1.诱导多能性干细胞如何来？

·何谓重编程？

现在我们来谈谈诱导多能性干细胞。

要谈诱导多能性干细胞，首先我们要弄清一个概念，就叫做“重编程”。

重编程：就是将已分化细胞的核基因组恢复其分化前的功能状态。

我们知道，每一个细胞的细胞核都包含有这个生物个体的几乎所有的遗传信息（还有极小的一部分储存在线粒体中），这些遗传信息决定了我们可以发育成什么样的个体，这就叫做“细胞核的全能性”。

对于每一个细胞来说，它们的DNA序列虽然都是一样的，但是它们的DNA、染色体以及核蛋白的模式、结构和修饰（化学修饰，比如甲基化、乙酰化、磷酸化和糖基化等）是不一样的，而这些差异导致了细胞命运的不一样，使它们有的可以分化成多种细胞，有的就只能行使一种功能。

在高等生物发育的过程中，DNA、染色体以及核蛋白的改变基本上是一个不可逆的程序化的过程。就像一个婴儿，出生以后就会不断地长大，长成儿童、少年、然后是青年、成年和老年，不会一会儿是青年一会儿又变成了婴儿，那不就乱套了吗？可是科学家们就是想要它乱套，想要得到“返老还童”的细胞，所以才有了“重编程”这个概念。

最早的重编程是在两栖动物――青蛙上实现的。1952年5月，美国宾夕法尼亚州费城的罗伯特·威廉姆·布里格斯和托马斯·约瑟夫·金在《美国科学院院报》上发表文章，他们成功地把一个青蛙的卵母细胞的核去除后，移入了一个青蛙的成体细胞的细胞核，并将这个卵母细胞培养，使其发育成为了一个完整的个体。这是世界上首次的动物克隆，其后的“多莉”羊也就是在这个工作的基础上完成的，其原理完全一样，不过过程要复杂艰巨得多。越是高等的动物，这个过程也就越麻烦。

但是这种核移植的重编程方法非常麻烦，需要很精密的专业设备和非常娴熟的技术人员，最麻烦的还是需要有卵子做受体。所以科学家们总是在动脑筋，怎么才可以不用卵子、不进行核移植就让细胞重编程呢？

在科学家们的不懈努力下，2006年，第一次培养成功了小鼠的“诱导多能性干细胞”，首次实现了体细胞的非核移植的重编程。这是一个划时代的发现，很多人都在猜测，这个工作会在哪一年获得诺贝尔奖呢？

·诱导多能性干细胞的前世今生

2006年，日本的大帅哥科学家山中伸弥和他的同事高桥一俊首次在体外培养成功了小鼠的“诱导多能性干细胞”。

他的这个工作的设计说起来非常简单，就是选择了24个在胚胎干细胞内高表达的基因，用病毒系统来做转基因操作，让它们在成体细胞中特异性的表达，然后看它们会导致细胞有什么变化。然后依次去除这些因子的一部分进行转基因操作，最终他们筛选出了4个基因：Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，发现把它们一起转入小鼠的成纤维细胞后，可以诱导成纤维细胞重新回到幼稚的胚胎干细胞状态。

但是，说起来容易做起来难，要知道24个基因那就得有多少种排列组合？当然山中伸弥他们不会去试每一种，但也一定尝试了很多种。最重要的是，当时并没有人知道这样做是否能做出什么结果来，也许做了很久什么结果也不会有。

当时最著名的胚胎干细胞实验室美国威斯康星大学的詹姆斯·亚历山大·汤姆森教授的实验室也在做类似的工作，他们也选择了24个基因，也在试哪些排列组合可以得到什么样的结果，只不过他们是在人类细胞中进行，而山中伸弥他们是在小鼠细胞中进行。在这种情况下，一个小实验室的工作人员会很容易产生这样的念头：那些大科学家都在做，我们能做得过他们吗？不知道山中伸弥这样想过没有，不过重要的是无论他想了没有，最终他坚持下来了，还获得了成功。

生物科学到目前为止还主要是一门实验科学，所以经常是“只有做不到，没有想不到”，想法人人都能有，但是是否能做出来，除了靠努力外，还有运气的成份。不过，不去做那就绝对不会成功。对于这样一个前途渺然，工作量又极大的工作，山中伸弥他们可以投入那么大的精力去做，而且还最终把它们做了出来，不能不叫人佩服。

