北京時間10月8日下午5點30分，2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎揭曉，英國科學(xué)家約翰·戈登（John B. Gurdon）和日本科學(xué)家山中伸彌（Shinya Yamanaka）獲獎，獲獎理由為“發(fā)現(xiàn)成熟細胞可被重編程變?yōu)槎嗄苄?rdquo;。

    John B. Gurdon，1933年出生于英國的Dippenhall。1960年他從牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位，曾在加州理工學(xué)院做博士后。他于1972年加入劍橋大學(xué)，成為細胞生物學(xué)教授。目前他供職于劍橋Gurdon研究所。

    Shinya Yamanaka，1962年出生于日本大阪。1987年他從神戶大學(xué)獲得MD。在轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)研究之前，他曾受訓(xùn)為整形外科醫(yī)生。1993年他從大阪大學(xué)獲得博士學(xué)位，之后他曾供職于美國舊金山Gladstone研究所和日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)。目前他于日本京都大學(xué)擔(dān)任教授。

    今年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒給兩位發(fā)現(xiàn)“成熟、特化的細胞能夠被重編程為可發(fā)育成身體組織的非成熟細胞”的科學(xué)家。他們的發(fā)現(xiàn)革新了我們對細胞和有機生命體發(fā)育的理解。

    1962年，約翰·戈登發(fā)現(xiàn)細胞的特化（specialisation）是可逆轉(zhuǎn)的。在一項經(jīng)典實驗中，他將一個青蛙卵細胞的細胞核替換為成熟腸細胞的細胞核。這個改變了的卵細胞發(fā)育成為一只正常的蝌蚪。該成熟細胞的DNA仍含有發(fā)育成青蛙所需的全部信息。

    40多年后，山中伸彌在2006年發(fā)現(xiàn)了小鼠的完整成熟細胞是如何能夠被重編程為非成熟干細胞。令人驚訝的是，通過導(dǎo)入僅僅少量的基因，就可以將成熟細胞重編程為多能干細胞，即可發(fā)育成為身體各種組織的非成熟細胞。

    這兩項突破性的發(fā)現(xiàn)徹底改變了我們對于發(fā)育和細胞特化的看法?，F(xiàn)在，我們知道成熟細胞并不需要永遠局限在它的特化功能里。歷史被改寫，新的研究領(lǐng)域產(chǎn)生。通過重編程人體細胞，疾病研究的新機遇獲得實現(xiàn)，診斷與治療的新方法獲得發(fā)展。

    生命——一次不斷特化的旅程

    我們所有人都是由受精卵細胞發(fā)育而來。在受精后的第一天里，這些組成胚胎的非成熟細胞，每一個都具有發(fā)育成成熟生命體中各種細胞類型的能力，這一類細胞被稱為多能干細胞。隨著胚胎的進一步發(fā)育，這些細胞發(fā)育成神經(jīng)細胞、肌肉細胞、肝臟細胞以及其他各類細胞——每一種細胞都肩負起成熟身體內(nèi)的一項特定使命。之前，這趟從非成熟細胞到特化細胞的旅程被認為是單一方向的。人們曾以為，細胞在成熟過程中是以這樣的方式發(fā)生著改變，不可能回到非成熟、多能的階段。

    青蛙的逆發(fā)育

    特化細胞功能的不可逆轉(zhuǎn)一度被當(dāng)成是教條，約翰·戈登向它發(fā)出挑戰(zhàn)。他曾假設(shè)，細胞的基因組或許仍然含有其發(fā)育成生命體各種類型的細胞的所需要的全部信息。1962年，為了驗證他的這種假設(shè)，他用蝌蚪腸道的成熟特化細胞的細胞核替換掉青蛙卵細胞的細胞核。該卵細胞發(fā)育成一只功能完全的克隆蝌蚪并最終長成如同實驗培養(yǎng)出的成體青蛙。成熟細胞的細胞核并未丟失功能完全的生命體發(fā)育所需的能力。

    戈登這次里程碑式的發(fā)現(xiàn)一開始是受到質(zhì)疑的，但經(jīng)過其他科學(xué)家的確認，人們接受了他的發(fā)現(xiàn)。這項發(fā)現(xiàn)引起研究熱潮，相關(guān)技術(shù)獲得進一步發(fā)展，最終發(fā)展到哺乳動物的克隆。戈登的研究告訴我們，一個成熟特化細胞的細胞核是可以被逆轉(zhuǎn)到非成熟、多能化的狀態(tài)。但是他的實驗是將一些細胞的細胞核抽出，然后引入另外一些細胞的細胞核。有沒有可能讓一個完整的細胞回退到多能干細胞呢？

    往返旅程——成熟細胞返回干細胞狀態(tài)

    在戈登的發(fā)現(xiàn)40余年后，山中伸彌在一項突破性的研究中回答了這個問題。他的研究有關(guān)胚胎干細胞，分離自胚胎并在實驗室中培養(yǎng)的誘導(dǎo)多能干細胞。這些干細胞最初是由Martin Evans（2007年諾獎得主）從小鼠身上分離得到。山中伸彌試圖發(fā)現(xiàn)保持它們未成熟的基因。當(dāng)幾個這樣的基因被鑒別出來后，他進行了測試，以確定它們是否能夠重編程成熟細胞變成多能干細胞。

    山中伸彌與合作者用不同的組合方式向成熟細胞中引入了這些基因，這些成熟細胞來自于結(jié)締組織和纖維原細胞。他們在顯微鏡下檢測了結(jié)果，最終發(fā)現(xiàn)其中的一個組合起作用，而其“處方”是驚人的簡單。通過同時引入四個基因，他們可以重編程纖維原細胞變成未成熟干細胞！

    由此得到的誘導(dǎo)多能干細胞（iPS細胞）能夠發(fā)育成多種成熟細胞，例如纖維原細胞、神經(jīng)細胞以及腸細胞等。完整、成熟的細胞可被重編程成多能干細胞這一發(fā)現(xiàn)在2006年一經(jīng)發(fā)表，立即被認為是一個重大的突破。

    從驚人發(fā)現(xiàn)到醫(yī)學(xué)應(yīng)用

    戈登和山中伸彌的發(fā)現(xiàn)顯示，在某種情況下，特化的細胞能夠回撥發(fā)育的時鐘。雖然它們的基因組在發(fā)育中經(jīng)受了修改，但這些修改并不是不可逆的。我們就此獲得了對于細胞和有機體發(fā)育的一種新觀點。

    近年的研究顯示，iPS細胞能夠生成機體所有不同種類的細胞。這些發(fā)現(xiàn)也為全球科學(xué)家提供了新工具，使得他們在醫(yī)學(xué)的許多領(lǐng)域做出了非凡的成就。iPS細胞也能從人體細胞中獲得。

    例如，可從罹患各種疾病的病人身上獲得皮膚細胞，進行重編程，并在實驗室進行檢測以確定它們與健康人體細胞的不同。這些細胞對于理解疾病機制提供了無價的工具，從而為開發(fā)醫(yī)學(xué)療法提供了新機會。