潛能的階梯

才能是分等級的

在第一篇指南裡，我們認識了幹細胞：一種既能複製自己、又能變成有功能的特化細胞的細胞。但有一個幾乎絆倒每一位初學者的事實——並非所有幹細胞的本事都一樣大。有些幾乎能變成體內的任何組織；有些只能變成一小撮關係很近的類型；還有少數只能產出一種。這種能力的範圍有一個名字：潛能，來自一個意為「力量」的拉丁詞。

這裡有一幅可以記住的日常畫面。想像一位還沒選定職業的年輕求職者。第一個人若接受合適的訓練，可以成為醫生、廚師、飛行員、老師——任何職業。第二個人已經讀完了醫學院：他還能成為任何一種醫生，但通往廚師或飛行員的那扇門已經關上。第三個人是受過訓練的外科醫生：他能做好幾種外科工作，但菜單就這麼大。第四個人花了三十年只做一門手藝，也就只做那一門。這幾個人都是*有能力的*——但隨著他們越來越專精，可選的範圍就越來越窄。幹細胞也是這樣運作的，而潛能，無非就是每個細胞的範圍還有多寬。

拾級而下

生物學家給這把階梯的每一級都起了名字，乍聽嚇人，可一旦破譯密碼就豁然開朗。前綴告訴你*有多少*：toti（全）意思是全部，pluri（多）意思是許多，multi（複）意思是好幾種，uni（單）意思是一種。把它們中的任意一個放在 potent（有力的）前面，你就得到了對應的等級。我們一級一級地走下這把階梯。

POTENCY  =  how many cell types this one cell can still become

  TOTIPOTENT   can become ANYTHING   -> a whole body, plus
   ("all")                              the placenta to feed it
     |                                 [ the fertilized egg ]
     v
  PLURIPOTENT   can become almost     -> any tissue of the body
   ("many")     every body tissue        (but not the placenta)
     |                                 [ embryonic stem cells ]
     v
  MULTIPOTENT   can become several    -> e.g. all blood-cell types,
   ("several")  related types            or several bone/cartilage
     |                                 [ most adult stem cells ]
     v
  UNIPOTENT    can become just ONE    -> only one kind of cell
   ("one")      type                     (but still self-renews)

              broad  ----- options narrow as you descend ----->  one

潛能的階梯：每往下一級，都是用選項的廣度去換取專精。

全能（totipotent）——最高的一級，所有等級裡最寬的。這就是剛剛受精的卵，以及它最先分裂成的那幾個細胞。它能造出*一切*：身體的每一種組織，外加像胎盤這樣的支持組織。在我們的比喻裡，這就是那位還能為字面意義上任何職業受訓的求職者，包括別人都碰不到的那些。
多能（pluripotent）——往下一級，卻依然寬得驚人。一個多能細胞幾乎能變成身體的任何組織——神經、肌肉、皮膚、腸道、血液——但它已經放棄了構建胎盤的能力。這一層的才能如此核心，以至於它自己就擁有一個專門的詞：多能性。想想那位醫學院畢業生：每一種醫生都還敞開著，但廚師或飛行員已經不行了。
複能 / 多潛能（multipotent）——再往下一級。一個複能細胞能變成好幾種關係相近的類型，但它們全都屬於同一個家族。最經典的例子是造血幹細胞，它能造出紅細胞、白細胞和血小板——每一種血細胞，但也僅限於血細胞。這就是那位受過訓練的外科醫生：一份實打實的工作菜單，卻全都落在同一個專科之內。
單能（unipotent）——最底下的一級。一個單能細胞只能變成一種類型，但它依然算是幹細胞，因為它能不斷更新自己、終生供應那一種類型。皮膚和某些肌肉就有這樣的細胞。這就是那位幹了三十年的專才：一門手藝——卻數十年如一日地、不知疲倦地做著它。

胚胎細胞與成體細胞各居何處

你大概聽過那兩個主宰著每一條幹細胞新聞頭條的說法：胚胎的與成體的。要把它們分清，這把階梯是最乾淨俐落的辦法，因為它們無非就是坐在不同的台階上。胚胎幹細胞來自一個很早期、只有幾天大的胚胎，它坐在階梯的高處：它是多能的，幾乎能變成任何組織。正是這份廣度，讓它在科學上如此激動人心——而也正因為它始於一個胚胎，它長久以來才一直處在倫理爭議的中心。

成體幹細胞，就是你身體此刻隨時備著的那一類，藏在你的骨髓、皮膚、腸道以及許多其他組織裡，悄悄地替換著用舊了的細胞。它們坐在階梯更低的地方：大多是複能或單能的。你骨髓裡的造血細胞就是教科書式的例子——複能，能造出每一種血細胞，卻造不出別的。它們比胚胎細胞更窄，但它們不牽涉任何胚胎，而且每一天都已經在你體內做著實打實的修復工作。

         the ladder, with the famous two marked

  PLURIPOTENT  <----  EMBRYONIC stem cells live up here
     |                (from a days-old embryo; can become
     |                 almost any tissue -> ethically debated)
     v
  MULTIPOTENT  <----  most ADULT stem cells live down here
     |                (in your marrow, skin, gut right now;
     v                 already repairing you every day)
  UNIPOTENT    <----  and some adult stem cells sit here too

胚胎細胞坐得高、範圍寬；成體細胞坐得低、範圍窄。

把細胞送回階梯上方

在很長一段時間裡，所有人都以為這把階梯是一道單向的滑梯。一個細胞一旦變成了——比方說——皮膚細胞，那就是它一生的職業了，回上去的那扇門被死死閂住。然後在 2006 年，一位名叫山中伸彌（Shinya Yamanaka）的日本科學家做成了一件奪得諾貝爾獎、並改寫了教科書的事：他取來一個普通的、已經完全特化的成體細胞，把它送回了階梯上方，一路回到了多能。

怎麼做到的？每一個細胞都帶著同一本完整的說明書——它的 DNA——而一個特化的細胞，無非就是把這本書的大部分都加了書籤合上、只留著自己那一章敞開著。山中發現，把四個特定的總開關重新撥回「開」，就能說服細胞重新翻開整本書、忘掉自己的職業。這四個如今聲名遠揚的開關，名叫 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc——也就是*山中因子*。把它們想成四位資深主管，他們聯手給了一位長期專精的工人「從頭再訓練」的許可。

  REPROGRAMMING: pushing a cell back UP the ladder

  an ordinary adult cell                 a pluripotent cell
  (e.g. a skin cell)                      (talented like an
  low on the ladder                       embryonic stem cell)
         |                                        ^
         |     add 4 master switches:             |
         +-->  Oct4 + Sox2 + Klf4 + c-Myc  -------+
               (the "Yamanaka factors")

  result: an iPSC -- an induced pluripotent stem cell
          ("induced" = we coaxed it; it didn't start that way)

四個開關，把一個特化細胞重新哄回多能，造出一個 iPSC。

從頂端出來的那個細胞，叫作誘導多能幹細胞，簡稱 iPSC。*誘導*的意思很簡單，就是我們把它哄到了那裡——它一開始並不是多能的。這種把一個細胞的特化倒帶回去的把戲，叫作細胞重編程。它之所以了不起，有兩個老實可講的原因：一個 iPSC 幾乎和胚胎幹細胞一樣多才多藝，卻可以用病人自己的皮膚或血液造出來——既不需要胚胎，身體把它當作異物的可能性也小得多。