这不是说山中伸弥他们靠的是运气，因为他们之后又不断的发表文章，2007年又与詹姆斯·亚历山大·汤姆森同时发表了人的诱导多能性干细胞的形成，之后又有多篇高质量文章面世，说明他们实验室的整体实力是非常强的，第一篇文章并非幸致。

·两组神奇的四剑客

被山中伸弥用来诱导诱导多能性干细胞的四个因子现在被称为亚玛纳卡因子，它们后来又被用来在人的细胞中表达，也成功的获得了人的诱导多能性干细胞。这组因子就是Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，是第一组神奇的四剑客。

我们前面讲过，在山中伸弥在小鼠身上使劲时，詹姆斯·亚历山大·汤姆森他们也正在用人的细胞做着同样的尝试。当山中伸弥在小鼠上的成果发表后，他们倍感压力，但还是坚持了自己的研究路子，最后发现了另一组因子Oct4、Sox2、Lin28和Nanog可以将人的成纤维细胞诱导成为诱导多能性干细胞，也就是第二组神奇的四剑客。

这两篇文章同一天发表于《细胞》和《自然》杂志，虽然詹姆斯·亚历山大·汤姆森实验室的结果要较早一点做出来。这也许是两个杂志协商后的结果，人们都猜测是因为这种轰动性的研究成果是有可能获得诺贝尔奖的。

值得一提的是，在詹姆斯·亚历山大·汤姆森实验室主要做这个实验的，是一位来自中国的年轻女科学家――俞君英。在此之后，她又接受挑战，研究无基因插入的诱导多能性干细胞的建立，并成功的得到了用质粒介导的诱导多能性干细胞，这也是诱导多能性干细胞研究中一个里程碑式的成果。作为一个年轻的科学家，可以预见，俞君英在未来还将在这一领域做出更多更好的工作，再创辉煌。

这两组神奇的四因子都有一个共同的特点：除了Lin28以外，它们都是转录因子。

那什么是转录因子呢？让我们先说说什么是转录。我们知道，大部分生物的遗传信息都储存在DNA中，但真正行使功能的却主要是蛋白质，在DNA和蛋白质之间还有一个媒介，就是RNA。简单的说就是DNA“转录”成RNA，RNA再“翻译”成蛋白质。而转录因子呢？就是一类可以促进DNA转录成RNA的蛋白质。

在生物体中，转录是一个非常复杂的过程，所有蛋白的转录都受到着严密的调控，转录因子可以特异性的结合在特异的DNA序列上，保证目的基因以特定的强度在特定的时间与空间表达特定的蛋白质分子。

所以每一个转录因子都是一系列蛋白表达的开关，而无论是山中伸弥还是汤姆森的四因子，都是这样的开关，每个因子都会调控一系列的蛋白，而且它们之间还会有相互作用，最终导致一系列的生化反应，最终把细胞带上重编程之路。

亚玛纳卡四因子包括：Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4；汤姆森的四因子则包括：Oct4、Sox2、Nanog和Lin28。

由此我们可以看出，这两组神奇的四因子中Oct4和Sox2比较重要。事实上Oct4是其中最重要的一个，目前已经有多个实验室在不同种类的细胞中实现只用Oct4就诱导成功诱导多能性干细胞的。不过这都是在小鼠上，人的诱导多能性干细胞的诱导要复杂得多也困难得多。

·四剑客的分道扬镳

具有神奇功能的6个因子，并非都是“全优生”，c-Myc根本就是个原癌基因，Nanog、Klf4都是候选原癌基因，Oct4和Sox2也在肿瘤中有表达，只有Lin28似乎好一点，但它又是所有这6个因子中研究得最少的一个。

所以，摆在科学家面前的问题就是：如何用更少的因子做出同样的事情来？

首先被淘汰的，当然就是“最不好”的c-Myc了，谁叫它是原癌基因呢？但同时它又是提高诱导多能性干细胞诱导效率的主要因素，诱导多能性干细胞的诱导效率本来就不高，去除c-Myc后又会低不止一个数量级，所以要淘汰c-Myc，就要提高诱导多能性干细胞的诱导效率。小鼠细胞增殖快，易于培养，所以在经典的诱导多能性干细胞问世不久，就有人做出了没有c-Myc的细胞，但是人的和其他动物，特别是灵长类的动物的无c-Myc的诱导多能性干细胞的诱导至今还是困难重重。

