōu)勢

·倫理優(yōu)勢

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞無疑是最近幾年干細(xì)胞學(xué)界、甚至是生物學(xué)界最重要的發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的人都認(rèn)為它將是未來諾貝爾獎的當(dāng)然贏家，只是或遲或早，哪些人來分享的問題（當(dāng)然山中伸彌是一定榜上有名的）。它的優(yōu)勢是那么明顯，簡直就是不言自明的。

最重要的優(yōu)勢就是，它規(guī)避了胚胎干細(xì)胞研究的倫理壁壘，用成體細(xì)胞來培養(yǎng)出胚胎干細(xì)胞，完全不涉及有關(guān)胚胎啦、生命啦、意識啦這些問題。其次，也規(guī)避了捐獻(xiàn)的供體和受體的問題，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)完全可以做到用你自己的細(xì)胞治療你自己的疾病，不用他求，只要你自己愿意就可以了。

說起來，奧巴馬還真是運氣，在他之前，小布什大張旗鼓地禁止干細(xì)胞研究，一時間干細(xì)胞學(xué)界萬馬齊喑，前途一片晦暗。而奧巴馬一上臺就正好趕上誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞橫空出世，干細(xì)胞研究一片欣欣向榮，奧巴馬正好又是一個旗幟鮮明的“挺干細(xì)胞”派，由此順風(fēng)順?biāo)?，干?xì)胞研究從此走上快車道，以后對世界經(jīng)濟(jì)的積極作用不可限量。當(dāng)后人提起此事時，除了對科學(xué)家們的敬仰外，恐怕也不得不佩服一下奧巴馬的遠(yuǎn)見卓識吧？

·免疫優(yōu)勢

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的免疫優(yōu)勢也是不言而喻的，胚胎干細(xì)胞本來就是一種免疫原性很弱的細(xì)胞，而采自自身的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞理論上講是應(yīng)該沒有任何免疫排斥的。

不過最近有文章指出，因為誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞在體外培養(yǎng)多代，要用于治療又會有一個重新分化的過程，從成體細(xì)胞去分化，到體外培養(yǎng)，再到重新分化，這是一個非常復(fù)雜的過程，在這個過程中難保不會發(fā)生免疫原性的變化。特別是對免疫細(xì)胞來說，還有一個免疫重排的問題，所以我們不能掉以輕心，以為取自自身的細(xì)胞，自身就一定不會排斥。在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的免疫原性問題上還有大把研究可做。

不過無論如何，就算重分化后的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞又重新獲得了免疫原性，這種免疫原性也會是非常非常弱的，比起來自其他人的成體干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞都要弱很多很多，如果單從免疫原性角度來考量，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞應(yīng)該是當(dāng)然的首選。

順便說一下，在理論上講，我們甚至可以嘗試用誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞來治愈艾滋病。請注意，這里講的可是治愈噢！艾滋病的發(fā)病主要侵襲的是T細(xì)胞，在T細(xì)胞中復(fù)制轉(zhuǎn)錄，并且破壞T細(xì)胞從而導(dǎo)致免疫缺陷，如果我們用誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的方法，在T細(xì)胞中轉(zhuǎn)入抑制艾滋病毒的基因，就可以使艾滋病毒不能再復(fù)制轉(zhuǎn)錄以至生存，這樣，不就可以治愈艾滋病了嗎？事實上已經(jīng)有科學(xué)家在往這個方向努力了。

·個體優(yōu)勢

佛說“一花一世界，一葉一菩提”，而這個世界上沒有兩片葉子是相同的，人也是這樣，看上去我們都是一個鼻子倆眼睛，但是身體上卻是千差萬別的，所以有的人感冒抗一抗就過去了，有的人住院吊水還要拖個十天半個月的。

實際上生物界正是由于這樣的千差萬別才會如此的欣欣向榮。

但是，遇到疾病就悲劇了，如果哪個藥說百分之百治愈某病，那可千萬別信，那一定是騙人的。

這時，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的優(yōu)勢就又出來了，因為它能給你提供“個性化服務(wù)”，比如說某人患上了某種疾病，治療這種疾病的藥物有很多種，我們不知道哪些更適合他，這樣我們就可以把這個人的細(xì)胞取出來，做成誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，再分化成這種疾病所侵襲的細(xì)胞，在分化過程中或/和分化后，用不同的藥物或藥物組合去處理細(xì)胞，這樣就能找出針對這個人的最合理的藥物組合，這樣用起藥來不就事半功倍了？

