人人都深信不疑的那条单行道
在本阶段前面，你看着一个多能细胞做出抉择，通过定型把它锁定，然后通过分化特化成一个神经元、一根肌纤维、一个皮肤细胞。你也从表观遗传那一阶段学到了那个关键的反转：一个神经元和一个皮肤细胞携带着*完全相同的 DNA*。在走下坡的途中，什么都没被删掉。变的是哪些基因被开启了，而这又被表观遗传标记牢牢固定下来，每次细胞分裂时都被忠实地复制。
最后这个事实，引出了一个让人无法抗拒的问题。如果一个皮肤细胞仍然*拥有*每一个基因——包括胚胎所使用的全部基因——那么原则上，重建任何别的细胞类型，并不缺什么。障碍并不是一本丢失了的说明书；而是一套可拆卸的化学书签，把大部分章节摁住不让翻开。那么，你能不能擦掉这些书签，把一个已经定型的细胞送回发育的山坡*上面*去呢？在二十世纪的大部分时间里，诚实的回答似乎是：不能。发育看起来就像一颗弹珠滚进一道又一道越来越深的山谷——往下容易，往回爬出来则显然不可能。
最初的线索：细胞核仍然记得全部
单行道教条上的第一道裂缝来自青蛙，比任何人说出“重编程”这个词还要早几十年。在 1950 和 60 年代，约翰·格登把一个完全分化了的青蛙肠道细胞的核取出来，塞进一颗自身的核已经被移除的青蛙卵里。有时候——很罕见，但确实发生——那颗卵会发育成一只完整的、会游泳的蝌蚪。那个本该终生定型的肠道细胞核，显然保留了一份*完整而可用的*基因组。是卵的细胞质，以某种方式把它哄回了起点。
这个实验——体细胞核移植，也就是后来制造出多莉羊的同一种方法——证明了某件意义深远的事，却把机制留成了一只黑箱。它表明终点是可达的：一个成体基因组*能够*被重置。但它依赖的，是一整颗卵里那些神秘的、尚未被搞清楚的内容物去完成这项工作。没人知道这颗卵里究竟是哪些分子在拨动那些开关。这个结果说出了“重编程是可能的”，却没有说出“你自己该怎么去做到它”。
山中的豪赌：只管加上因子
故事就在这里变得令人瞠目。大约在 2006 年，山中伸弥在京都的实验室提出了一个大胆、近乎天真的问题：与其用一整颗卵，不如换个法子——会不会*一小撮主控基因*——也就是多能细胞用来保持自己年轻的那些基因——光靠它们自己就能完成这件事？回想一下基因调控那一阶段：一个转录因子是一种能开启成批其他基因的蛋白质。这场赌注押的是：细胞的多能性程序，是由少数几个这样的主控因子运行的；而强行把它们重新开启，或许就能把整套程序一起拖回来。
他们从一份在胚胎干细胞中活跃的 24 个候选基因清单出发，把它们导入普通的小鼠皮肤细胞，然后留心观察有没有哪个细胞开始表现得像胚胎细胞。接着是耐心的逐一排除：去掉一个因子，看它是否还管用；如此反复。这份清单最后坍缩到了仅仅四个转录因子——今天人们用简写称它们为 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc，常被叫作“山中因子”。被赋予了这四个因子、再耐心等上一两周的皮肤细胞，偶尔会转变成一些看起来、行为上都像胚胎干细胞的集落。他们把这个结果命名为[[induced-pluripotent-stem-cell-cb|诱导多能干细胞]]，即 iPSC。
adult skin cell (fibroblast)
|
| force ON four master transcription factors
| (Oct4 + Sox2 + Klf4 + c-Myc)
| ... then wait ~2-3 weeks ...