Nanog和Klf4是一对可以相互影响的因子，它们在诱导多能性干细胞的诱导中有着微妙的作用，可谓“增一分则太长，减一分则太短”，但并非完全不可或缺。特别是Klf4，不但在许多成体细胞中有表达，而且可以在多种刺激下诱导表达。目前已经有人做出来，用磷酸二酯酶的促进剂来调控Klf4的表达，大幅度的提高了诱导多能性干细胞的形成效率；同时也有人利用本身就高表达klf4的成体细胞诱导成功诱导多能性干细胞的例子。

Lin28是一个翻译加速器，翻译水平上调控蛋白质合成的一个因子，它的作用也并非不可或缺，实际上在我们的研究中，貌似Klf4也有类似的作用。

最后，就是Oct4和Sox2了，其中又以Oct4更为重要，虽然很早就有人做出来组蛋白甲基转移酶G9a的抑制剂BIX-01294可替代Oct4在诱导多能性干细胞的诱导中起作用，但这种化合物毒性极大，作用却不强，实际上并不能替代Oct4在诱导多能性干细胞的诱导中起作用。倒是Sox2在神经系统的干细胞、祖细胞等中都有表达，它又是通过保持Oct4的适当表达水平稳定胚胎干细胞的多能性的，所以在没有Sox2的情况下，也可以诱导出来诱导多能性干细胞。

就这样，四剑客分道扬镳了：Oct4是“八风吹不动，稳坐紫莲台”无可或缺；c-Myc则是“弃你没商量”，能不用就不用；Klf4和Sox2可以“自力更生”，用药物诱导；而Nanog和Lin28则是诱导多能性干细胞这出大戏的“配角”，可以被替换的。

原本神奇的亚玛纳卡四因子选出了它们当然的“王”——Oct4。

 

2.诱导多能性干细胞的优势

·伦理优势

诱导多能性干细胞无疑是最近几年干细胞学界、甚至是生物学界最重要的发现，几乎所有的人都认为它将是未来诺贝尔奖的当然赢家，只是或迟或早，哪些人来分享的问题（当然山中伸弥是一定榜上有名的）。它的优势是那么明显，简直就是不言自明的。

最重要的优势就是，它规避了胚胎干细胞研究的伦理壁垒，用成体细胞来培养出胚胎干细胞，完全不涉及有关胚胎啦、生命啦、意识啦这些问题。其次，也规避了捐献的供体和受体的问题，诱导多能性干细胞技术完全可以做到用你自己的细胞治疗你自己的疾病，不用他求，只要你自己愿意就可以了。

说起来，奥巴马还真是运气，在他之前，小布什大张旗鼓地禁止干细胞研究，一时间干细胞学界万马齐喑，前途一片晦暗。而奥巴马一上台就正好赶上诱导多能性干细胞横空出世，干细胞研究一片欣欣向荣，奥巴马正好又是一个旗帜鲜明的“挺干细胞”派，由此顺风顺水，干细胞研究从此走上快车道，以后对世界经济的积极作用不可限量。当后人提起此事时，除了对科学家们的敬仰外，恐怕也不得不佩服一下奥巴马的远见卓识吧？

·免疫优势

诱导多能性干细胞的免疫优势也是不言而喻的，胚胎干细胞本来就是一种免疫原性很弱的细胞，而采自自身的诱导多能性干细胞理论上讲是应该没有任何免疫排斥的。

不过最近有文章指出，因为诱导多能性干细胞在体外培养多代，要用于治疗又会有一个重新分化的过程，从成体细胞去分化，到体外培养，再到重新分化，这是一个非常复杂的过程，在这个过程中难保不会发生免疫原性的变化。特别是对免疫细胞来说，还有一个免疫重排的问题，所以我们不能掉以轻心，以为取自自身的细胞，自身就一定不会排斥。在诱导多能性干细胞的免疫原性问题上还有大把研究可做。

不过无论如何，就算重分化后的诱导多能性干细胞又重新获得了免疫原性，这种免疫原性也会是非常非常弱的，比起来自其他人的成体干细胞、胚胎干细胞都要弱很多很多，如果单从免疫原性角度来考量，诱导多能性干细胞应该是当然的首选。

顺便说一下，在理论上讲，我们甚至可以尝试用诱导多能性干细胞来治愈艾滋病。请注意，这里讲的可是治愈噢！艾滋病的发病主要侵袭的是T细胞，在T细胞中复制转录，并且破坏T细胞从而导致免疫缺陷，如果我们用诱导多能性干细胞的方法，在T细胞中转入抑制艾滋病毒的基因，就可以使艾滋病毒不能再复制转录以至生存，这样，不就可以治愈艾滋病了吗？事实上已经有科学家在往这个方向努力了。

