在電影《終結(jié)者》中有一個(gè)液態(tài)機(jī)器人，它可以隨意將身體變成液體，塑造成任何形狀，在流過(guò)狹窄的窗縫之后，又可以重塑為人形。人體能否重塑?這是一個(gè)極具誘惑力的問(wèn)題。年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)為這個(gè)問(wèn)題添加了一個(gè)頗有亮色的注解。

　　干細(xì)胞分化從全能到專一

　　人體和其他動(dòng)物一樣，都是從一個(gè)受精卵發(fā)育而來(lái)的。受精卵可以分化成各種形態(tài)的細(xì)胞。不過(guò)細(xì)胞在分裂過(guò)程中逐漸有了自己明確的分工，這中間包括表皮細(xì)胞、紅細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等，最終由一個(gè)干細(xì)胞分化為200多個(gè)不同種類的專門細(xì)胞。

　　細(xì)胞在分裂中逐漸趨于功能化的現(xiàn)象，在生物學(xué)上叫做分化。細(xì)胞即使已經(jīng)發(fā)生了分化，細(xì)胞核內(nèi)具有的遺傳信息(基因)也是不變化的。但是不同細(xì)胞中工作的基因是不同的，而我們的人體有多個(gè)基因，究竟哪些基因被關(guān)閉，還要視細(xì)胞功能而定。有一個(gè)精妙的比喻，細(xì)胞所具有的DNA就像一本書(shū)，而分化的過(guò)程就像把書(shū)中的某些頁(yè)用糨糊粘住，再也無(wú)法翻開(kāi)。不同類型的細(xì)胞，如皮膚細(xì)胞和骨細(xì)胞“被粘貼的頁(yè)碼”是不同的。

　　和已經(jīng)分化的細(xì)胞相比，干細(xì)胞“這本沒(méi)有被黏合的書(shū)”顯然有更大的吸引力。我們利用干細(xì)胞可以修復(fù)損傷的機(jī)體，治療因?yàn)樯窠?jīng)外傷引發(fā)的癱瘓，獲得治愈血友病所需要的血液細(xì)胞，甚至可以培養(yǎng)出急需的移植器官。但是，干細(xì)胞在分化之后，各自的功能被相對(duì)固定了下來(lái)。分化后的細(xì)胞中發(fā)揮作用那種特定的基因組合主要是通過(guò)兩種變化被固定下來(lái)。一種變化是組蛋白修飾，另一種變化是DNA的甲基化。這兩種變化就像是粘貼書(shū)頁(yè)的黏合劑。

　　胚胎干細(xì)胞用于臨床不合倫理

　　卵細(xì)胞有一種神奇的能力，那就是讓細(xì)胞初始化。受精的過(guò)程就是一個(gè)最有利的證據(jù)，因?yàn)榫右呀?jīng)是高度分化的細(xì)胞，它們的DNA上面滿是甲基化和組蛋白修飾的“黏合書(shū)頁(yè)”。但是一旦與卵子集合，所有的黏合劑就都消失了。

　　實(shí)際上，能保持這種全能型的還不僅僅是受精卵。在受精卵分裂6～7次時(shí)，會(huì)先形成一個(gè)具有100個(gè)左右細(xì)胞的細(xì)胞塊，這些細(xì)胞都有轉(zhuǎn)變成人體任何一種細(xì)胞的能力(只是不能發(fā)育成胎盤)，這就是胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)。

　　不過(guò)，其來(lái)源是胚胎，從理論上講這個(gè)胚胎完全可以在子宮中發(fā)育成人。如果將這種細(xì)胞應(yīng)用于臨床，就有為了“救人而殺人”的問(wèn)題出現(xiàn)。于是，科學(xué)家們開(kāi)始尋找新的途徑，去尋找那些維持細(xì)胞全能性的因子。

　　篩選出具有分化能力的相關(guān)基因

　　此次諾獎(jiǎng)得主山中伸彌從數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出大約100個(gè)有可能在ES細(xì)胞中特別活躍的基因。經(jīng)過(guò)近4年的工作，從這100個(gè)基因中篩選出24個(gè)活躍的可能與細(xì)胞初始化有關(guān)的基因，并一次性將這24個(gè)候選基因全部導(dǎo)入成人的皮膚細(xì)胞中，結(jié)果夢(mèng)寐以求的干細(xì)胞出現(xiàn)了。此后，山中教授又逐個(gè)檢驗(yàn)這24個(gè)基因。每次扣留一個(gè)基因，將其余23個(gè)導(dǎo)入細(xì)胞中，看看是否對(duì)初始化有影響。如果扣留的基因有作用，那么細(xì)胞就不會(huì)發(fā)生初始化。就這樣淘汰了對(duì)于初始化不是必需的20個(gè)基因，最終將目標(biāo)鎖定在4個(gè)基因身上，它們分別是“Oct3/4”、“Sox2”、“Klf4”和“c-Myc”。將這4個(gè)基因?qū)肴死w維芽細(xì)胞后，這些細(xì)胞不出意外地變成了“iPS細(xì)胞”(誘導(dǎo)多能干細(xì)胞)。

　　其中，Klf/4和c-Myc的作用是使纖維芽細(xì)胞的分裂變得不受限制，轉(zhuǎn)變成類似癌細(xì)胞的細(xì)胞。Oct3/4和Sox2的作用則是使細(xì)胞獲得能夠進(jìn)行多種分化的能力而失去癌細(xì)胞那樣的增殖性質(zhì)，從而成為都行細(xì)胞。