當(dāng)然，這只是個極端的例子，事實上比較合理的做法是：基于很多疾病都會有很多分型，同樣一個病基于的基因型可能千差萬別，我們可以通過誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)建立各種分型的細(xì)胞庫，再用這些細(xì)胞庫來篩選藥物，其主要的優(yōu)勢是在于細(xì)胞比較容易獲得，易于培養(yǎng)。因為成體細(xì)胞是很難在體外長期傳代培養(yǎng)的，而誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞是一種胚胎干細(xì)胞，在理論上講是可以無限傳代的，而且也是一種易于基因操作的細(xì)胞。

同時，我們還可以通過這些細(xì)胞的重分化過程，研究這些疾病是如何發(fā)展的，是哪些基因、哪些因素導(dǎo)致了這些疾病，它們之間的關(guān)系是怎樣的，這也為我們治療這些疾病提供了依據(jù)。用誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)，我們可以把細(xì)胞的狀態(tài)上溯到胚胎發(fā)育的早期，從最初的源頭來研究這個疾病，特別適合研究那些有遺傳因素的疾病。

·技術(shù)優(yōu)勢

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞還有一個優(yōu)勢就是技術(shù)優(yōu)勢。雖然誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞如此的大名鼎鼎，但它所基于的技術(shù)卻相當(dāng)簡單，是許多分子細(xì)胞實驗室本來就具備的，其實也就是一個轉(zhuǎn)基因技術(shù)（經(jīng)典的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)）。這個技術(shù)不但成熟簡單，而且相對便宜：傳統(tǒng)的核移植除了要求要有非常熟練的經(jīng)驗工，完備的實驗室，優(yōu)質(zhì)的實驗動物（人的就干脆沒法兒做）外，光一臺顯微操作的顯微鏡就要動輒幾百萬，這又有幾個實驗室負(fù)擔(dān)得起？而誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)把技術(shù)門檻降低了很多，使得很多普通實驗室也能嘗試，也能成功。

所以一旦山中伸彌的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞文章一出現(xiàn)，馬上就在世界上掀起了誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞狂潮，從06年唯一的一篇誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞文章開始，到現(xiàn)在已經(jīng)有3000多篇文章發(fā)表，而且后續(xù)的研究還在井噴式的發(fā)展中。這一方面是因為誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用的前景非常廣泛，另一方面也與這一技術(shù)的簡單易行脫不了干系。

所以，在這個新興的領(lǐng)域，我國的科學(xué)家也不甘人后，建立了全球第三個擁有此技術(shù)的實驗室，做出了很多最前沿的工作，特別是最后為誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞正名的“板上釘釘”的“四倍體小鼠”的實驗，是中國實驗室在這個領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)之一。后面我們還將介紹我國科學(xué)家在這一領(lǐng)域的另一個重要貢獻(xiàn)。

可以說，在這個新興的科研領(lǐng)域，我國科學(xué)家與世界各國的科學(xué)家一同起步，走在了這個領(lǐng)域的最前沿。

 

3.誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞發(fā)展現(xiàn)狀

·病毒——我是四劍客的坐騎

最早出現(xiàn)也是最經(jīng)典的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)方法就是用病毒將4個因子帶到細(xì)胞里，讓它們在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，然后影響細(xì)胞的分裂增殖，最終回復(fù)成最初的幼稚狀態(tài)。從這個意義上來講，病毒就像是4因子的坐騎，帶著它們來到它們應(yīng)該去的地方。

首先我們應(yīng)該先了解一下病毒為什么可以把基因帶入到細(xì)胞里去。

病毒，從嚴(yán)格意義上講并不是一個生命體，因為它們是不能獨立生存的，只有在它們所感染的細(xì)胞內(nèi)才可以生存。一般的病毒都有一個蛋白質(zhì)外殼和其中的一段遺傳物質(zhì)，這個遺傳物質(zhì)可以是DNA也可以是RNA，當(dāng)病毒感染細(xì)胞時，會把蛋白質(zhì)外殼留在細(xì)胞外，而將自己的遺傳物質(zhì)象注射一樣的注射進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。而這些遺傳物質(zhì)就在這個細(xì)胞內(nèi)利用細(xì)胞的蛋白質(zhì)表達(dá)系統(tǒng)，以自己的遺傳物質(zhì)為模板，制造自己的蛋白，同時復(fù)制自己的遺傳物質(zhì)，然后再把復(fù)制好的遺傳物質(zhì)和表達(dá)好的蛋白組裝起來，再去感染下一個細(xì)胞。