·个体优势

佛说“一花一世界，一叶一菩提”，而这个世界上没有两片叶子是相同的，人也是这样，看上去我们都是一个鼻子俩眼睛，但是身体上却是千差万别的，所以有的人感冒抗一抗就过去了，有的人住院吊水还要拖个十天半个月的。

实际上生物界正是由于这样的千差万别才会如此的欣欣向荣。

但是，遇到疾病就悲剧了，如果哪个药说百分之百治愈某病，那可千万别信，那一定是骗人的。

这时，诱导多能性干细胞的优势就又出来了，因为它能给你提供“个性化服务”，比如说某人患上了某种疾病，治疗这种疾病的药物有很多种，我们不知道哪些更适合他，这样我们就可以把这个人的细胞取出来，做成诱导多能性干细胞，再分化成这种疾病所侵袭的细胞，在分化过程中或/和分化后，用不同的药物或药物组合去处理细胞，这样就能找出针对这个人的最合理的药物组合，这样用起药来不就事半功倍了？

当然，这只是个极端的例子，事实上比较合理的做法是：基于很多疾病都会有很多分型，同样一个病基于的基因型可能千差万别，我们可以通过诱导多能性干细胞技术建立各种分型的细胞库，再用这些细胞库来筛选药物，其主要的优势是在于细胞比较容易获得，易于培养。因为成体细胞是很难在体外长期传代培养的，而诱导多能性干细胞是一种胚胎干细胞，在理论上讲是可以无限传代的，而且也是一种易于基因操作的细胞。

同时，我们还可以通过这些细胞的重分化过程，研究这些疾病是如何发展的，是哪些基因、哪些因素导致了这些疾病，它们之间的关系是怎样的，这也为我们治疗这些疾病提供了依据。用诱导多能性干细胞技术，我们可以把细胞的状态上溯到胚胎发育的早期，从最初的源头来研究这个疾病，特别适合研究那些有遗传因素的疾病。

·技术优势

诱导多能性干细胞还有一个优势就是技术优势。虽然诱导多能性干细胞如此的大名鼎鼎，但它所基于的技术却相当简单，是许多分子细胞实验室本来就具备的，其实也就是一个转基因技术（经典的诱导多能性干细胞技术）。这个技术不但成熟简单，而且相对便宜：传统的核移植除了要求要有非常熟练的经验工，完备的实验室，优质的实验动物（人的就干脆没法儿做）外，光一台显微操作的显微镜就要动辄几百万，这又有几个实验室负担得起？而诱导多能性干细胞技术把技术门槛降低了很多，使得很多普通实验室也能尝试，也能成功。

所以一旦山中伸弥的诱导多能性干细胞文章一出现，马上就在世界上掀起了诱导多能性干细胞狂潮，从06年唯一的一篇诱导多能性干细胞文章开始，到现在已经有3000多篇文章发表，而且后续的研究还在井喷式的发展中。这一方面是因为诱导多能性干细胞技术应用的前景非常广泛，另一方面也与这一技术的简单易行脱不了干系。

所以，在这个新兴的领域，我国的科学家也不甘人后，建立了全球第三个拥有此技术的实验室，做出了很多最前沿的工作，特别是最后为诱导多能性干细胞正名的“板上钉钉”的“四倍体小鼠”的实验，是中国实验室在这个领域的杰出贡献之一。后面我们还将介绍我国科学家在这一领域的另一个重要贡献。

可以说，在这个新兴的科研领域，我国科学家与世界各国的科学家一同起步，走在了这个领域的最前沿。

 

3.诱导多能性干细胞发展现状

·病毒——我是四剑客的坐骑

最早出现也是最经典的诱导多能性干细胞的诱导方法就是用病毒将4个因子带到细胞里，让它们在细胞内表达，然后影响细胞的分裂增殖，最终回复成最初的幼稚状态。从这个意义上来讲，病毒就像是4因子的坐骑，带着它们来到它们应该去的地方。

