成体细胞还原为胚胎干细胞的探索之路
不用创建一个胚胎，而将成体细胞还原为胚胎状态是一件棘手的事情。科学家们现已能重置一个成熟体细胞中的DNA，使该细胞能成长为人体内的任何细胞类型，如心脏肌肉细胞、神经细胞和膀胱细胞等。
一个病人到医院诊断病情，医生告知其诊断结果不太好，必须进行手术治疗。
于是，医生从病人的头上拔出一根头发，并告诉病人几周后再回来。当病人再次来到医院时，外科医生把利用病人毛囊在实验室中培育出的健康细胞植入病人体内来修复病变的器官。几个月后，新的细胞渐渐融入了器官，病人的症状消退了。一年后，他又恢复了健康，重新过上了正常生活。
重组细胞的“多能性”
这就是干细胞研究人员希望在10年到15年内可司空见惯的情景。一个取自病人自身的细胞，也许是毛囊，也许是皮肤或血液，将能变成心脏、大脑或其他器官的细胞。无论是多发性硬化症、帕金森氏症、心脏衰竭还是糖尿病，医生都能将转换细胞移植到受损器官来治疗疾病。
2007年11月，这样的梦想已几近现实。两个科学小组曾宣布，他们已将成年人体皮肤细胞倒退回胚胎状态。像胚胎干细胞一样，这些重组细胞似乎也能变成人体200多种细胞类型中的任一种，这种能力被称为“多能性”。
美国斯克里普斯研究所再生医学中心主任珍妮·劳琳表示：“能对成体细胞进行重组的事实，绝对是新奇的。它出乎人们对成体细胞能力的各种意料。”
之前，获得多能人体细胞的唯一途径是从5天大的胚胎提取干细胞，但该项技术备受伦理争议。重组成体细胞却不涉及制造或摧毁胚胎，因此这些新细胞———诱导多能干细胞(iPS细胞)似乎能满足胚胎干细胞的所有医学愿景，而不用陷入政治纷争的泥沼。
但是没有人真正知道这些新细胞和胚胎干细胞在基因水平上到底有多相似。基因活性模式上的细微差别可能会破坏这些新细胞治疗疾病的能力，甚至于引起植入人体后的这些细胞表现异常。医生可在人体上放心使用这些重组细胞前，科学家们需要了解这些新细胞是不是胚胎干细胞真正遗传意义上的“双胞胎”。
癌症也是潜在的风险之一。为了重组成体细胞，科学家们将细胞暴露在4个基因工程病毒中。每个病毒将一个基因插入到细胞DNA的随机位置。不管愿意与否，这种插入有时会干扰细胞的基因，包括像肿瘤抑制基因这样的关键基因。这个病毒干扰可导致细胞生长失去控制，从而形成一个肿瘤，这就是医生考虑使用重组细胞进行治疗前必须解决的另一个问题。
最近的研究开始准备克服这些障碍。科学家们正在从他们的细胞转化方法中一个一个地移除病毒。新的遗传学研究表明，这些方法确实能完全重组成体细胞，多莉羊的诞生被认为是第一次实现了这种可能性。
重组细胞与胚胎干细胞是“双胞胎”?
如果对一只羊的研究能获得诺贝尔奖，为重组干细胞铺平道路的这个奖项那就非第一只克隆动物———多莉羊莫属。
在多莉身上，科学家们看到了成熟体细胞中的DNA能被“重置”为胚胎状态，进而成长为新生克隆体中的任何类型细胞(如心肌细胞、神经细胞、膀胱细胞等)的事实。
在克隆过程中，将成体细胞核和携带的DNA插入空卵细胞可重置成体DNA。不知何故，卵细胞知道如何去完成这个重组使命。
科学家们认为，通过探究哪些蛋白质创造和保持了这种胚胎状态，也许就能用这种蛋白来重置所有的成体细胞，而不仅仅是DNA。
通过观察胚胎干细胞中的基因活性，日本京都大学山中伸弥教授发现了一组4个基因经由病毒插入细胞时具有重组成体细胞的能力，这4个基因是：Oct3/4、SOX2、c-Myc和KLF4。在2006年的小鼠皮肤细胞实验和之后进行的人体细胞实验中成功得以验证。
几乎是一夜之间，全世界的干细胞研究人员纷纷效仿这项新发现并开始各种重组细胞的实验。但是关于更具争议性的胚胎干细胞研究并未中断，不变的是，真正的胚胎细胞仍然充当着衡量其“干性”能力的黄金标准。
加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院的心脏病学家罗伯·麦克莱伦说：“如果没有一个胚胎干细胞用以比较，来告诉你多能细胞是什么，那你永远无法制造出一个重组细胞。重组细胞研究目前仍处于非常初步的阶段，现在大话这些细胞会比胚胎干细胞更好或相当，还为时尚早。”
科学家们还在动物身上使用重组细胞来治疗疾病，以评估其“干性”。如果iPS细胞真的和胚胎干细胞一模一样，那么它们一旦变换成心脏和神经细胞并被植入人体，其表现也应与胚胎干细胞一致。
至少，对镰状细胞性贫血来说，一些证据表明重组细胞能起到治疗作用。2007年12月的《科学》杂志曾报道，美国麻省理工学院的鲁道夫·贾尼斯基研究小组利用重组的小鼠皮肤细胞修正了引起镰状细胞性贫血的致病基因。在诱导这些细胞发展成成熟骨髓细胞后，科学家们将其注射回小鼠体内。一旦这些新细胞在小鼠骨髓内“立足”，它们就开始产生正常的血细胞，小鼠的病情得以改善。
