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新闻背景
北京时间10月9日，2012年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，英国科学家约翰·戈登和日本科学家山中伸弥因为“发现成熟细胞可被重编程变为多能性”而获奖。他们的发现改变了“细胞命运一旦决定便不可改变”的传统观念，革新了我们对细胞和有机生命体发育的理解，同时他们所开创的技术具有巨大的应用前景。这个科学界最高荣誉的归属使得干细胞生物学再一次引起公众极大的关注。
自从有人类以来，人们幻想最多的莫过于“长生不老”、“返老还童”。人们留恋大千世界的美好，而衰老和死亡却永远是人类逃不过的宿命，所以中外神话故事中的“不死药”一直是人类梦想得到的东西。而现代科学尤其是干细胞研究的发展，为曾经的梦想带来了新的希望。
1. 1938年，德国人施佩曼
首次提出体细胞核移植的重编程理念
干细胞（特别是胚胎干细胞）是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。由于其具有再生各种组织及器官的潜在能力，如果干细胞能应用于临床医学，那么困扰人类的多种疾病都会得以医治，人类的寿命也可能得以延长。尽管从人类早期胚胎中可以分离胚胎干细胞，但由于面临伦理学问题以及免疫排斥等问题，胚胎干细胞的前景暗淡，因此人们需要考虑新的干细胞获取途径。
在动物的发育过程中，精子与卵细胞结合形成受精卵，受精卵能够发育成一个完整的个体，在这一发育过程中细胞一般都是沿着特定的方向分化，而不会发生命运的改变。人们在很早就希望通过调控细胞的发育命运，将人体广泛存在的体细胞变成一种像胚胎干细胞一样能分化成所有类型细胞的万能细胞，我们将这种技术称为细胞重编程。
早在1938年，德国科学家施佩曼提出一个设想，将体细胞核移入去核的卵母细胞中，从而使后者不经精子穿透等有性过程即可被激活、分裂并发育获得动物个体，此过程即为体细胞核移植，又简称动物克隆。
最早成功完成的细胞核移植实验是在1952年，美国科学家布里格斯及同事金等首次将青蛙胚胎期细胞的细胞核移入去核的蛙卵细胞中，获得了存活的蝌蚪，证明胚胎期细胞可以被完成重编程。
2. 1958年，约翰·戈登
用体细胞成功克隆爪蟾开创里程碑式成果
然而，胚胎细胞与体细胞的发育潜能存在巨大差异，尽管科学家们完成了胚胎细胞核移植的实验，但是来源于成年动物的终末分化的体细胞能够产生逆向发育，回归高发育潜能的未成熟状态，当时存在巨大的疑问。
1958年的约翰·戈登还是一个不到30岁的青年学者，他基于逐渐成熟的核移植技术，完成了一个堪称“经典”的实验。他首先将爪蟾卵母细胞的细胞核取出，然后再注入一个成年爪蟾小肠细胞的细胞核，获得一个体细胞核移植胚胎。这个通过人工手段重构的胚胎最终成功发育为了一个健康存活的爪蟾。戈登的实验说明：处于高度分化状态的体细胞可以通过重编程手段发生逆向的转变，回到早期胚胎的未分化状态，且具有发育为整个成体动物个体的潜能。这一发现对当时科学界关于细胞命运不能逆转的传统认知产生了挑战，是细胞重编程领域的里程碑成果。
不得不提到的是，我国发育生物学先驱童第周先生在体细胞核移植领域也做出了重要贡献，他在1963年首次完成了鲤鱼的核移植实验，成功获得了健康的鲤鱼。
戈登等在两栖类动物的实验证明了体细胞重编程的可能，但高等哺乳动物的体细胞是否同样可以被重编程，仍然是一个巨大的问号。
3. 1996年，“多莉羊”出世
高等哺乳动物的体细胞也可以被完全重编程
科学家经过数十年的艰辛探索后，终于在1996年取得了成功。英国罗斯林研究所的伊恩·维尔穆特等科学家将从成体绵羊乳腺细胞的细胞核移植到去除了细胞核的羊卵内，经过大量尝试之后，终于获得了世界上第一只存活的哺乳类克隆动物，即我们耳熟能详的“多莉羊”。这同样是体细胞重编程领域的里程碑式的工作，遗憾的是此次未能问鼎诺贝尔生理学或医学奖。
多莉羊的成功点燃了体细胞核移植研究的热潮，包括小鼠、大鼠、猪、牛等多达10多种哺乳动物相继获得克隆动物。这项技术目前除了在基础理论研究中被广泛采用，在珍贵动物的繁殖等多方面也得到了应用。
与此同时，为了治疗人类的疾病，人们创造性地提出了治疗性克隆的理念。为了实现这一目的，人们首先通过体细胞核移植获得克隆胚胎，从中分离多能性干细胞，多能性干细胞进而分化为各种组织和器官，将其移植回病人体内后进行治疗。人们随后在小鼠的实验中验证了这一想法，证明利用治疗性克隆技术可以修复疾病小鼠的疾病。但在人类治疗性克隆的实验中，由于受到多方面的限制以及伦理学等问题，目前进展迟缓。体细胞核移植是一项技巧性极高的实验技术，很难推广，且成功率低下。针对这些问题人们就在思考，是不是能够创造一项新的技术弥补体细胞核移植的不足呢？
4. 2006年，山中伸弥
只需几个基因就可以把体细胞转变为干细胞 历史的规律反复证明，任何科学上的困难总会有被解决的一天。