首先我们应该先了解一下病毒为什么可以把基因带入到细胞里去。

病毒，从严格意义上讲并不是一个生命体，因为它们是不能独立生存的，只有在它们所感染的细胞内才可以生存。一般的病毒都有一个蛋白质外壳和其中的一段遗传物质，这个遗传物质可以是DNA也可以是RNA，当病毒感染细胞时，会把蛋白质外壳留在细胞外，而将自己的遗传物质象注射一样的注射进入细胞内。而这些遗传物质就在这个细胞内利用细胞的蛋白质表达系统，以自己的遗传物质为模板，制造自己的蛋白，同时复制自己的遗传物质，然后再把复制好的遗传物质和表达好的蛋白组装起来，再去感染下一个细胞。

基于病毒这样的工作原理，科学家们就天才的利用病毒，把我们带有我们要表达的蛋白的遗传信息的遗传物质链接到病毒的遗传物质中，当病毒感染细胞后就会表达我们想要表达的蛋白了。

山中伸弥最早使用的病毒就是一个来源于艾滋病毒的逆转录病毒PMX，这种病毒是一种RNA病毒，它自身带有逆转录酶，可以把自己携带在RNA上的信息通过逆转录变成DNA，连接到宿主细胞的DNA上，然后与宿主细胞的DNA一起表达。

当然，在山中伸弥使用它的时候，这种病毒是经过了大量的改造的，已经不能做为艾滋病毒使人或动物感染艾滋病了。事实上，这是一个非常成熟的商品化的病毒，在山中伸弥用它来做诱导多能性干细胞之前就有很多实验室都在使用了。

但是PMX这种转基因的方式存在着不少缺点：首先，它是把4个因子一个一个转进去，就算感染效率极高，达到90%以上，当4个因子一乘，4个因子都转入的效率就只有0.6561了；其次，它所带入的基因是随机插入到被感染细胞的基因组中的，插入到哪里，插入多少个拷贝都完全不能控制，这就造成很多插入起不到效果，或者起到相反或很坏的效果。这就造成了早期的诱导多能性干细胞研究效率极低，饱受质疑。

最重要的是，当你不知道被转入的基因插入到了宿主细胞的哪里时，这就隐含了巨大的风险在里面，这段插入的基因到底怎么表达，被它插入的那段宿主的DNA又会受到什么样的影响，没有人知道，因为这个插入是随机的，我们甚至不能确定我们拿到的细胞里是否都插入了同样的基因。

为了提高效率和准确率，各国科学家在病毒感染技术这一领域展开竞争，想出了各种千奇百怪的点子，有的尝试把4个因子串联起来，用一个病毒带进去（从骑士们单人单骑变成大家一起坐马车）；有的想利用互补配对原理，使转入的基因插入到特定的区域；还有的在转入的基因两头加入特定序列，这样在基因转入发挥效应使成体细胞重分化成诱导多能性干细胞后（此时外源转入的基因已经没用、被沉默掉了）可以用特殊的酶把它们切下来去除掉；还有人在需要表达的蛋白序列之前再加上一段诱导剂的序列，这样就可以在规定的时间、空间通过药物诱导的方法使我们需要的蛋白开始表达，等等方法，不一而足。

但是所有这些基于病毒的转基因的方法都存在着隐患，就是这个方法本身――病毒。虽然我们已经应用了很久，做了很多很多的研究，但是这些用来转基因的病毒所发挥的作用还是不能100%的保证，如果挂万漏一也会造成不可挽回的损失。所以所有以治疗为目的的诱导多能性干细胞研究，最后都必需摒弃病毒这个“坐骑”，转而寻找其他的途径和方法。

但是诱导多能性干细胞的机制研究中，由于病毒的高效率和易操作，还是研究中的不二之选。

·无插入的诱导方法

在最初的经典的诱导多能性干细胞问世之后，所有的人都意识到了一点，就是这是一种利用转基因的方法达到目的的技术，也就是说改变了细胞原有的基因组序列。

那能否不改变基因组序列而达到同样的效果呢？答案是肯定的。因为在诱导多能性干细胞技术问世之前，就已经有很多种不改变基因组的蛋白引入方法了，所以一旦诱导多能性干细胞面世，各国科学家就都想到了这一点，并在这个领域展开了竞赛。当年与山中伸弥同时做出人的诱导多能性干细胞的中国女科学家俞君英就在这一领域做出了杰出的贡献，她第一个利用质粒做出了无插入基因的诱导多能性干细胞，在国际上赢得了广泛关注。

