生物谷報(bào)道：由于用途的無限可能，干細(xì)胞被賦予了“全能”的榮譽(yù),。那么,，干細(xì)胞究竟能夠分化成什么，怎樣進(jìn)行分化,，走哪條路到達(dá)分化終點(diǎn),，這些過程又是由哪些因素決定的呢？
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為細(xì)胞進(jìn)行分化時(shí),，路徑和目的地是統(tǒng)一的,，由固定的細(xì)胞信號(hào)通路決定。然而來自5月底《自然》（Nature）雜志的一項(xiàng)新的研究報(bào)告表明,，干細(xì)胞分化路徑是通過基因的選擇性行為形成的一系列分化網(wǎng)絡(luò)路徑,，但是分化終點(diǎn)卻是相對(duì)固定的。研究人員用了一個(gè)形象的比喻：就如同山上的一塊石頭能夠通過無限可能的路徑下山,，但是最終只能到達(dá)同一個(gè)山谷,。
細(xì)胞特性決定分化目的地
通過詳細(xì)研究造血干細(xì)胞是分化成白細(xì)胞前體還是紅細(xì)胞前體的各種相關(guān)因素，研究人員得出了上述結(jié)論,。首先他們通過檢驗(yàn)典型的血液干細(xì)胞群,，發(fā)現(xiàn)了一種普遍存在于干細(xì)胞中的細(xì)胞標(biāo)記——Sca-1蛋白，該蛋白在每個(gè)細(xì)胞中的濃度都不盡相同,，甚至有1000倍之多的差距,。有人認(rèn)為Sca-1蛋白含量低的細(xì)胞就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)分化。然而當(dāng)研究人員根據(jù)蛋白含量將細(xì)胞分為高,、中,、低三個(gè)種類并進(jìn)行培養(yǎng)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同類型的細(xì)胞派生的細(xì)胞群落通過9天或9天以上的培養(yǎng)蛋白含量將趨于相同,。
這些細(xì)胞的分化方向也相同嗎,？然而,，進(jìn)一步研究證明它們?cè)诜只^程中明顯不同。研究表明,，在紅細(xì)胞生成素的刺激下,，Sca-1蛋白含量低的血液干細(xì)胞分化成紅細(xì)胞前體的機(jī)會(huì)比Sca-1蛋白含量高的干細(xì)胞高7倍。相反,，干細(xì)胞在粒細(xì)胞——巨噬細(xì)胞刺激因子（一種白細(xì)胞生成刺激因子）的作用下,，那些Sca-1蛋白含量高的干細(xì)胞更容易變成白細(xì)胞。
研究人員還對(duì)轉(zhuǎn)錄因子GATA1和PU.1進(jìn)行了研究,，它們分別促進(jìn)干細(xì)胞轉(zhuǎn)變成紅細(xì)胞和白細(xì)胞,。結(jié)果表明Sca-1蛋白含量低的血液干細(xì)胞（更傾向于轉(zhuǎn)變成紅細(xì)胞）擁有比其它兩類細(xì)胞更多的GATA1；相對(duì)應(yīng)地,，Sca-1蛋白含量最高的血液干細(xì)胞（更傾向于轉(zhuǎn)變成白細(xì)胞）擁有最高濃度的PU.1,。
之前進(jìn)行的一項(xiàng)研究也證明了這個(gè)結(jié)論：一個(gè)特定細(xì)胞可以表現(xiàn)出與眾不同的基因行為，選擇一個(gè)特別的“下山路徑”,，但是最終它仍然和它的同類細(xì)胞一樣分化成同種細(xì)胞,，到達(dá)同一個(gè)山谷。研究人員將細(xì)胞前體暴露在兩個(gè)完全不同的藥液中：DMSO和視黃酸,，密切關(guān)注細(xì)胞的基因表達(dá)情況,，盡管使用激素不同，在整個(gè)7天的分化過程中,，它們的分子路徑和基因的表達(dá)情況都完全不同,，但是兩組細(xì)胞最終都分化成了嗜中性白血球。
生物體中的穩(wěn)定態(tài)
更重要的是,，在三類細(xì)胞組中的Sca-1,、GATA1和PU.1含量并不是保持不變的，經(jīng)過一段時(shí)間后,，它們之間的區(qū)別將不再明顯,，細(xì)胞分化的傾向性也會(huì)隨之不斷變化，這也表明,，細(xì)胞間的不同是暫時(shí)的,。
研究人員還用基因芯片檢測(cè)了細(xì)胞的整個(gè)基因組?；蛩降膶?shí)驗(yàn)同樣證實(shí)了三類細(xì)胞組間的區(qū)別是可以變化的,。在高低水平不同的細(xì)胞組中存在著多于3900個(gè)基因的表達(dá)差異，這些差異同樣是可以變化的,，并會(huì)隨著時(shí)間而不斷消失——高,、低含量的兩類細(xì)胞的基因活動(dòng)越來越像中間含量的細(xì)胞組。
研究發(fā)現(xiàn),，基因行為的循環(huán)以及細(xì)胞狀態(tài)的波動(dòng)最終都是為了將細(xì)胞保持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),，為它們?cè)跅l件合適時(shí)進(jìn)行分化做好準(zhǔn)備,。此次發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了生物學(xué)家以往對(duì)于生物體活動(dòng)的印象。與物理學(xué)中的能態(tài)相似,，生物系統(tǒng)同樣傾向于維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),。在這種情況下，血液干細(xì)胞更傾向于保持干細(xì)胞的狀態(tài),，然而當(dāng)它們經(jīng)歷過基因活動(dòng)以及蛋白生產(chǎn)等波動(dòng)后,，先前平衡好的穩(wěn)定態(tài)被顛覆到另一個(gè)穩(wěn)定態(tài)中，于是它們轉(zhuǎn)變成白細(xì)胞或者血紅細(xì)胞的前體,。在平衡的顛覆中,，一些特別的生長(zhǎng)因子起到了一定的作用，但這些因子只是誘導(dǎo)細(xì)胞分化全部因素中的一部分,。
生長(zhǎng)和分化因子僅僅增加了細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的可能性,，而細(xì)胞分化本身是整個(gè)細(xì)胞群的特質(zhì)，一個(gè)石頭到達(dá)山下最終都會(huì)抵達(dá)山谷,，但是到達(dá)哪一個(gè)山谷取決于地形的形狀。也就是說,，細(xì)胞分化成什么取決于其本身的特質(zhì),，而它走的路徑，是它在繼承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)制的同時(shí),，進(jìn)行的一個(gè)選擇性的行為,。
研究人員表示，自然創(chuàng)造出一種最優(yōu)化最簡(jiǎn)單的方式以滿足其多樣性的要求,，并將其保持到一個(gè)穩(wěn)定的水平,，使細(xì)胞能夠以一種系統(tǒng)、可控的方式來應(yīng)答其所處環(huán)境的變化,。
實(shí)踐指導(dǎo)提高效率
這項(xiàng)研究也給了干細(xì)胞生物學(xué)家一點(diǎn)新的啟示,，他們將可能需要考慮改變一下當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的干細(xì)胞分化方式。黃穗表示,，目前應(yīng)用的分化方式并不高效,，只有10%—50%的細(xì)胞對(duì)激素或其他物質(zhì)的作用產(chǎn)生反應(yīng)。這是由于細(xì)胞間的區(qū)別與生俱來,，不同的細(xì)胞對(duì)不同的物質(zhì)反應(yīng)不同,，所以人們發(fā)明了更多復(fù)雜激素的
