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细胞重编程指成熟体细胞在特定条件下逆分化后恢复全能性状态，形成具有再分化潜能的干细胞系，或者进一步发育成一个新个体的过程。1.
1JohnB．Gurdon，英国发育生物学家。1933年10月2日出生在英国。1960年Gurdon在英国牛津大学获得博士学位，随后到美国加州理工学院从事博士后研究。1962年他返回英国，就职于牛津大学动物学系1972年进入英国剑桥大学分子生物学系及后来的动物学系工作;曾任剑桥麦格达伦学院院长。1989年他参与创办旨在资助细胞生物学和癌症研究的剑桥(后成为英国)维康信托(WellcomTrust)研究所，并任主席至2001年。2004年该研究所更名为Gurdon研究所;目前80岁的Gurdon仍工作于Gurdon。主要贡献：1962年，Gurdon发表了关于体细胞核移植的重要论文，证实成熟体细胞的基因组仍携带向正常生物体发育所需的全部信息，从而开启了人类对于细胞发育程序和命运逆转的思考。这一发现打破了当时科学界关于细胞命运不能逆转的传统认识，是细胞重编程领域的里程碑．2.
2ShinyaYamanaka日本医学家，1962年出生于日本。1987年，Ya-manaka在神户大学获得医学学位，开始在国立大阪医院做整形外科实习医生;但由于觉得自己缺乏成为一名外科医生的天才，最终决定转做基础研究。1993年在大阪市立大学医学院获得博士学位后，Yamanaka于目前是日本京都大学诱导多能干细胞研究和应用中心(CenterforiPSCellResearchandApplication，Ci-RA)主任、Gladstone研究所高级研究员、国际干细胞联合会(InternationalSocietyforStemCellResearch，ISSCR)的现任理事长。主要贡献：创造了诱导性多能干细胞(inducedpluripotentstemcell，iPSCs)这一项具有突破性的技术，即利用逆转录病毒载体将4个可维持ES细胞自我更新和多潜能性的转录因子，Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc，导入成体小鼠成纤维细胞，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。iPS技术使成人体细胞转变为多能干细胞成为可能，是生命科学基础研究和医学领域一项革命性的科学突破。3.
3体细胞核移植(somaticcellnucleartransfer，SCNT)尽管成熟细胞发育程序不可逆转的观念根深蒂固，但总有一些科学家“异想天开”，试图寻找将成熟细胞从终末分化的状态解锁，并使其逆转回具有多能性的原始细胞的方法。1935年诺贝尔生理学或医学奖获得者，德国科学家HanSpemann就曾在1938年提出细胞核移植的奇妙设想，即把分化细胞的细胞核转移到一个去核的卵细胞中，以分析这个分化细胞核的发育潜能。1952年，两位美国科学家RoberBriggs和ThomasKing使Spemann的设想得以实现。他们利用一种两栖类动物—豹蛙，分别从其胚胎早期的未分化细胞和胚胎后期的分化细胞中取出细胞核，将它们转移到去核的受精卵中。结果显示，接受胚胎早期细胞核转移的卵细胞最终发育出成体;而分化细胞的核移植则不能重启卵细胞的发育进程。由此得出结论，分化细胞的细胞核已失去启动发育的多能特性。4.
41958年，为了验证与上述“分化细胞核不具发育潜能”的结论不同的假设，牛津大学博士生JohnB．Gurdon选择了另一种两栖类动物—非洲爪蟾蜍进行核移植实验。通过紫外线照射去掉卵细胞的核;取出成熟分化的肠上皮细胞的细胞核，将其转移到去核的卵细胞中;核的进入刺激卵细胞开始分裂，并启动卵细胞的发育进程;最终这个卵细胞发育产出子代。Gurdon发现这些蝌蚪逐渐长大，且有少数蝌蚪具有正常功能特性，因此他认为这足以说明经历了体细胞核移植的动物确实能够发育成正常个体。Gurdon的结论是，分化体细胞的细胞核仍具有逆转回多能特性的潜力，当将其移植到卵细胞中时，可启动发育进程，产生全部的体细胞类型。5.