其实最早做出无外源基因插入的诱导多能性干细胞的利用的其实还是病毒，不过不是常用的逆转录病毒而是腺病毒。腺病毒是一种双链DNA病毒，它最大的优势就是不会把它所携带的基因插入到宿主细胞中，而是在宿主细胞中游离的表达；另外逆转录病毒只能感染正在分裂增殖的细胞，而腺病毒则还可以感染非增殖细胞，所以腺病毒是表达和传递治疗基因的主要候选者。但在实际操作中，诱导多能性干细胞的诱导还是逆转录病毒系统更为高效和稳定；而且，腺病毒再怎么说还是病毒，虽然理论上讲多次传代后就会在细胞中稀释，但还是一个病毒，终究会留下隐患，所以精益求精的科学家们还在寻找其他方法。

这就是俞君英所做的工作了。

质粒是一种染色体外的稳定遗传因子，是一种双链、闭环的DNA分子，它具有自主复制和转录能力，能在子代细胞中保持恒定的拷贝数，并表达所携带的遗传信息。最早只发现它们存在于细菌、放线菌和真菌中，近年来的实验发现它们也可以在哺乳动物的细胞中起作用，把我们要表达的基因带入到动物乃至人的细胞中去。

我们一般用人工构建的质粒做为载体来把我们要表达的蛋白基因带入到我们的目标宿主细胞中，这个过程多数是非常短暂的，只有7天，而且很少会有插入到宿主DNA的情况发生。所以，俞君英就选取了这个方法来研究无插入诱导多能性干细胞的诱导方法，并获得了成功。

不过，无论如何，质粒也是遗传物质，有没有不用遗传物质来诱导诱导多能性干细胞的呢？还真有！起码科学家们真的在向这个方向在努力，这，就是化学诱导。

·化学诱导（一锅巫婆煮的汤）

在化学诱导前面，我们先谈谈蛋白诱导。

看了前面的基因诱导，有人要说了：我们为什么要那么麻烦，让细胞自己表达基因，我们把可以起作用的蛋白直接加进去不就得了？真是说起来容易做起来难啊！不要忘了，细胞是有个“膜”的，它就像一个动态的“防火墙”把细胞生长不要的东东统统挡在外面，象蛋白质这样大分子的物质，要进入细胞更是难上加难。

但这终究不是最佳方案，在细胞诱导的这一领域，人类的终极梦想是“化学诱导”，就是用一些小分子化合物刺激细胞，使得它们表达一些蛋白，从而发生生理生化反应，最终诱导转变称为我们需要的细胞。形象点比喻，就是弄一锅像是巫婆煮的汤一样的东西，只要把细胞放进去，培养培养，出来就是我们需要的细胞了。

在这个领域，又是中国科学家拔得头筹，美国加利福尼亚州拉由拉市史克里普斯研究所的丁胜先是利用重组蛋白诱导诱导多能性干细胞，之后有研究如何用小分子物质诱导，取得了很多很重大的发现。

 

4.诱导多能性干细胞面临的问题

·高效、节能、环保！最时髦的口号！

诱导多能性干细胞虽然相对于核移植技术是一个技术门槛比较低，比较节省的诱导方法，但相对于常规的细胞培养，它的费用还是相当惊人的，而且没有一定的胚胎干细胞培养经验的实验室人员也很难做得出来。最重要的是，它的诱导效率相当的低，以至于在刚开始出现时会遭受质疑，认为山中伸弥只不过是分离出了本来就存在于成体组织中的相对幼稚的细胞而已。

现在当然没有人再这样说了，可是要想大规模应用和更好的研究机制，提高诱导多能性干细胞的诱导效率是摆在所有这个领域的科学家面前的一个难题。说是难题，实际上这也是一个蛋糕，谁在这个领域领先，就意味着在未来的研究中先走了一步，前途未可限量。所以各国科学家都在磨刀霍霍，争取分到更大的一块。

在这个领域，常用的思路主要有两条：一个是找到更容易转化的细胞种类，比如神经干细胞、角质细胞、脐带细胞、胃腺细胞，它们由于本身就表达某些诱导多能性干细胞因子，增值快等优势，可以高效率的转化成为诱导多能性干细胞。但这个方法的缺点也非常明显，就是必需用特殊的细胞，如果没有，就一筹莫展了。