2006年，日本科学家山中伸弥使用不同于体细胞核移植的重编程手段，只是简单地将四个基因导入高度分化的小鼠成纤维细胞中，诱导体细胞回归到一个类似于胚胎干细胞的未分化、具有高度发育潜能的状态，他们将这种细胞命名为诱导多能性干细胞（简称iPS细胞）。这项成果在当时较为沉寂的干细胞研究领域无疑激起了巨浪，他们第一次证明我们仅仅需要几个基因就可以将体细胞转变成干细胞。
2007年，山中伸弥等人与美国科学家同时在人体细胞重编程中取得了成功。这项壮举标志着我们可以将人的体细胞转变成类似胚胎干细胞的多能性干细胞，这项研究预示着我们将可能利用iPS技术进行人类疾病研究和再生医学研究。至此，人类在将体细胞转变为干细胞的道路上实现了第一次突破。
随后的研究中，其他多个物种包括大鼠、猪和猴子等的iPS细胞陆续被建立起来，这些物种的iPS细胞的建立对于转基因动物还有多能性维持机制的研究都具有重要意义；同时，科学家成功诱导了多种遗传疾病的iPS细胞，其中包括常见的帕金森氏病、阿尔兹海默病还有地中海贫血症等等，这些病人来源的iPS细胞给我们在体外研究疾病发生的机制提供了机会，这些细胞还为再生医学和药物试验带来了希望。利用iPS技术来研究孤独症就是一个很好的范例，科学家将来源于孤独症患者的细胞转变成iPS细胞，然后再将细胞分化形成神经细胞，在体外模拟孤独症的神经细胞病变，并且成功地测试药物的治疗效果。
5. 揭示重编程机制、用于临床治疗
科学家们当下正在攻克的堡垒
细胞重编程研究已经实现了我们把体细胞变成干细胞的梦想，接下来细胞重编程研究又将走向何方呢？在接下来的研究中，哪些问题又将成为这个领域的热点和核心问题呢？
细胞重编程研究很像一部鸿篇巨制，过去数十年的研究帮我们翻开了这本巨著，但是对于重编程的机制我们依然感觉非常茫然。我们到现在为止还不能够完全明晰哪些因子在重编程中发挥了作用，它们之间又是如何相互作用的。因此，重编程的机制研究在很长一段时间内都会是重编程领域内的重要问题，想要完全揭示重编程的机制可能还有很长的路要走。但是就像约翰·戈登教授所说的“我个人认为，我们最终将搞清细胞究竟如何工作的全部信息……”我们必将有一天会彻底揭示重编程的机制。
50岁的日本科学家山中伸弥得知自己获得2012年度诺贝尔生理学或医学奖后，在电话里向采访他的记者说道：“我毕生的目标便是将这种干细胞技术带到病床边，带到病患前，带到诊所中……”他这番话也说出了所有研究细胞重编程技术的科研人员的心声。人们研究细胞重编程的最终目的，是让这项技术能够为人类的健康服务，如何能够让细胞重编程技术更好地为人类健康服务也将成为未来的研究热点。
当我们想将重编程技术应用到临床，必须要首先考虑这项技术的安全性问题。最早的iPS细胞诱导过程中使用了病毒，而病毒插入可导致iPS细胞的基因组不稳定，因此带来致瘤等风险。在过去的几年时间内，科学家利用蛋白、信使RNA还有小RNA等手段替代病毒诱导，都很有效地保证了iPS细胞无外源基因的插入，一定程度上提高了iPS细胞的安全性。目前人们正对iPS细胞的各种缺陷可能带来的安全性问题进行评估，并试图通过改进诱导技术获得高质量的iPS细胞。同时建立检测系统对iPS细胞进行分子与细胞水平的检测，选择没有突变的iPS细胞，将iPS细胞的致瘤风险降到最低。
其次，我们还要考虑的一个重要问题就是有效性。尽管2009年中国科学家首次证明iPS细胞能够发育为成体动物，具有与胚胎干细胞相同的体内发育能力，但在未来的临床应用中，我们需要在体外将iPS细胞进行分化获得我们所需的组织和器官，因此，这些体外分化获得的组织和器官能否发挥正常的作用，能否替换我们身体内的受损组织还都需要系统检测。目前正通过动物实验以及临床实验来检测细胞再生治疗的有效性，在美国、欧洲与日本等国家已经开展数项再生医学治疗的临床实验。
延伸阅读
干细胞生物学与再生医学治疗
自多莉羊诞生至今的15年中，干细胞研究方面的进展已多次被美国《科学》杂志评为当年的十大科技进展，这一领域的进展不论在基础研究及实际应用中都产生了巨大的影响力。在这些科研进展中，包括多莉羊的诞生、人类胚胎干细胞的建立、小鼠与人类iPS细胞的建立等一系列梦幻般的工作都受到全球瞩目。而在今年9月，干细胞分化为卵母细胞同样受到全世界关注。
虽然iPS细胞还不能被应用到临床治疗病患，但是现在已经有很多科学家利用iPS细胞来研究遗传性疾病的发生机理，并利用疾病特异性的iPS细胞来进行药物筛选。这项研究成为了iPS细胞研究领域的一个新的研究热点，目前，利用病人来源的iPS细胞及分化细胞进行药物开发，已经在一些国家得到很好的应用。
山中伸弥教授说过：“iPS技术还很新，我们实际上并不能将这些发现应用于新的疗法中。我觉得我们必须继续研究，以便及早为社会做出贡献。”
正像所居里夫人说的那样：“我要把人生变成科学的梦，然后再把梦变成现实”。科学家们用自己艰辛的工作和一个个惊人成果告诉我们：他们有能力把无数科学梦想变成现实！
（作者为中科院动物研究所研究员）