2006年日本科學家山中伸彌（Shinya Yamanaka）首次利用病毒載體將四個轉(zhuǎn)錄因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-myc）的組合轉(zhuǎn)入分化的體細胞中，使其重編程而得到了類似胚胎干細胞的一種細胞類型——誘導多能干細胞（iPSCs）。這一了不起的成果在本月早些時候被授予了諾貝爾生理學/醫(yī)學獎。

盡管近年來iPS技術不斷取得發(fā)展，各種改良技術時有出現(xiàn)。然而轉(zhuǎn)化效率低下一直都是科學家們頭疼的問題。成為了iPS臨床轉(zhuǎn)化的重要障礙之一。此外，由于基因插入可能導致細胞癌變，研究人員和臨床醫(yī)生對于推動這些細胞的潛在治療應用也一直抱謹慎的態(tài)度。

現(xiàn)在，斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員設計了一種高效安全的新方法，只需利用基因編碼的蛋白就可以生成誘導多能干細胞。這一研究成果發(fā)布在10月26日的《細胞》（Cell）雜志上。

這并非是首次嘗試這樣的方法。許多研究人員曾證實利用蛋白質(zhì)來生成誘導多能干細胞雖然有可能實現(xiàn)，但效率卻遠遠低于病毒方法。斯坦福大學的研究人員能取得前所未有的成功歸因于一個意外的發(fā)現(xiàn)：最初方法中使用的病毒不僅僅對于基因傳遞至關重要。

斯坦福大學心血管研究所副所長和醫(yī)學教授John Cooke博士說：“過去一直認為病毒僅僅是作為特洛伊木馬（Trojan horse）將基因傳遞到細胞中?，F(xiàn)在我們知道病毒可導致細胞松開染色體，使得DNA發(fā)生逆轉(zhuǎn)至多能狀態(tài)必需的改變?！?/SPAN>

無需人類胚胎，iPS細胞為解決與干細胞研究相關的倫理道德困境提供了一個可能的替代方法。它們由機體內(nèi)承擔某一專門功能的成體細胞生成。在山中伸彌之前，人們認為這些細胞絕不可能恢復為起源的多能干細胞。然而山中伸彌卻證實這些高度特化的細胞比之前認為的具有更大的發(fā)育靈活性或可塑性。在存在四個基因的條件下，它們就可以呈現(xiàn)出胚胎干細胞的特征，在合適的條件下可以變成幾乎所有的細胞類型。

現(xiàn)在Cooke研究小組確定了這一轉(zhuǎn)變發(fā)生的一個重要的組件。Cooke說：“我們發(fā)現(xiàn)當細胞暴露于一種病原體時，它會發(fā)生改變以適應或抵御挑戰(zhàn)。這一先天免疫的一部分包括促進了DNA的可接近性。這使得細胞能夠伸入它的遺傳工具箱中，取出生存所需的東西。”它也使得多能誘導蛋白能夠修飾DNA，將皮膚細胞或其他的特化細胞轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N胚胎干細胞樣的細胞。

由于細胞激活了一種與存在病毒遺傳物質(zhì)時的炎癥相似的免疫反應，研究人員將這一過程稱為“轉(zhuǎn)炎癥”（ transflammation）。他們認為他們的研究發(fā)現(xiàn)有可能為在人類中使用iPS細胞，以及闡明多能性發(fā)生借助的生物學信號通路鋪平了道路。

Cooke和同事們一開始就致力于優(yōu)化利用細胞滲透性蛋白來重編程成體特化細胞變?yōu)槎嗄芨杉毎Ｋ麄冎赖鞍踪|(zhì)進入到了細胞的細胞核中，在實驗室它們能夠結(jié)合正確的DNA序列。它們還能夠維持過去采用其他方法重編程細胞的多能性。那么為何這些蛋白遠不如病毒方法有效呢？

當研究人員將暴露于細胞滲透性蛋白的細胞的基因表達模式與負載基因的病毒感染的細胞進行比較時獲得了突破：它們完全不同。Cooke想知道是否有可能病毒的某些特性對此負責。

研究人員利用細胞滲透性蛋白質(zhì)和一種無關病毒重復了這一試驗。多能性轉(zhuǎn)化的效率顯著提高。進一步的調(diào)查揭示這一效應是由于細胞內(nèi)Toll樣受體3（Toll-like receptor 3）信號激活所致，利用小分子模擬這一病毒遺傳物質(zhì)觸發(fā)信號通路具有相似的效應。

“這些蛋白質(zhì)是非整合性的，因此我們不必擔心病毒誘導對宿主基因組的損害，”Cooke說。此外他還指出利用細胞滲透性蛋白可以賦予對重編程過程更高水平的控制，有可能促成在人類治療中使用iPS細胞。

“現(xiàn)在我們知道當受到病原體挑戰(zhàn)時細胞會呈現(xiàn)出更大的可塑性，理論上我們可以利用這一信息進一步操縱細胞誘導直接重編程，”Cooke說。

直接重編程涉及將像皮膚細胞這樣的一種特化細胞誘導成為如內(nèi)皮細胞這樣的一種細胞分化類型，無需通過中間的多能狀態(tài)。斯坦福大學的研究人員Marius Wernig博士利用直接重編程成功地將人類皮膚細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榱斯δ苄缘纳窠?jīng)元。