Nature Methods雜志在十周年之際推出了紀(jì)念特刊，點(diǎn)評了在過去十年中對生物學(xué)研究影響最深的十大技術(shù)，其中就包括細(xì)胞重編程。iPS技術(shù)鼻祖山中伸彌教授，在這個(gè)特刊中發(fā)表文章解讀了細(xì)胞重編程的命運(yùn)。山中伸彌教授因這一技術(shù)獲得了2012年的諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

將多能性的iPSC分化成為人們想要的細(xì)胞類型，必須對許多因子加以控制。有些iPSC克隆在分化時(shí)存在一定的偏好。對于醫(yī)學(xué)應(yīng)用來說，也許不將細(xì)胞逆轉(zhuǎn)得那么徹底會(huì)更好。實(shí)際上，研究者們已經(jīng)在沒有完全到達(dá)多能性狀態(tài)的情況下，成功將體細(xì)胞重編程（有時(shí)甚至只用到了一個(gè)外源轉(zhuǎn)錄因子）。值得注意的是，這些被稱為直接重編程的技術(shù)，需要的基因組改變要少于傳統(tǒng)的 iPS技術(shù)，在模擬疾病方面很有潛力。

細(xì)胞重編程最初是在體外研究中獲得突破的，然而越來越多的研究表明，重編程也可以在體內(nèi)完成，體內(nèi)重編程的效率甚至比體外還要好。Abad等人的一項(xiàng)研究極大地鼓舞了我們，他在轉(zhuǎn)基因小鼠中通過誘導(dǎo)OSKM，成功重編程了多種組織的細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，活體內(nèi)的iPSC能達(dá)到超越體外iPSC的全能狀態(tài)。進(jìn)一步的分析顯示，體內(nèi)iPSC在轉(zhuǎn)錄組水平上更類似于桑椹胚（morulas）而不是胚胎干細(xì)胞ESC。這些結(jié)果告訴我們，體外和體內(nèi)的iPS過程存在差異，因此在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中測試細(xì)胞重編程是很重要的。在動(dòng)物模型中進(jìn)行細(xì)胞重編程可以為人們揭示更多的信息，因?yàn)轶w內(nèi)環(huán)境可能對細(xì)胞命運(yùn)產(chǎn)生間接的影響。

細(xì)胞環(huán)境有著超越基因組的影響，正因如此，大規(guī)模“組學(xué)”數(shù)據(jù)將是未來細(xì)胞重編程的一個(gè)重要方面。雖然我們認(rèn)為iPSC和ESC在功能上是相同的，但轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和表觀基因組水平的深入研究將有助于闡明環(huán)境對重編程的影響。另外，在單個(gè)細(xì)胞中同時(shí)檢測多個(gè)“組學(xué)”，將能鑒定那些造成iPSC多能性差異的基礎(chǔ)元件。

目前，細(xì)胞重編程領(lǐng)域普遍缺乏定量數(shù)據(jù)。實(shí)際上，文獻(xiàn)中的重編程效率差異，可能更多的是由體細(xì)胞內(nèi)部異質(zhì)性造成的，而不是方法學(xué)上的問題。定量理解這樣的異質(zhì)性，可以幫助我們從細(xì)胞群體中區(qū)分出想要的細(xì)胞。

Buganim等人通過細(xì)胞重編程的兩個(gè)狀態(tài)，描述了異質(zhì)性產(chǎn)生的基礎(chǔ)。首先，OSKM轉(zhuǎn)基因激活一系列隨機(jī)事件，當(dāng)這些事件達(dá)到“適當(dāng)”條件時(shí)，細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙€(gè)狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)決定性的基因表達(dá)，此時(shí)轉(zhuǎn)基因被沉默，細(xì)胞被重塑為多能性狀態(tài)。在Buganim這個(gè)模型中，轉(zhuǎn)基因激活與沉默之間的平衡，是細(xì)胞重編程效率低的重要原因。我們可以換一種途徑進(jìn)行重編程，激活或沉默非基因組的因子，將有望顯著提高重編程效率。“組學(xué)”數(shù)據(jù)無疑能加深我們對這些因子的認(rèn)識(shí)，幫助我們理解細(xì)胞重編程的必要條件和非必要條件。

在這些信息的基礎(chǔ)上，我們可以同步細(xì)胞動(dòng)態(tài)，在引入轉(zhuǎn)基因時(shí)讓大多數(shù)細(xì)胞處于最佳狀態(tài)。已經(jīng)有前期工作表明，重編程動(dòng)態(tài)受到一些限速步驟的調(diào)控。比如，去除組蛋白乙?；囊粋€(gè)抑制子，可以使體外重編程的效率達(dá)到幾乎100%。此外，引入OSKM也會(huì)刺激甲基化等細(xì)胞過程，以維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)。對于研究這些過程的動(dòng)態(tài)而言，定量技術(shù)將特別有優(yōu)勢。FACS和拉曼光譜才剛開始用于細(xì)胞重編程的定量研究，就已經(jīng)表現(xiàn)出了很大的潛力。

細(xì)胞重編程受到公眾關(guān)注，主要是因?yàn)樗诩膊∧M和醫(yī)療保健中的應(yīng)用。神經(jīng)退行性疾病的患者特別能從這一技術(shù)中獲益，因?yàn)樯缮窠?jīng)元的iPS方案要優(yōu)于其他細(xì)胞類型，而且患者神經(jīng)元通常很難獲取。目前，細(xì)胞重編程技術(shù)最適合研究特定基因組突變引起的疾病，因?yàn)橹鼐幊虝?huì)重設(shè)表觀基因組。盡管有證據(jù)表明，iPS技術(shù)也能用來研究復(fù)雜基因組改變引起的疾病，但目前的模型一般不足以研究異常細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)或動(dòng)態(tài)引發(fā)的疾病。

近年來，iPS研究發(fā)表的數(shù)量和速度都很驚人，但這些研究還局限于檢測相對簡單的系統(tǒng)。對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)引發(fā)的問題或疾病，就需要采用能描述網(wǎng)絡(luò)互作的定量技術(shù)或者轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。這些方面的進(jìn)步將加深我們對重編程機(jī)制的理解，有助于早日實(shí)現(xiàn)人們對這一技術(shù)的期望。