v
iPSC == behaves like an embryonic stem cell
| (self-renews + is pluripotent)
|
| give different signals
v
neuron / heart muscle / liver cell / ... (re-differentiate)这为什么震动了生物学
请好好体会一下这有多激进。格登证明了一颗卵可以重置一个核，但靠的是卵全套的机器一齐上阵。山中则证明，这次重置可以由一组*明确的、数得过来的*、仅仅四个蛋白质来触发——少到你能写在一张便利贴上。剩下的，细胞自己来完成。这就好像一个分化细胞那套精密的、被锁死的状态——历经一生的基因调控才建立起来的——竟然能靠拨动极少数几个顶层开关就被拆解开来。沃丁顿地形图里那些深深的沟壑，原来是可以被重新填平的。
从机制上看，这四个因子充当的是开拓者。它们结合到那些沉默的胚胎基因上，招来那套*擦除关闭标记*的机器——剥掉曾把这些基因摁住的DNA 甲基化，重置那些组蛋白标签——把多能性网络重新打开。随着这个网络重新苏醒，它开始像一个胚胎干细胞通常那样维持*自身*，于是细胞不再需要那股人为的推力了。成体的身份被覆盖掉，年轻的身份被恢复——靠的不是改动任何一个 DNA 字母，而是重写了叠在它之上的那一层表观遗传。
它对医学的回报是巨大的，而把这背后的道理直白说清楚，是值得的。胚胎干细胞很强大，却带着两个沉重的难题：采集它们意味着毁掉一个胚胎；而用别人的胚胎培养出来的细胞，对你而言是异体组织，你的免疫系统可能会排斥它。iPSC 把这两点都绕开了。你可以取*病人自己的*一小撮皮肤或血液，把它倒带回多能状态，再让它重新分化成那位病人所需要的心肌、神经元，或者会造胰岛素的细胞——基因完全匹配，而且取自一个你舍得割舍的细胞。格登与山中因开启了这扇门，共同获得了 2012 年的诺贝尔奖。
诚实的局限——以及一条叫“转分化”的捷径
现在说说那些标题略过不提的部分。重编程是真的，但它缓慢、罕见，而且乱糟糟。在一个经典实验里，被处理的细胞中只有极小一部分——往往远低于百分之一——真正走完了回到多能状态的旅程；其余的要么半路卡住，要么死掉。它还需要几周，而不是几分钟，因为擦除积累了一生的表观遗传标记，是一场缓慢的、带着随机性的苦战。“让时钟倒转”作为对那个*终点*的口号是公道的，但这趟旅程更像是一针一针、煞费苦心地把一件毛衣拆开，而不是按一下倒带键。
这里也有实实在在的安全顾虑。最初的因子之一，c-Myc，是一个著名的与癌相关的基因——把它推得太狠，就会把细胞往肿瘤的方向上拱。更普遍地说，任何把细胞重置回快速分裂、多能状态的做法，本质上都走在离癌症生物学很近的地方；移植物里残留下来的未分化细胞，可能长成杂乱无章的增生物。研究者后来找到了更安全的因子组合、更温和的递送方法，以及清除残余未分化细胞的办法。这个领域确实大有希望，也确实有真实的临床试验——但“在培养皿里管用”与“安全的、常规的疗法”之间的那道鸿沟，恰恰是最需要诚实的地方。
最后，还有一条诱人的捷径。何苦一路爬回多能状态，只为了再爬下来呢？[[transdifferentiation|转分化]]跳过了那个山顶：恰当的主控因子组合，能把一种特化细胞*直接*转换成另一种——比方说，把一个胰腺细胞变成会造胰岛素的 β 细胞，或者把一个皮肤细胞直接变成神经元——而完全不必经过 iPSC 这一站。它依据的是同一个核心洞见（恰当的转录因子能够重写一个细胞的身份），只不过把方向横着对准了地形图，而不是向上翻过山顶。它更难控制，转换得到的细胞也并不总是完美的副本，但它暗示着：一个细胞那个“最终的”身份，远比一代人之前任何人敢于相信的，要更可改写。
这座时钟究竟告诉了我们什么
退后一步，本篇就把本阶段开篇打开的那个环给合上了。一个身体之所以能从一个细胞长出来，是因为那个细胞是多能的，而它的后代通过分化逐步收窄了自己的选项。我们长久以来认定，这种收窄是永久的。重编程证明了它并非如此：分化是一个*稳定的*状态，而不是一个*封死的*状态，把它摁住的是可逆的标记，而不是任何遗传信息的丢失。你出生时所带的那份基因组，在每一个细胞里都完好无缺，而正是这份完好，才让“让时钟倒转”这件事变得可以设想。