基于病毒這樣的工作原理，科學(xué)家們就天才的利用病毒，把我們帶有我們要表達(dá)的蛋白的遺傳信息的遺傳物質(zhì)鏈接到病毒的遺傳物質(zhì)中，當(dāng)病毒感染細(xì)胞后就會表達(dá)我們想要表達(dá)的蛋白了。

山中伸彌最早使用的病毒就是一個來源于艾滋病毒的逆轉(zhuǎn)錄病毒PMX，這種病毒是一種RNA病毒，它自身帶有逆轉(zhuǎn)錄酶，可以把自己攜帶在RNA上的信息通過逆轉(zhuǎn)錄變成DNA，連接到宿主細(xì)胞的DNA上，然后與宿主細(xì)胞的DNA一起表達(dá)。

當(dāng)然，在山中伸彌使用它的時候，這種病毒是經(jīng)過了大量的改造的，已經(jīng)不能做為艾滋病毒使人或動物感染艾滋病了。事實上，這是一個非常成熟的商品化的病毒，在山中伸彌用它來做誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞之前就有很多實驗室都在使用了。

但是PMX這種轉(zhuǎn)基因的方式存在著不少缺點：首先，它是把4個因子一個一個轉(zhuǎn)進(jìn)去，就算感染效率極高，達(dá)到90%以上，當(dāng)4個因子一乘，4個因子都轉(zhuǎn)入的效率就只有0.6561了；其次，它所帶入的基因是隨機(jī)插入到被感染細(xì)胞的基因組中的，插入到哪里，插入多少個拷貝都完全不能控制，這就造成很多插入起不到效果，或者起到相反或很壞的效果。這就造成了早期的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞研究效率極低，飽受質(zhì)疑。

最重要的是，當(dāng)你不知道被轉(zhuǎn)入的基因插入到了宿主細(xì)胞的哪里時，這就隱含了巨大的風(fēng)險在里面，這段插入的基因到底怎么表達(dá)，被它插入的那段宿主的DNA又會受到什么樣的影響，沒有人知道，因為這個插入是隨機(jī)的，我們甚至不能確定我們拿到的細(xì)胞里是否都插入了同樣的基因。

為了提高效率和準(zhǔn)確率，各國科學(xué)家在病毒感染技術(shù)這一領(lǐng)域展開競爭，想出了各種千奇百怪的點子，有的嘗試把4個因子串聯(lián)起來，用一個病毒帶進(jìn)去（從騎士們單人單騎變成大家一起坐馬車）；有的想利用互補(bǔ)配對原理，使轉(zhuǎn)入的基因插入到特定的區(qū)域；還有的在轉(zhuǎn)入的基因兩頭加入特定序列，這樣在基因轉(zhuǎn)入發(fā)揮效應(yīng)使成體細(xì)胞重分化成誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞后（此時外源轉(zhuǎn)入的基因已經(jīng)沒用、被沉默掉了）可以用特殊的酶把它們切下來去除掉；還有人在需要表達(dá)的蛋白序列之前再加上一段誘導(dǎo)劑的序列，這樣就可以在規(guī)定的時間、空間通過藥物誘導(dǎo)的方法使我們需要的蛋白開始表達(dá)，等等方法，不一而足。

但是所有這些基于病毒的轉(zhuǎn)基因的方法都存在著隱患，就是這個方法本身――病毒。雖然我們已經(jīng)應(yīng)用了很久，做了很多很多的研究，但是這些用來轉(zhuǎn)基因的病毒所發(fā)揮的作用還是不能100%的保證，如果掛萬漏一也會造成不可挽回的損失。所以所有以治療為目的的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞研究，最后都必需摒棄病毒這個“坐騎”，轉(zhuǎn)而尋找其他的途徑和方法。

但是誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的機(jī)制研究中，由于病毒的高效率和易操作，還是研究中的不二之選。

·無插入的誘導(dǎo)方法

在最初的經(jīng)典的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞問世之后，所有的人都意識到了一點，就是這是一種利用轉(zhuǎn)基因的方法達(dá)到目的的技術(shù)，也就是說改變了細(xì)胞原有的基因組序列。