在去年4月15日的《美国科学院院报》上，贾尼斯基研究小组撰文指出，重组细胞还能变成神经细胞，用以治疗带有类似帕金森氏症的小鼠。在实验中，重组细胞再次表现出相当于胚胎干细胞的行为能力。
另一个鼓舞人心的迹象则来自于对重组细胞和胚胎干细胞中关闭基因的比较研究。当一个胚胎在子宫中发育时，遗传自胚胎干细胞的细胞逐渐发展成越来越专门的细胞，如肝脏细胞或骨细胞等。这个专门化的过程，涉及关闭许多不需要的基因。也就是说，在骨细胞中关闭肝脏基因，反之亦然。
细胞关闭不需要基因的一种方法，就是将甲基族小分子附着在DNA上，这个过程就是甲基化。将一个成体细胞像时针一样拨回到胚胎状态，很大程度上就是一个去甲基化的过程。在大多数研究中，重组细胞的甲基化模式就像是胚胎干细胞的镜像，科学家们将两者的功能等同起来。
重组细胞研究属初步阶段
生物技术公司“生物时代”的副总裁迈克尔·外斯特说：“他们在本质上是相同的细胞。虽然他们被称为iPS细胞，但他们就是我所关注的胚胎细胞。”
但并非所有的科学家都这么认为。斯克里普斯研究所的干细胞研究人员丁盛(音译)就说：“我不认为他们完全相同，宁愿说他们相当接近。某些类型重组细胞的基因活化还是有些不太完全。”
去年8月24日《自然》杂志网络版上刊登的一项研究成果，也许将最终解决此事。斯克里普斯研究所的劳琳和同事描绘了重组细胞、胚胎干细胞、神经干细胞和其他干细胞中的数千种基因和蛋白质的活性概图。对这些活性进行比较后，这个概图揭示了有一组19类蛋白质可清晰界定于这些多能和非多能(如神经干细胞)细胞间。
当劳琳研究小组基于这些关键蛋白筛选出重组细胞时，这些细胞很显然地都落入了和胚胎干细胞相同的组别。劳琳说：“我们能随时告诉你，一个细胞是不是归属于这个分类图，这是一目了然的事。以前人们观察重组细胞时得到的印象认为他们是不同的，但此次研究显示他们是相同的。要不是对其进行标示，几乎难以将其与胚胎干细胞区别开来。”
研究结果表明，在基因水平上，可变换的成体细胞和真实干细胞是如此相像，以致于他们可互换。当然，那些讨厌的病毒除外。
将臭蛋从筐里拣出去
从重组“配方”中驱除病毒的进程非常之迅速。去年1月，山中伸弥和贾尼斯基分别在《自然·生物技术》和《细胞·干细胞》杂志上发表报告称，他们已在不使用带有c-Myc基因的病毒情况下成功转化了细胞。因为c-Myc基因已知会增加癌症风险，所以它是科学家意在删除的第一个基因。
没有c-Myc基因，小鼠皮肤细胞的变换过程就要花更长的时间，从6天变成了21天，但是这些细胞还是能被重组。在过往的实验中，由包含重组细胞的胚胎发育而成的小鼠会因为c-Myc基因患上癌症，但是在上述两项实验中，杂交小鼠却是和肿瘤绝缘的。山中小组的研究还表明，免c-Myc基因技术也能重置人类皮肤细胞。
就在一个星期后，哈佛大学干细胞研究所道格拉斯·麦尔登领导的另一个研究小组在后续实验中发现，带有丙戊酸(用于抗癫痫药物的常用化合物)的增强型免c-Myc基因技术的转化细胞数量要比单独的免c-Myc基因技术多100倍。他们在去年7月份《自然·生物技术》杂志上发表的报告表示，这方面的改善抵消了去除c-Myc基因造成的效能损失。
使用像丙戊酸这样的简单化学品来取代携带病毒的基因，要比单纯处理病毒更为安全，因为制药业在小分子药物的开发和试验上已积累了数十年的经验。这些药物能像插入基因一样，激活这些细胞的相同天然分子机制，因此能以类似的方式重组细胞。
科学家们也在极力追求使用丙戊酸这样的化学品来取代其他3个重组“配方”中的病毒基因，以使转换过程更加符合美国食品药品管理局(FDA)的要求，促使FDA批准重组细胞的医疗使用。外斯特说：“通过在基因中插入病毒来对细胞进行基因改造，FDA务必会出台一整套另外的审议标准。”
在一项未发表的研究中，丁盛小组最近使用简单的化学品取代了另外两个携带病毒基因。丁盛说：“之前是4个基因，现在只剩下1个基因，而这离重组小鼠细胞首次被创建仅用了2年的时间。我们真的没想到，并没有碰到太大的困难。”
劳琳注意到，科学家们也正在探索其他方法来解决病毒问题。方法之一是使用其它类型的病毒。有些病毒不需要将基因整合入细胞的DNA，就能将基因传递入一个细胞。这些基因在细胞体内保持自由流动的状态，在那里他们能被转化为蛋白质。最终，这些细胞的酶降解基因，消除那些由外源基因随机插入细胞DNA所造成的潜在威胁。
科学家们也可将重组蛋白质直接注入细胞，而不是加入那些对蛋白质进行编码的基因。但是直接蛋白质注入及非整合病毒所带来的问题，便是时间。
劳琳解释说：“我们真的不知道这些诱导因子要多长时间才能重组细胞。如果没有科学家的某种干预，注入的蛋白会在数小时内即被细胞降解。如果你没有足够长的时间来做这件事，你很可能就会前功尽弃。”
劳琳正在探索另一种思路，那就是小RNA(能静默特定基因的短RNA片段)。一个人体内的每个细胞都包含着一整套遗传代码，包括在原始重组配方中的4个基因。所以，成体细胞中已经有了这些基因。