另一个思路是添加各种化合物、抗体等化合物来促进诱导多能性干细胞的转化，我们前面所讲到的化学诱导就属于这一类，国内外有不少实验室都在卯足了劲儿筛选化合物分子库，试图找出更多更好更强的促进诱导多能性干细胞诱导的化合物。这种大规模的筛选实验在近年来非常流行，飞速发展，现在已经可以用机器完成细胞培养，加药以及扫描的全过程，是现代药物研发的一个基础平台。不过自然界和人工合成的化合物何其多也，要想在里面发现我们需要的化合物无异于大海捞针；而药物筛选平台虽然近年来得到了长足的发展，但还是受到多方面因素的限制，建立一个稳定的平台非常之困难，所以要想高效节约地获得诱导多能性干细胞，还是“路漫漫而修远兮”呢！

·基因插入的蝴蝶效应

诱导多能性干细胞的另一个问题与是其他转基因技术一样，存在一个远期效应的问题。生物体是一个复杂的巨系统，任何改变都有可能引发蝴蝶效应。而诱导多能性干细胞的诱导对一个细胞来说是一个翻天覆地的变化，在这个过程中到底发生了哪些事件我们并不知道。就算我们研究明白了所有的事件，那么这些事件又会引起哪些效应？这些效应又会导致哪些事件？

做为一个复杂的巨系统，我们绝对不能用线性的思维来机械的看待生物体，所以在转基因技术中隐含着巨大的危机，稍有不慎就有可能打开潘多拉的魔盒，造成无法挽回的损失。

所以，在诱导多能性干细胞应用的这个方向的研究，大家都致力于无插入的技术。但是这也不是说没有风险，因为在我们所需要特异性表达的蛋白中，就有原癌基因，而完全绕不开，最关键的基因Oct4也是一个会在肿瘤组织中表达的蛋白，对它的研究虽然很多，但一旦放到复杂巨系统这个层面上来讲，就很难说了。

但是，难道因为存在风险就不去研究开发它了吗？恰恰相反，真因为存在着巨大的风险，才更需要更深入的研究，研究清楚到底存在哪些风险，如何规避等等，才是王道。

·“饮鸩止渴”，还是不？

在诱导多能性干细胞研究领域最热门的一块，就是化学诱导，但化学诱导也有它的局限性：

首先，这一技术还非常不成熟，目前为止虽然找到了很多可以促进、提高诱导多能性干细胞诱导效率的小分子化合物，但是纯粹用化合物来诱导的方法还是没有找到，虽然大家都抱有这样一个美好的向往，但是否能做到谁也不知道。

其次，其实化合物也都是有毒性的，这些化合物在对细胞作用的同时也在损伤细胞，它们对细胞的损伤又会多大程度上影响细胞的状态以及功能也需要研究；事实上，在已经证实对诱导多能性干细胞诱导起作用的许多化合物中，就有很多是有剧毒的。虽然理论上讲小分子化合物可以通过在细胞传代过程中不断的冲洗换液来稀释去除，但是否能清除干净却很难说，而且痕量的化合物是否会残留作用呢？这也是需要科学家们回答的问题。

最后，我们往往需要多种小分子化合物协同，才能达到我们需要的目的，那么这些小分子化合物之间会不会产生影响呢？这种影响又会多大程度上影响细胞的功能呢？这些都还需要研究。

应用小分子化合物来诱导诱导多能性干细胞，也许就是一个“饮鸩止渴”的方法，问题是我们如何去研究和优化它，尽量强化效率而规避风险。

成“瘤”？拒绝！

其实，诱导多能性干细胞做为一种特殊的胚胎干细胞也面临着与胚胎干细胞同样的问题，就是：成瘤性。

做为胚胎干细胞，它的一个特点就是永生性，而永生化正是细胞癌变的第一步，而我们鉴定一株细胞是否是胚胎干细胞或诱导多能性干细胞时常用的方法就是看它是否能在裸鼠体内形成“畸胎瘤”。所以成瘤性正是胚胎干细胞的固有属性之一。

但是当我们需要用胚胎干细胞进行治疗应用时，是绝对不希望有肿瘤产生的，这样就产生了一对矛盾：培养时我们需要它无限传代，使用时我们又需要它不能成瘤。

针对这一对矛盾，解决的方案有两个：

一是，先体外诱导胚胎干细胞成为我们所需要的种类的细胞或它们的前体细胞，再进行移植治疗。因为胚胎干细胞有这样一个特性，一旦分化，就会失去永生化的这一特性，不再成瘤。不过这也存在着问题，胚胎干细胞的体外分化目前为止还是一个不那么成熟的技术，虽然可以分化成多种细胞，但效率都不是很高，而且分化出来的细胞也不一定是有足够功能的，所以如何得到纯的、有功能的胚胎干细胞分化而来的所需细胞还是需要更多研究的。