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6Gurdon的实验首次证实，成熟分化的体细胞基因组仍携带向所有细胞分化的指令信息。这一发现开辟了一个新的研究领域，找到了研究受精卵发育全过程的突破口，具有重要的科学价值。应用体细胞核移植技术，从发育早期阶段入手，就可以对细胞的重编程规律、细胞分化过程中的变化等问题进行系统、深入的研究，从而为揭示人类疾病的发病机制提供重要指导。但由于随后的一些体细胞核移植实验失败，以及始终无法在哺乳动物上复制出体细胞核移植产生的成体子代，因此Gurdon这一重大突破的学术价值多年来没有获得科学界的广泛认可。7.
7直到1997年，英国胚胎学家伊恩·维尔穆特IanWilmut等在Gurdon非洲爪蟾蜍工作基础上，通过体细胞核移植技术将成体绵羊乳腺上皮细胞的细胞核转移到去核的卵细胞中，产生出世界上第一例体细胞核克隆的哺乳动物—Dolly羊，才对Gurdon的结论给予了有力支持，使他成为后来各种生物克隆实验的奠基人。随着克隆羊的出现，体细胞核移植技术现已被用于包括小鼠、牛、猪、狗、山羊、狼、非洲野猫等大量哺乳动物物种的克隆。8.
8诱导多能干细胞(inducedpluripotentstemcells，iPScells)体细胞核移植实验需将细胞核取出，并进一步注射到去核的卵细胞中。这一过程步骤繁琐，技术要求高超。若对细胞不加任何处理，即无需去核、取核和核移植，应用简单的分子生物学技术，就能将成熟分化的体细胞完全诱导逆转回归成未成熟的多能状态，这似乎更加不可思议。2006年，也就是在Gurdon进行体细胞核移植和细胞重编程实验的44年后，ShinyaYamanaka在小鼠体内破译了将体细胞重编程使其逆转回原始干细胞的过程，这些重新编写了发育程序、具有向机体各种细胞分化能力的未成熟细胞被Yamanaka命名为诱导多能干细胞(inducedpluripotentstemcells，iPScells)。9.
91998年，人ES细胞在体外培养成功，进而掀起了干细胞研究浪潮，Yamanaka也是其中的追随者之一。但ES细胞可能会涉及到使用人类胚胎的伦理问题以及移植后的免疫排斥问题;Yamanaka也意识到ES细胞的局限性。故当人们对ES细胞的研究如火如荼之际，Yamanaka另辟蹊径，他参考了Gurdon、Wilmut等前辈在体细胞核重编程方面的研究，设想一些维持ES细胞多能性的因子极有可能会诱导体细胞具有多能性，于是他开始尝试寻找在ES细胞中特异表达或发挥关键作用的转录因子。10.
10Yamanaka的成功归功于他多年来的积累和严谨清晰的实验设计思路。小鼠iPSC的诱导1、目标转化因子检测范围的划定:胚胎干细胞由于其增殖性及多能性得到研究者的广泛关注。大量文献报道证实了多种特异性表达于ESC中基因存在。通过筛选，Yamanaka研究团队将24种特异性基因划入检测范围内，其中包括:(1)早期胚胎及ESC中起到多分化潜能维持作用的基因，即Oct3/4、Sox2、Nanog;(2)ESC特殊表型长期维持基因及培养基中快速增殖所需基因，即Stat3、E-Ras、c-Myc、Klf4、β-catenin;(3)其他特异性表达基因，如Sox1511.
112．Fbx15干细胞筛选系统的建立:为达到从成熟体细胞中分离筛选出iPSC并进一步检验iPSC多能性的目的，一个完善有效的干细胞筛选系统成为Yamanaka研究团队进行下一步工作之前必要的前提条件。2003年，Yamanaka的学生Tokuzawa等研究发现，通过同源重组技术把小鼠染色体上的Fbx15基因通过同源重组替换成抗G418药物的基因neo可以使基因敲入鼠ESC对含G418(一种新霉素类似物)的培养基具备抗性，由于Fbx15只在胚胎干细胞中表达，Fbx15启动子操控的抗药基因neo在成体的成纤维细胞里不表达，所以细胞在药物G418处理下会死亡；。如果成纤维细胞能通过某种因子诱导成多能干细胞，那么它就会产生对G418的抗药性。而体细胞则因不能表达此抗性基因而无法在该培养基上生存。Fbx15干细胞筛选系统的建立为初步筛选出诱导成功的iPSC提供了条件，也为之后的实验奠定了基础。12.