那能否不改變基因組序列而達(dá)到同樣的效果呢？答案是肯定的。因為在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)問世之前，就已經(jīng)有很多種不改變基因組的蛋白引入方法了，所以一旦誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞面世，各國科學(xué)家就都想到了這一點，并在這個領(lǐng)域展開了競賽。當(dāng)年與山中伸彌同時做出人的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的中國女科學(xué)家俞君英就在這一領(lǐng)域做出了杰出的貢獻(xiàn)，她第一個利用質(zhì)粒做出了無插入基因的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，在國際上贏得了廣泛關(guān)注。

其實最早做出無外源基因插入的誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的利用的其實還是病毒，不過不是常用的逆轉(zhuǎn)錄病毒而是腺病毒。腺病毒是一種雙鏈DNA病毒，它最大的優(yōu)勢就是不會把它所攜帶的基因插入到宿主細(xì)胞中，而是在宿主細(xì)胞中游離的表達(dá)；另外逆轉(zhuǎn)錄病毒只能感染正在分裂增殖的細(xì)胞，而腺病毒則還可以感染非增殖細(xì)胞，所以腺病毒是表達(dá)和傳遞治療基因的主要候選者。但在實際操作中，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)還是逆轉(zhuǎn)錄病毒系統(tǒng)更為高效和穩(wěn)定；而且，腺病毒再怎么說還是病毒，雖然理論上講多次傳代后就會在細(xì)胞中稀釋，但還是一個病毒，終究會留下隱患，所以精益求精的科學(xué)家們還在尋找其他方法。

這就是俞君英所做的工作了。

質(zhì)粒是一種染色體外的穩(wěn)定遺傳因子，是一種雙鏈、閉環(huán)的DNA分子，它具有自主復(fù)制和轉(zhuǎn)錄能力，能在子代細(xì)胞中保持恒定的拷貝數(shù)，并表達(dá)所攜帶的遺傳信息。最早只發(fā)現(xiàn)它們存在于細(xì)菌、放線菌和真菌中，近年來的實驗發(fā)現(xiàn)它們也可以在哺乳動物的細(xì)胞中起作用，把我們要表達(dá)的基因帶入到動物乃至人的細(xì)胞中去。

我們一般用人工構(gòu)建的質(zhì)粒做為載體來把我們要表達(dá)的蛋白基因帶入到我們的目標(biāo)宿主細(xì)胞中，這個過程多數(shù)是非常短暫的，只有7天，而且很少會有插入到宿主DNA的情況發(fā)生。所以，俞君英就選取了這個方法來研究無插入誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)方法，并獲得了成功。

不過，無論如何，質(zhì)粒也是遺傳物質(zhì)，有沒有不用遺傳物質(zhì)來誘導(dǎo)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的呢？還真有！起碼科學(xué)家們真的在向這個方向在努力，這，就是化學(xué)誘導(dǎo)。

·化學(xué)誘導(dǎo)（一鍋巫婆煮的湯）

在化學(xué)誘導(dǎo)前面，我們先談?wù)劦鞍渍T導(dǎo)。

看了前面的基因誘導(dǎo)，有人要說了：我們?yōu)槭裁匆敲绰闊?，讓?xì)胞自己表達(dá)基因，我們把可以起作用的蛋白直接加進(jìn)去不就得了？真是說起來容易做起來難??！不要忘了，細(xì)胞是有個“膜”的，它就像一個動態(tài)的“防火墻”把細(xì)胞生長不要的東東統(tǒng)統(tǒng)擋在外面，象蛋白質(zhì)這樣大分子的物質(zhì)，要進(jìn)入細(xì)胞更是難上加難。

但這終究不是最佳方案，在細(xì)胞誘導(dǎo)的這一領(lǐng)域，人類的終極夢想是“化學(xué)誘導(dǎo)”，就是用一些小分子化合物刺激細(xì)胞，使得它們表達(dá)一些蛋白，從而發(fā)生生理生化反應(yīng)，最終誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變稱為我們需要的細(xì)胞。形象點比喻，就是弄一鍋像是巫婆煮的湯一樣的東西，只要把細(xì)胞放進(jìn)去，培養(yǎng)培養(yǎng)，出來就是我們需要的細(xì)胞了。

在這個領(lǐng)域，又是中國科學(xué)家拔得頭籌，美國加利福尼亞州拉由拉市史克里普斯研究所的丁勝先是利用重組蛋白誘導(dǎo)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，之后有研究如何用小分子物質(zhì)誘導(dǎo)，取得了很多很重大的發(fā)現(xiàn)。

