干細(xì)胞具有自我更新,、永生不滅的能力，因而不斷激發(fā)著研究人員去探究其醫(yī)學(xué)潛力,。但是了解干細(xì)胞的進(jìn)程一直是緩慢的,，人們花了20年的時(shí)間，只弄清了如何在實(shí)驗(yàn)室中培育出胚胎干細(xì)胞,。最近,，分子生物學(xué)技術(shù)在兩個(gè)前沿領(lǐng)域取得了快速的發(fā)展。研究人員目前已開始探究干細(xì)胞在變?yōu)樘囟?xì)胞的同時(shí)是如何增殖自身數(shù)量的,，也正在了解如何將成人的皮膚細(xì)胞變成更像他們的“胚胎祖先”那樣的細(xì)胞,。這些進(jìn)展給科學(xué)家?guī)淼南Ｍ牵麄儗⒑芸炷芾眠@些干細(xì)胞的能力,，達(dá)成這些細(xì)胞為人卻病的最終“愿景”,。
何去何從：分裂還是分化
你也許常常會(huì)抱怨所在城市的交通簡(jiǎn)直是一團(tuán)糟，但這要跟細(xì)胞內(nèi)的交通麻煩比起來,，簡(jiǎn)直不值一提,。DNA幾乎一刻不停地在用化學(xué)物質(zhì)和蛋白質(zhì)重新鋪路，來維持染色質(zhì)的DNA－蛋白質(zhì)－化學(xué)物質(zhì)這樣的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),。染色質(zhì)的這種構(gòu)造有助于決定一個(gè)細(xì)胞的激活機(jī)制是像一輛HOV道（僅供乘坐至少某一規(guī)定乘客數(shù)的車輛通行的車道）上的車那樣快速移動(dòng)，還是一輛接一輛的車首尾相接堵得水泄不通,。染色質(zhì)可阻止細(xì)胞徘徊在錯(cuò)誤的發(fā)展道路上,，方法就是關(guān)閉那些誤導(dǎo)細(xì)胞的基因。
但有些細(xì)胞則做著不一樣的事情,。胚胎干細(xì)胞并不會(huì)堵在僅有一條路線的主干道上,。這些細(xì)胞在道路的一個(gè)岔口隨時(shí)待命，他們保留了成為人體內(nèi)各類細(xì)胞的能力,，這種能力就叫“多能性”,。理解這些細(xì)胞如何完成其兩項(xiàng)使命———無限增殖和選擇多重身份（分化為各種其他細(xì)胞），是生物學(xué)長期以來的重大難題,。
在探尋干細(xì)胞秘密的過程中,，科學(xué)家們普遍將目光聚焦在發(fā)現(xiàn)賦予其多能性的成分上，很少關(guān)注其經(jīng)久不息的自我復(fù)制,。新的研究表明,，多能性（多向分化）和永久性（無限增殖）可能并不是兩種互相分離的性狀。很多研究人員相信,，形成一個(gè)胚胎干細(xì)胞的關(guān)鍵在于兩者的平衡,。
新的研究顯示，持續(xù)分裂也許是一個(gè)干細(xì)胞的天然狀態(tài),。這些細(xì)胞不斷地更新自己,，直到一個(gè)變異信令（變換成其他細(xì)胞類型）的到來,。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)涉及選擇身份的化學(xué)物質(zhì)家族對(duì)于導(dǎo)引細(xì)胞進(jìn)行分裂也很重要,。進(jìn)一步的研究還表明,，一個(gè)涉及多能性的由數(shù)百個(gè)基因組成的網(wǎng)絡(luò)則可能和自我更新相關(guān)。
借助諸如此類的研究,，科學(xué)家們得以更好地抓住胚胎干細(xì)胞的“干性”本質(zhì),，更深地了解胚胎干細(xì)胞是怎樣完成他們的既定使命的。
分子生物學(xué)中的“薛定諤貓”
研究人員過去常常認(rèn)為,，一個(gè)干細(xì)胞的生長離不開染色質(zhì)和生長因子,。但是，美國洛杉磯大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院干細(xì)胞生物學(xué)家英奇?。ㄒ糇g）和他的同事,，在2008年5月22日的《自然》雜志上發(fā)表報(bào)告認(rèn)為，除非另有指示,，細(xì)胞會(huì)一直保持分化狀態(tài),。事實(shí)上，胚胎干細(xì)胞將持續(xù)產(chǎn)生更多的干細(xì)胞,，除非他們得到信令發(fā)展成其他細(xì)胞類型,。
英奇隆表示，生命就只是一個(gè)自我更新和分化的過程,。干細(xì)胞的行為就是這兩個(gè)過程的相互作用,。