123．“必需转化因子”的确定:Yamanaka研究团队首先将24种候选因子通过逆转录病毒全部转入Fbx15βgeo/βgeo小鼠胚胎成纤维细胞MEF内并将被转染细胞在含G418ESC培养基上培养。他们欣喜地发现极少量细胞存活了下来，并呈现出ESC的圆形、大核、少质的细胞形态及近似ESC的细胞周期，因此这群细胞被命名为iPS-MEF24。然而，当Yamanaka研究团队将24种候选因子分别单独转入MEF时，抗G418阳性的细胞群落没有出现。这些结果证明，细胞核重编程的转化需要多个因子的共同参与，无法依赖单个因子完成。随后，Yamanaka研究团队分别将每个转化因子从24种候选因子中剔除，代之以余下23种因子继续转染MEF，如果在10天内无法形成G418抗性细胞群，则认为该因子对细胞核重编程有潜在的诱导作用。最终，Ya-manaka研究团队确定了诱导MEF重编程的“必需转化因子”组合，即Oct3/4、Klf4、Sox2和c-Myc。其中Oct3/4的作用最为重要。13.
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14人类iPSC的诱导小鼠iPSC的成功诱导为人类细胞重编程带来了新的希望。2007年Ya-manaka研究团队再一次证明运用逆转录病毒导入相同的人类转录因子组合，即Oct3/4、Klf4、Sox2和c-Myc能够实现人成纤维细胞HDF的重编程。实验证明，人类iPSC与ESC的相似性体现在形态、增殖周期、培养条件、表面标志物、基因表达、启动子活性和端粒酶活性等很多方面。同时，实验证明人类iPSC可以被直接引导再分化形成神经细胞和心肌细胞。15.
15广泛应用这种通过将完全分化的细胞核重编程，不经胚胎阶段而直接逆转至多能干细胞状态的诱导多能干细胞，拥有明显的优势：一是制备方法简单，只需要将几个关键的与细胞多潜能状态有关的转录因子转入体细胞并使其表达就可以了；二是它们可使用成人的细胞制成，不需要人类的胚胎，避免利用人类胚胎制造多功能干细胞引发争议；三是诱导多能干细胞可用从罹患某种疾病的患者身上提取的组织或细胞制成，这样，科学家们就可以根据该病人的基因，“量体裁衣”地为其设计治疗方案16.
16iPS细胞与ES细胞具有高度相似性，且不存在伦理质疑和可能的异体排斥问题。可以相信，这种利用基因技术将完全分化的细胞核重编程，不经胚胎阶段而直接逆转至多功能干细胞状态的诱导多能干细胞，在医学领域拥有重要的应用潜力，人们既可以通过它来获取患者的完整遗传信息，也可以直接制备出患者个人的组织器官，还可以在用药前先利用诱导多能干细胞对药物进行筛选和检测，也能建立疾病模型诱导多能干细胞，利用诱导多能干细胞检测患者患上某种疾病或癌症的易感性和风险性。甚至还能利用诱导多能干细胞预测某项疾病预防措施对患者可能带来的效果，因而影响患者的生活方式。有科学家表示，基于诱导多能干细胞的疗法正朝临床迈进。17.
17山中伸弥还打算建立治疗用诱导多能干细胞系银行，努力引介这一开拓性生物医疗技术早日进入临床。山中伸弥的计划是，到2020年建立一个包含75种诱导多能干细胞系的标准库，以匹配日本80%的人口。18.
18不足与改进尽管这项发现具有突破性意义,但也并非没有缺点,，如高度的成瘤性和转基因的安全性隐患，甚至有人怀疑iPS细胞实际上是将成体组织中的干细胞转变成了癌细胞，而非对成熟细胞的重编程。山中伸弥应用了c-Myc，属原癌基因，具有明显的致瘤性，而且他用了逆转录酶病毒把基因插进了细胞的染色体中,而逆转录酶病毒是一种可引起细胞基因突变的病毒,从而引发肿瘤。因此，如何改善iPS细胞产生方法、增加细胞的安全性和有效性将成为今后iPS细胞研究的重点。19.