 

4.誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞面臨的問題

·高效、節(jié)能、環(huán)保！最時髦的口號！

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞雖然相對于核移植技術(shù)是一個技術(shù)門檻比較低，比較節(jié)省的誘導(dǎo)方法，但相對于常規(guī)的細(xì)胞培養(yǎng)，它的費用還是相當(dāng)驚人的，而且沒有一定的胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)經(jīng)驗的實驗室人員也很難做得出來。最重要的是，它的誘導(dǎo)效率相當(dāng)?shù)牡?，以至于在剛開始出現(xiàn)時會遭受質(zhì)疑，認(rèn)為山中伸彌只不過是分離出了本來就存在于成體組織中的相對幼稚的細(xì)胞而已。

現(xiàn)在當(dāng)然沒有人再這樣說了，可是要想大規(guī)模應(yīng)用和更好的研究機(jī)制，提高誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)效率是擺在所有這個領(lǐng)域的科學(xué)家面前的一個難題。說是難題，實際上這也是一個蛋糕，誰在這個領(lǐng)域領(lǐng)先，就意味著在未來的研究中先走了一步，前途未可限量。所以各國科學(xué)家都在磨刀霍霍，爭取分到更大的一塊。

在這個領(lǐng)域，常用的思路主要有兩條：一個是找到更容易轉(zhuǎn)化的細(xì)胞種類，比如神經(jīng)干細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、臍帶細(xì)胞、胃腺細(xì)胞，它們由于本身就表達(dá)某些誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞因子，增值快等優(yōu)勢，可以高效率的轉(zhuǎn)化成為誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞。但這個方法的缺點也非常明顯，就是必需用特殊的細(xì)胞，如果沒有，就一籌莫展了。

另一個思路是添加各種化合物、抗體等化合物來促進(jìn)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，我們前面所講到的化學(xué)誘導(dǎo)就屬于這一類，國內(nèi)外有不少實驗室都在卯足了勁兒篩選化合物分子庫，試圖找出更多更好更強(qiáng)的促進(jìn)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞誘導(dǎo)的化合物。這種大規(guī)模的篩選實驗在近年來非常流行，飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以用機(jī)器完成細(xì)胞培養(yǎng)，加藥以及掃描的全過程，是現(xiàn)代藥物研發(fā)的一個基礎(chǔ)平臺。不過自然界和人工合成的化合物何其多也，要想在里面發(fā)現(xiàn)我們需要的化合物無異于大海撈針；而藥物篩選平臺雖然近年來得到了長足的發(fā)展，但還是受到多方面因素的限制，建立一個穩(wěn)定的平臺非常之困難，所以要想高效節(jié)約地獲得誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，還是“路漫漫而修遠(yuǎn)兮”呢！

·基因插入的蝴蝶效應(yīng)

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的另一個問題與是其他轉(zhuǎn)基因技術(shù)一樣，存在一個遠(yuǎn)期效應(yīng)的問題。生物體是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，任何改變都有可能引發(fā)蝴蝶效應(yīng)。而誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞的誘導(dǎo)對一個細(xì)胞來說是一個翻天覆地的變化，在這個過程中到底發(fā)生了哪些事件我們并不知道。就算我們研究明白了所有的事件，那么這些事件又會引起哪些效應(yīng)？這些效應(yīng)又會導(dǎo)致哪些事件？

做為一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，我們絕對不能用線性的思維來機(jī)械的看待生物體，所以在轉(zhuǎn)基因技術(shù)中隱含著巨大的危機(jī)，稍有不慎就有可能打開潘多拉的魔盒，造成無法挽回的損失。

所以，在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞應(yīng)用的這個方向的研究，大家都致力于無插入的技術(shù)。但是這也不是說沒有風(fēng)險，因為在我們所需要特異性表達(dá)的蛋白中，就有原癌基因，而完全繞不開，最關(guān)鍵的基因Oct4也是一個會在腫瘤組織中表達(dá)的蛋白，對它的研究雖然很多，但一旦放到復(fù)雜巨系統(tǒng)這個層面上來講，就很難說了。

但是，難道因為存在風(fēng)險就不去研究開發(fā)它了嗎？恰恰相反，真因為存在著巨大的風(fēng)險，才更需要更深入的研究，研究清楚到底存在哪些風(fēng)險，如何規(guī)避等等，才是王道。