譬如，給一個(gè)細(xì)胞發(fā)出變換成某種基因的最終信令后,，參與一系列反應(yīng)的被稱為MAP激活酶的蛋白就會(huì)對(duì)分化施加重要的影響,。MAP激活酶細(xì)胞對(duì)于細(xì)胞分裂來說也是必需的。在低濃度條件下,，MAP激活酶的蛋白會(huì)告訴細(xì)胞分裂,，高濃度條件則促使干細(xì)胞發(fā)展成其他類型的細(xì)胞。為了保持干細(xì)胞狀態(tài),，細(xì)胞就需要調(diào)低MAP激活酶通路的活性,，但又不能關(guān)閉。研究人員懷疑,，其他的一些因子也是以這樣的游走鋼絲的方式來維持細(xì)胞的“干性”,。
在2008年8月24日的《自然》雜志上，一個(gè)國際研究小組發(fā)表報(bào)告稱,，一個(gè)由許多基因組成的大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)胚胎干細(xì)胞的多能性負(fù)責(zé),。間接證據(jù)表明，同一組基因和蛋白的相互作用則應(yīng)與細(xì)胞的自我更新相關(guān)。德國弗朗茨－約瑟夫·穆勒綜合精神病學(xué)中心的弗朗茨－約瑟夫·穆勒表示,，這是一個(gè)共同工作的活性基因組合,。他確信他們不只是抑制分化信號(hào)，但所有的這些基因確切在做些什么他也并不清楚,。
在網(wǎng)絡(luò)研究中確定的許多因子都圍繞著DNA,。其中的兩個(gè)主要“成分”Oct3/4和SOX2就是科學(xué)家們所謂的轉(zhuǎn)錄因子，它是一種控制基因活性的蛋白質(zhì),。（這兩種蛋白質(zhì),，連同KLF4和c－Myc，就是用于將皮膚細(xì)胞重組為多能干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子,。）
組成了DNA字母表的堿基對(duì)A（腺嘌呤）,、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）和T（胸腺嘧啶）的某些組合,，就相當(dāng)于為轉(zhuǎn)錄因子預(yù)留的停車標(biāo)記,。當(dāng)這些因子發(fā)現(xiàn)了一個(gè)上面帶有他們名字的標(biāo)記時(shí)，他們就占據(jù)于DNA上,，幫助打開或關(guān)閉附近的基因,。
至少在DNA裸露（也就是相當(dāng)于一個(gè)空停車場(chǎng)）時(shí)，上述情形就會(huì)發(fā)生,。但是真實(shí)情況并不是這樣簡(jiǎn)單,，情形遠(yuǎn)要復(fù)雜得多。在細(xì)胞發(fā)展過程中,，兩組競(jìng)爭(zhēng)的蛋白質(zhì)族幫助控制基因的活性,。Polycomb族關(guān)閉基因，trithorax族則打開基因,。都是通過將一種稱為甲基族的化學(xué)物質(zhì)栓在DNA的親密助手———組蛋白H3上，這兩個(gè)族的蛋白質(zhì)才能完成他們的任務(wù),。Polycomb族將甲基族粘附在蛋白質(zhì)構(gòu)筑單元賴氨酸上,，該賴氨酸位于組成組蛋白的氨基酸鏈的27號(hào)位置。trithorax族也能對(duì)賴氨酸甲基化,，但不是在27號(hào)位置,，而是4號(hào)位置。
這看起來似乎是個(gè)很細(xì)微的差異,，但對(duì)一個(gè)細(xì)胞來說,，這個(gè)差異就像紅綠交通信號(hào)燈一樣清晰可辨。
美國麻省綜合醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院的基因組科學(xué)家及染色質(zhì)生物學(xué)家布拉德利·伯恩斯坦說,，在胚胎干細(xì)胞中,，蛋白質(zhì)編碼基因?qū)τ诎l(fā)育很重要，其他2500個(gè)基因則既攜帶Poly鄄comb，又?jǐn)y帶trithorax甲基化標(biāo)記,。因此,，這就像極了薛定諤貓（在量子力學(xué)世界，有一只貓,，它生活在半死不活的疊加態(tài),，這就是著名的薛定諤貓。量子理論認(rèn)為：我們永遠(yuǎn)也不知道薛定諤貓是死是活,，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)）,，胚胎干細(xì)胞中的基因，在某種意義上說,，就同時(shí)處于開啟和關(guān)閉的狀態(tài),。
染色質(zhì)松散地包圍在這些基因周圍，使之易于接近以打開基因,。2008年6月在費(fèi)城召開的國際干細(xì)胞研究協(xié)會(huì)的一次會(huì)議上,，伯恩斯坦解釋說，在胚胎干細(xì)胞中,，這些染色質(zhì)蛋白的“呼吸”,，就等于粘附于DNA和脫離DNA,，這就像是開進(jìn)停車位,，接著倒出來，然后再開進(jìn)去,。但這并不會(huì)發(fā)生在一個(gè)成熟的,、已分化的細(xì)胞中,。一旦細(xì)胞開始分化，這些蛋白往往就待在停車位里,。