二是，有人提出在胚胎干细胞中引入自杀基因，当移植的胚胎干细胞向肿瘤发展时，就会启动自杀基因，发挥作用导致细胞死亡。

 

5.诱导多能性干细胞研究展望（可见的科幻）

·你自己的胚胎干细胞——个体特异性干细胞

诱导多能性干细胞最诱人的前景是它的“个性化服务”这个特点。在这个人人都追求“特立独行”的时代，拥有自己独特的一份儿“胚胎干细胞”该是一件多么酷的事啊！

不过“个性化服务”绝不仅仅是“酷”这么简单，这涉及到“人”的生物学本质。从生物学角度讲，这个世界上没有哪两个人是完全相同的，就算是基因型完全相同的的同卵双胞胎他/她们的表观遗传学特性也有可能不一样，两个人在生活中的际遇环境差异也会导致生理、病理上的差异。所以，每个人得的病也就不会完全一样，小病也就算了，万一得个大病，谁不希望能在最短的时间得到最有效的治疗？但事实上在当今医学上，还是在经常应用“试错法”――先上药治着看，如果起效了就是这个病，不起效就排除这个病――这叫做“诊断性治疗”，热门美剧《豪斯医生》就总是在用这个方法。

如果有了个性化的胚胎干细胞，在很大程度上我们就不必用真人去“试错”了，用我们的细胞就可以了！要知道，诱导多能性干细胞可是永生化的，理论上讲是可以永无止境的供应的。

当然用我们自己的细胞修复我们自己的组织就更不用说了。

科幻片里经常有用“复制人”做为“后备”为人类提供健康器官组织的狗血镜头，其实完全不必那么麻烦，为什么要培育一个完整的“人”那么麻烦呢？只要有万能细胞不就行了？诱导多能性干细胞就是我们的万能细胞。不过目前为止，我们还不能做到在体外直接用“万能细胞”培育出一个完整的器官。

·谁想变啥就变啥——定向重编程

当然诱导多能性干细胞也有它的局限性，最主要的就是我们前面提到的成瘤性，所以，这里还有另外一个选择，就是“转分化”，也就是定向重编程。

诱导多能性干细胞不是把终末分化的细胞重新恢复成最原始最幼稚的胚胎干细胞吗？那我们能不能把终末分化的细胞直接重编程成为另一种细胞，或者是成体干细胞，或者是另一种终末分化的细胞？在诱导多能性干细胞技术出现以前，就有人在这个方向上做出过尝试，诱导多能性干细胞技术出现以后，就更加增强了大家的信心：最幼稚的胚胎干细胞都能诱导出来，其他种类的细胞应该也可以。

事实上，也确实是如此。

早在1987年安德鲁·拉萨等人就已经成功的把小鼠的成纤维细胞转分化成为了成肌细胞，当然这只是“成”字头细胞之间的相互转化，与我们现在所讲的“转分化”还是有较大区别的。此后又陆续有一些相关实验，比如把B细胞转化成巨噬细胞或淋巴祖细胞；把胰脏外分泌细胞转化成有功能的β细胞（分泌胰岛素的细胞）等；但一直到诱导多能性干细胞技术推广以后，“转分化”技术也才迎来了自己的“春天”。2010年在国际顶尖杂志《自然》和《细胞》上接连发表了3篇文章，分别是把成纤维细胞转分化成为神经细胞、血液祖细胞和心肌细胞。他们都是用诱导诱导多能性干细胞最常用的一种细胞――成纤维细胞，分别诱导培养出来了有功能的神经、血液和心肌细胞，这是相当了不起的成就，是再生医学的一个重要进步。

·原地满状态复活——定点重编程

那还有没有更好的方法呢？

有的，就是定点定向重编程。

有人提出来，我们可以在组织受损的部位，利用重编程技术把这个部位的其他种类的细胞重编程成为有功能的、我们需要的细胞种类。这是不是听上去很科幻？但这并不是不可能的，因为这个技术可以基于早已经在开发的另一个技术――个体水平的转基因技术来进行。很早就有人利用腺病毒来做这样的工作了，比如1996年就已经利用腺病毒治疗鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症，已经进入一期临床的实验了。只不过还没有人把它应用于诱导多能性干细胞技术或转分化技术中去罢了。

你看，这像不像“原地满状态复活”？

不过，这还只是我们科学家的幻想，具体的实施还需要艰苦的努力。