·“飲鴆止渴”，還是不？

在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞研究領(lǐng)域最熱門的一塊，就是化學(xué)誘導(dǎo)，但化學(xué)誘導(dǎo)也有它的局限性：

首先，這一技術(shù)還非常不成熟，目前為止雖然找到了很多可以促進(jìn)、提高誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞誘導(dǎo)效率的小分子化合物，但是純粹用化合物來誘導(dǎo)的方法還是沒有找到，雖然大家都抱有這樣一個美好的向往，但是否能做到誰也不知道。

其次，其實化合物也都是有毒性的，這些化合物在對細(xì)胞作用的同時也在損傷細(xì)胞，它們對細(xì)胞的損傷又會多大程度上影響細(xì)胞的狀態(tài)以及功能也需要研究；事實上，在已經(jīng)證實對誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞誘導(dǎo)起作用的許多化合物中，就有很多是有劇毒的。雖然理論上講小分子化合物可以通過在細(xì)胞傳代過程中不斷的沖洗換液來稀釋去除，但是否能清除干凈卻很難說，而且痕量的化合物是否會殘留作用呢？這也是需要科學(xué)家們回答的問題。

最后，我們往往需要多種小分子化合物協(xié)同，才能達(dá)到我們需要的目的，那么這些小分子化合物之間會不會產(chǎn)生影響呢？這種影響又會多大程度上影響細(xì)胞的功能呢？這些都還需要研究。

應(yīng)用小分子化合物來誘導(dǎo)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，也許就是一個“飲鴆止渴”的方法，問題是我們?nèi)绾稳パ芯亢蛢?yōu)化它，盡量強(qiáng)化效率而規(guī)避風(fēng)險。

成“瘤”？拒絕！

其實，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞做為一種特殊的胚胎干細(xì)胞也面臨著與胚胎干細(xì)胞同樣的問題，就是：成瘤性。

做為胚胎干細(xì)胞，它的一個特點就是永生性，而永生化正是細(xì)胞癌變的第一步，而我們鑒定一株細(xì)胞是否是胚胎干細(xì)胞或誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞時常用的方法就是看它是否能在裸鼠體內(nèi)形成“畸胎瘤”。所以成瘤性正是胚胎干細(xì)胞的固有屬性之一。

但是當(dāng)我們需要用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行治療應(yīng)用時，是絕對不希望有腫瘤產(chǎn)生的，這樣就產(chǎn)生了一對矛盾：培養(yǎng)時我們需要它無限傳代，使用時我們又需要它不能成瘤。

針對這一對矛盾，解決的方案有兩個：

一是，先體外誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞成為我們所需要的種類的細(xì)胞或它們的前體細(xì)胞，再進(jìn)行移植治療。因為胚胎干細(xì)胞有這樣一個特性，一旦分化，就會失去永生化的這一特性，不再成瘤。不過這也存在著問題，胚胎干細(xì)胞的體外分化目前為止還是一個不那么成熟的技術(shù)，雖然可以分化成多種細(xì)胞，但效率都不是很高，而且分化出來的細(xì)胞也不一定是有足夠功能的，所以如何得到純的、有功能的胚胎干細(xì)胞分化而來的所需細(xì)胞還是需要更多研究的。

二是，有人提出在胚胎干細(xì)胞中引入自殺基因，當(dāng)移植的胚胎干細(xì)胞向腫瘤發(fā)展時，就會啟動自殺基因，發(fā)揮作用導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

 

5.誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞研究展望（可見的科幻）

·你自己的胚胎干細(xì)胞——個體特異性干細(xì)胞

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞最誘人的前景是它的“個性化服務(wù)”這個特點。在這個人人都追求“特立獨行”的時代，擁有自己獨特的一份兒“胚胎干細(xì)胞”該是一件多么酷的事??！

不過“個性化服務(wù)”絕不僅僅是“酷”這么簡單，這涉及到“人”的生物學(xué)本質(zhì)。從生物學(xué)角度講，這個世界上沒有哪兩個人是完全相同的，就算是基因型完全相同的的同卵雙胞胎他/她們的表觀遺傳學(xué)特性也有可能不一樣，兩個人在生活中的際遇環(huán)境差異也會導(dǎo)致生理、病理上的差異。所以，每個人得的病也就不會完全一樣，小病也就算了，萬一得個大病，誰不希望能在最短的時間得到最有效的治療？但事實上在當(dāng)今醫(yī)學(xué)上，還是在經(jīng)常應(yīng)用“試錯法”――先上藥治著看，如果起效了就是這個病，不起效就排除這個病――這叫做“診斷性治療”，熱門美劇《豪斯醫(yī)生》就總是在用這個方法。