19山中伸弥领导的研究小组在最新的研究中对人类转录因子库进行了高通量筛选，从中鉴别出了一种新型转录因子Glis1，用Glis1取代c-Myc，与Oct4,Sox2,Klf4一起高效诱导小鼠和人类成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞。并证实，相比于c-Myc，Glis1诱导生成的诱导多能干细胞具有较低的致癌性。2012年4月，来自宾夕凡尼亚大学医学院的科学家们，开发了一种创新的细胞核重编程技术——微RNA介导（microRNA）。利用这一新技术，研究人员首次绕开4个转录因子生成了诱导多能干细胞，并将重编程效率提高了100倍。已证实，利用这一新技术生成的诱导多能干细胞，能够分化出小鼠的大部分组织，包括生殖细胞、卵子和精子。20.
20启发兴趣是最好的老师！要学会放弃，正确认识自己。机会总是留给那些勤奋的人。要有大胆质疑的精神。21.
21Keypublications:Gurdon,J.B.(1962).Thedevelopmentalcapacityofnucleitakenfromintestinalepitheliumcellsoffeedingtadpoles.JournalofEmbryologyandExperimentalMorphology10:622-640.Takahashi,K.,Yamanaka,S.(2006).Inductionofpluripotentstemcellsfrommouseembryonicandadultfibroblastculturesbydefinedfactors.Cell126:663-676.22.
22INTRODUCTIONANimportantprobleminembryologyiswhetherthedifferentiationofcellsdependsuponastablerestrictionofthegeneticinformationcontainedintheirnuclei.Thetechniqueofnucleartransplantationhasshowntowhatextentthenucleiofdifferentiatingcellscanpromotetheformationofdifferentcelltypes(e.g.King&Briggs,1956;Gurdon,1960c).Yetnoexperimentshavesofarbeenpublishedonthetransplantationofnucleifromfullydifferentiatednormalcells.Thisispartlybecauseitisdifficulttoobtainmeaningfulresultsfromsuchexperiments.Thesmallamountofcytoplasmindifferentiatedcellsrenderstheirnucleisusceptibletodamagethroughexposuretothesalinemedium,andthismakesitdifficulttoassessthesignificanceoftheabnormalitiesresultingfromtheirtransplantation.Itis,however,verydesirabletoknowthedevelopmentalcapacityofsuchnuclei,sinceanynuclearchangeswhicharenecessarilyinvolvedincellulardifferentiationmusthavealreadytakenplaceincellsofthiskind.Theexperimentsdescribedbelowaresomeattemptstotransplantnucleifromfullydifferentiatedcells.Manyofthesenucleigaveabnormalresultsaftertransplantation,andseveraldifferentkindsofexperimentshavebeencarriedouttodeterminethecauseandsignificanceoftheseabnormalities.Thedonorcellsusedfortheseexperimentswereintestinalepitheliumcellsoffeedingtadpoles.ThisisthefinalstageofdifferentiationofmanyoftheendodermcellswhosenucleihavealreadybeenstudiedbymeansofnucleartransplantationexperimentsinXenopus.Theresultstobedescribedheremaythereforeberegardedasanextensionofthosepreviouslyobtainedfromdifferentiatingendodermcells(Gurdon,1960c).23.
23INTRODUCTIONDifferentiatedcellscanbereprogrammedtoanembryonic-likestatebytransferofnuclearcontentsintooocytesorbyfusionwithembryonicstem(ES)cells.Littleisknownaboutfactorsthatinducethisreprogramming.Here,wedemonstrateinductionofpluripotentstemcellsfrommouseembryonicoradultfibroblastsbyintroducingfourfactors,Oct3/4,Sox2,c-Myc,andKlf4,underEScellcultureconditions.Unexpectedly,Nanogwasdispensable.Thesecells,whichwedesignatediPS(inducedpluripotentstem)cells,exhibitthemorphologyandgrowthpropertiesofEScellsandexpressEScellmarkergenes.SubcutaneoustransplantationofiPScellsintonudemiceresultedintumorscontainingavarietyoftissuesfromallthreegermlayers.Followinginjectionintoblastocysts,iPScellscontributedtomouseembryonicdevelopment.Thesedatademonstratethatpluripotentstemcellscanbedirectlygeneratedfromfibroblastculturesbytheadditionofonlyafewdefinedfactors.24.
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