煮沸的孟婆湯-----誘導(dǎo)多能干細(xì)胞
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（技術(shù)），就是一鍋煮沸的孟婆湯，可以讓你忘記細(xì)胞前世分化路上的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。讓細(xì)胞重新投胎，回到起點(diǎn)，無限可能。
從兩個(gè)概念說起
要想全面了解誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞，首先我們要弄清楚兩個(gè)概念： “重編程”和“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞”。
概念一
細(xì)胞重編程：是指細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)模式的改變，終表現(xiàn)在細(xì)胞的生物學(xué)特性的改變，比如，分化的細(xì)胞去分化，或者是分化的細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化。
概念二
誘導(dǎo)多能性干細(xì)胞（Induced Pluripotent Stem Cells）：將一些基因（（早是Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這四個(gè)）通過一種逆轉(zhuǎn)錄病毒載體導(dǎo)入皮膚等普通體細(xì)胞中，讓其“初始化”，使其具備干細(xì)胞功能，這就是“iPSCs”。
“iPSCs”不僅在細(xì)胞形態(tài)、生長特性，干細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)等方面與ES細(xì)胞非常相似，而且在DNA甲基化方式、基因表達(dá)譜、染色質(zhì)狀態(tài)、形成嵌合體動(dòng)物等方面也與ES細(xì)胞（胚胎干細(xì)胞）幾乎完全相同。
技術(shù)路線：
故事從這里開始：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）的前生今世
眾所周知，每一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核都蘊(yùn)藏著這種生物個(gè)體幾乎所有的遺傳信息（當(dāng)然，還有極小數(shù)儲(chǔ)存在細(xì)胞質(zhì)中），這些遺傳信息決定了可以發(fā)育成什么樣的個(gè)體，這就是：“細(xì)胞核的全能性”。
對(duì)每一細(xì)胞而言，其DNA序列是一樣的，但其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?；⒘姿峄吞腔龋┦遣灰粯拥?，而這些差異導(dǎo)致了細(xì)胞命運(yùn)的不一樣。這些差別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(gè)不可逆的程序化的過程。就像一個(gè)嬰兒，出生以后就會(huì)不斷地長大，長成兒童、少年、然后是青年、成年和老年。可是科學(xué)家們就是異想天開，想要得到“返老還童”的細(xì)胞，于是“重編程”這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
早的重編程是在兩棲動(dòng)物――青蛙上實(shí)現(xiàn)的。1952年5月，美國賓夕法尼亞州費(fèi)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(bào)》上發(fā)表文章，他們成功地把一個(gè)青蛙的卵母細(xì)胞的核去除后，移入了一個(gè)青蛙的成體細(xì)胞的細(xì)胞核，并將這個(gè)卵母細(xì)胞培養(yǎng)，使其發(fā)育成為了一個(gè)完整的個(gè)體。這是世界上首次的動(dòng)物克隆，其后的“多莉”羊也就是在這個(gè)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(dòng)物，這個(gè)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，麻煩的還是需要有卵子做受體。所以科學(xué)家們總是在動(dòng)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？
2006年，日本科學(xué)家山中伸彌（Shinya Yamanaka）和他的愛徒高橋一?。↘azutoshi Takahashi）首次在體外培養(yǎng)成功了小鼠的“iPSCs”，首次實(shí)現(xiàn)了體細(xì)胞的非核移植的重編程。這是一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，很多人都在猜測(cè)，這個(gè)工作會(huì)在哪一年獲得諾貝爾獎(jiǎng)呢？后來，果不其然，這項(xiàng)研究已經(jīng)獲得2012年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
其實(shí)他這個(gè)工作的設(shè)計(jì)說來非常簡(jiǎn)單，就是選擇了24個(gè)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?cè)诔审w細(xì)胞中特異性的表達(dá)，然后看它們會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞有什么變化。然后做減法依次去除，進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作，終他們篩選出了4個(gè)基因：Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，發(fā)現(xiàn)把它們通過逆轉(zhuǎn)錄病毒一起轉(zhuǎn)入小鼠的成纖維細(xì)胞后，可以誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞重新回到年輕的胚胎干細(xì)胞狀態(tài)。
當(dāng)時(shí)著名的胚胎干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室美國威斯康星大學(xué)的詹姆斯·湯姆森（James Thomson）教授的實(shí)驗(yàn)室也在做類似的工作，他們也選擇了24個(gè)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(gè)小實(shí)驗(yàn)室的工作人員會(huì)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？或許山中伸彌也曾這樣想過，但終他堅(jiān)持下來了，并且成功了。相信很多人都比他聰明，更多的是比他努力，但是只有他成了，所以很多時(shí)候拼的不是才華，不是努力，而是運(yùn)氣。
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)的優(yōu)勢(shì)
倫理優(yōu)勢(shì)
iPSCs無疑是近幾年干細(xì)胞科學(xué)界重要的發(fā)現(xiàn)，以至于短短六年間就奪得諾貝爾獎(jiǎng)。它的優(yōu)勢(shì)不言自明的。
其大優(yōu)勢(shì)就是，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)胚胎等問題。其次，也規(guī)避了捐獻(xiàn)的供體和受體的問題，iPSCs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，有了iPSCs就是這么任性！
免疫優(yōu)勢(shì)
iPSCs的免疫優(yōu)勢(shì)也是不言而喻的，理論上講是應(yīng)該沒有任何免疫排斥的。