如果有了個性化的胚胎干細(xì)胞，在很大程度上我們就不必用真人去“試錯”了，用我們的細(xì)胞就可以了！要知道，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞可是永生化的，理論上講是可以永無止境的供應(yīng)的。

當(dāng)然用我們自己的細(xì)胞修復(fù)我們自己的組織就更不用說了。

科幻片里經(jīng)常有用“復(fù)制人”做為“后備”為人類提供健康器官組織的狗血鏡頭，其實完全不必那么麻煩，為什么要培育一個完整的“人”那么麻煩呢？只要有萬能細(xì)胞不就行了？誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞就是我們的萬能細(xì)胞。不過目前為止，我們還不能做到在體外直接用“萬能細(xì)胞”培育出一個完整的器官。

·誰想變啥就變啥——定向重編程

當(dāng)然誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞也有它的局限性，最主要的就是我們前面提到的成瘤性，所以，這里還有另外一個選擇，就是“轉(zhuǎn)分化”，也就是定向重編程。

誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞不是把終末分化的細(xì)胞重新恢復(fù)成最原始最幼稚的胚胎干細(xì)胞嗎？那我們能不能把終末分化的細(xì)胞直接重編程成為另一種細(xì)胞，或者是成體干細(xì)胞，或者是另一種終末分化的細(xì)胞？在誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)出現(xiàn)以前，就有人在這個方向上做出過嘗試，誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)出現(xiàn)以后，就更加增強(qiáng)了大家的信心：最幼稚的胚胎干細(xì)胞都能誘導(dǎo)出來，其他種類的細(xì)胞應(yīng)該也可以。

事實上，也確實是如此。

早在1987年安德魯·拉薩等人就已經(jīng)成功的把小鼠的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成為了成肌細(xì)胞，當(dāng)然這只是“成”字頭細(xì)胞之間的相互轉(zhuǎn)化，與我們現(xiàn)在所講的“轉(zhuǎn)分化”還是有較大區(qū)別的。此后又陸續(xù)有一些相關(guān)實驗，比如把B細(xì)胞轉(zhuǎn)化成巨噬細(xì)胞或淋巴祖細(xì)胞；把胰臟外分泌細(xì)胞轉(zhuǎn)化成有功能的β細(xì)胞（分泌胰島素的細(xì)胞）等；但一直到誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)推廣以后，“轉(zhuǎn)分化”技術(shù)也才迎來了自己的“春天”。2010年在國際頂尖雜志《自然》和《細(xì)胞》上接連發(fā)表了3篇文章，分別是把成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成為神經(jīng)細(xì)胞、血液祖細(xì)胞和心肌細(xì)胞。他們都是用誘導(dǎo)誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞最常用的一種細(xì)胞――成纖維細(xì)胞，分別誘導(dǎo)培養(yǎng)出來了有功能的神經(jīng)、血液和心肌細(xì)胞，這是相當(dāng)了不起的成就，是再生醫(yī)學(xué)的一個重要進(jìn)步。

·原地滿狀態(tài)復(fù)活——定點重編程

那還有沒有更好的方法呢？

有的，就是定點定向重編程。

有人提出來，我們可以在組織受損的部位，利用重編程技術(shù)把這個部位的其他種類的細(xì)胞重編程成為有功能的、我們需要的細(xì)胞種類。這是不是聽上去很科幻？但這并不是不可能的，因為這個技術(shù)可以基于早已經(jīng)在開發(fā)的另一個技術(shù)――個體水平的轉(zhuǎn)基因技術(shù)來進(jìn)行。很早就有人利用腺病毒來做這樣的工作了，比如1996年就已經(jīng)利用腺病毒治療鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶缺乏癥，已經(jīng)進(jìn)入一期臨床的實驗了。只不過還沒有人把它應(yīng)用于誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞技術(shù)或轉(zhuǎn)分化技術(shù)中去罷了。

你看，這像不像“原地滿狀態(tài)復(fù)活”？

不過，這還只是我們科學(xué)家的幻想，具體的實施還需要艱苦的努力。