不過也有文章指出，因?yàn)閕PSCs在體外培養(yǎng)多代，要用于治療又會(huì)有一個(gè)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，這個(gè)過程中難保不會(huì)發(fā)生免疫原性的變化。特別是對(duì)免疫細(xì)胞來說，還有一個(gè)免疫重排的問題，所以我們不能認(rèn)為自體iPSCs就沒有免疫排斥。但如果單從免疫原性角度來考量，iPSCs應(yīng)該是當(dāng)然的首選。
個(gè)體優(yōu)勢(shì)
“一花一世界，一葉一菩提”，生物界正是由于這樣的千差萬別才會(huì)如此的欣欣向榮。
同樣，iPSCs能給你提供“個(gè)性化服務(wù)”，因?yàn)榭梢杂米约旱募?xì)胞來篩選藥物。比較合理的做法是：基于很多疾病都會(huì)有很多分型，同樣一個(gè)病基于的基因型可能千差萬別，我們可以通過iPSCs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(shì)是在于細(xì)胞比較容易獲得，易于培養(yǎng)。因?yàn)槌审w細(xì)胞是很難在體外長期傳代培養(yǎng)的，而iPSCs是一種類胚胎干細(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(shí)，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iPSCs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，從初的源頭來研究這個(gè)疾病，特別適合研究那些有遺傳因素的疾病。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
iPSCs還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是技術(shù)優(yōu)勢(shì)。iPSCs技術(shù)不但成熟簡(jiǎn)單，而且相對(duì)便宜：傳統(tǒng)的核移植除了要求要有非常熟練的經(jīng)驗(yàn)工，完備的實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，光一臺(tái)顯微操作的顯微鏡就要?jiǎng)虞m幾百萬，這又有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室負(fù)擔(dān)得起？而iPSCs技術(shù)把技術(shù)門檻降低了很多，使得很多普通實(shí)驗(yàn)室也能嘗試，也能成功。
所以一旦山中伸彌的iPSCs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iPSCs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?yàn)閕PSCs技術(shù)應(yīng)用的前景非常廣泛，另一方面也是這一技術(shù)簡(jiǎn)單易行。
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）的展望研究
做回自己——個(gè)體特異性干細(xì)胞
iPSCs誘人的前景是它的“個(gè)性化服務(wù)”這個(gè)特點(diǎn)。從生物學(xué)角度講，這個(gè)世界上沒有兩個(gè)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(gè)人在生活中的際遇環(huán)境差異也會(huì)導(dǎo)致生理、病理上的差異。所以，每個(gè)人得的病也就不會(huì)完全一樣，小病也就算了，萬一得個(gè)大病，誰不希望能在短的時(shí)間得到有效的治療？但事實(shí)上在當(dāng)今醫(yī)學(xué)上，還是在經(jīng)常應(yīng)用“試錯(cuò)法”――先上藥治著看，如果起效了就是這個(gè)病，不起效就排除這個(gè)病――這叫做“診斷性治療”。
當(dāng)然，如果有了個(gè)性化的iPSCs，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（比如《逃出克隆島》）里經(jīng)常有用“克隆人”做為“備用”為人類提供健康器官組織的狗血鏡頭，其實(shí)完全不必那么麻煩，為什么要培育一個(gè)完整的“人”那么麻煩呢？只要有萬能細(xì)胞不就行了？iPSCs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(gè)完整的器官。
想變就變——定向重編程
iPSCs有它的局限性，和胚胎干細(xì)胞一樣，都具有成瘤性。所以，還有另外一個(gè)選擇，就是“轉(zhuǎn)分化”，即定向重編程。
iPSCs是把終末分化的細(xì)胞重新恢復(fù)成胚胎干細(xì)胞的狀態(tài)。那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？
當(dāng)iPSCs技術(shù)推廣以后，“轉(zhuǎn)分化”技術(shù)迎來了自己的“春天”。2010年在國際雜志《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iPSCs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(gè)重要進(jìn)步。
原地復(fù)活——定點(diǎn)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(gè)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?yàn)檫@個(gè)技術(shù)可以基于早已經(jīng)在開發(fā)的另一個(gè)技術(shù)――個(gè)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(shí)驗(yàn)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。
不過，這目前還屬于想象階段，具體的實(shí)施還需要艱苦的努力。
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)的臨床進(jìn)展
在2013年，高橋醫(yī)生的團(tuán)隊(duì)從兩名老年性黃斑病變的病人身上提取了皮膚細(xì)胞，將它們轉(zhuǎn)化成了可供治療使用的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE）。2014年9月，她帶領(lǐng)日本理化所的研究人員利用iPSCs培育出了視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞層，并且成功移植到了一名70歲女患者的右眼中，這是世界首例利用iPSCs完成的移植手術(shù)。
眼部黃斑病變患者的情況
但是，當(dāng)她們準(zhǔn)備實(shí)施第二例手術(shù)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了在患者的iPSCs和RPE細(xì)胞中存在兩個(gè)微小的基因突變。盡管沒有證據(jù)表明這會(huì)導(dǎo)致癌癥，但是為了患者的安全，治療還是暫停了。這在當(dāng)時(shí)使得其他研究iPSCs的科學(xué)家們也停下了腳步，大家都在觀察，這一研究究竟會(huì)如何發(fā)展。
十年過去了，iPS細(xì)胞研究的目標(biāo)發(fā)生了改變，一方面因?yàn)橛糜谥委煼矫娲嬖诰窒?。iPS細(xì)胞唯一的一個(gè)臨床試驗(yàn)在給一位患者進(jìn)行了一次治療之后，于2015年戛然而止。(詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考《往事重提丨對(duì)全球首次誘導(dǎo)性多功能干細(xì)胞(iPSCs)臨床試驗(yàn)臨時(shí)叫停的分析》)。
步步有曰：基礎(chǔ)研究意氣風(fēng)發(fā)，臨床轉(zhuǎn)化任重道遠(yuǎn)。革命前途未卜，我輩仍需努力。
