潜能的阶梯

才能是分等级的

在第一篇指南里，我们认识了干细胞：一种既能复制自己、又能变成有功能的特化细胞的细胞。但有一个几乎绊倒每一位初学者的事实——并非所有干细胞的本事都一样大。有些几乎能变成体内的任何组织；有些只能变成一小撮关系很近的类型；还有少数只能产出一种。这种能力的范围有一个名字：潜能，来自一个意为“力量”的拉丁词。

这里有一幅可以记住的日常画面。想象一位还没选定职业的年轻求职者。第一个人若接受合适的训练，可以成为医生、厨师、飞行员、老师——任何职业。第二个人已经读完了医学院：他还能成为任何一种医生，但通往厨师或飞行员的那扇门已经关上。第三个人是受过训练的外科医生：他能做好几种外科工作，但菜单就这么大。第四个人花了三十年只做一门手艺，也就只做那一门。这几个人都是*有能力的*——但随着他们越来越专精，可选的范围就越来越窄。干细胞也是这样运作的，而潜能，无非就是每个细胞的范围还有多宽。

拾级而下

生物学家给这把阶梯的每一级都起了名字，乍听吓人，可一旦破译密码就豁然开朗。前缀告诉你*有多少*：toti（全）意思是全部，pluri（多）意思是许多，multi（复）意思是好几种，uni（单）意思是一种。把它们中的任意一个放在 potent（有力的）前面，你就得到了对应的等级。我们一级一级地走下这把阶梯。

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

潜能的阶梯：每往下一级，都是用选项的广度去换取专精。

全能（totipotent）——最高的一级，所有等级里最宽的。这就是刚刚受精的卵，以及它最先分裂成的那几个细胞。它能造出*一切*：身体的每一种组织，外加像胎盘这样的支持组织。在我们的比喻里，这就是那位还能为字面意义上任何职业受训的求职者，包括别人都碰不到的那些。
多能（pluripotent）——往下一级，却依然宽得惊人。一个多能细胞几乎能变成身体的任何组织——神经、肌肉、皮肤、肠道、血液——但它已经放弃了构建胎盘的能力。这一层的才能如此核心，以至于它自己就拥有一个专门的词：多能性。想想那位医学院毕业生：每一种医生都还敞开着，但厨师或飞行员已经不行了。
复能 / 多潜能（multipotent）——再往下一级。一个复能细胞能变成好几种关系相近的类型，但它们全都属于同一个家族。最经典的例子是造血干细胞，它能造出红细胞、白细胞和血小板——每一种血细胞，但也仅限于血细胞。这就是那位受过训练的外科医生：一份实打实的工作菜单，却全都落在同一个专科之内。
单能（unipotent）——最底下的一级。一个单能细胞只能变成一种类型，但它依然算是干细胞，因为它能不断更新自己、终生供应那一种类型。皮肤和某些肌肉就有这样的细胞。这就是那位干了三十年的专才：一门手艺——却数十年如一日地、不知疲倦地做着它。

胚胎细胞与成体细胞各居何处

你大概听过那两个主宰着每一条干细胞新闻头条的说法：胚胎的与成体的。要把它们分清，这把阶梯是最干净利落的办法，因为它们无非就是坐在不同的台阶上。胚胎干细胞来自一个很早期、只有几天大的胚胎，它坐在阶梯的高处：它是多能的，几乎能变成任何组织。正是这份广度，让它在科学上如此激动人心——而也正因为它始于一个胚胎，它长久以来才一直处在伦理争议的中心。

成体干细胞，就是你身体此刻随时备着的那一类，藏在你的骨髓、皮肤、肠道以及许多其他组织里，悄悄地替换着用旧了的细胞。它们坐在阶梯更低的地方：大多是复能或单能的。你骨髓里的造血细胞就是教科书式的例子——复能，能造出每一种血细胞，却造不出别的。它们比胚胎细胞更窄，但它们不牵涉任何胚胎，而且每一天都已经在你体内做着实打实的修复工作。

         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

胚胎细胞坐得高、范围宽；成体细胞坐得低、范围窄。

把细胞送回阶梯上方

在很长一段时间里，所有人都以为这把阶梯是一道单向的滑梯。一个细胞一旦变成了——比方说——皮肤细胞，那就是它一生的职业了，回上去的那扇门被死死闩住。然后在 2006 年，一位名叫山中伸弥（Shinya Yamanaka）的日本科学家做成了一件夺得诺贝尔奖、并改写了教科书的事：他取来一个普通的、已经完全特化的成体细胞，把它送回了阶梯上方，一路回到了多能。

怎么做到的？每一个细胞都带着同一本完整的说明书——它的 DNA——而一个特化的细胞，无非就是把这本书的大部分都加了书签合上、只留着自己那一章敞开着。山中发现，把四个特定的总开关重新拨回“开”，就能说服细胞重新翻开整本书、忘掉自己的职业。这四个如今声名远扬的开关，名叫 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc——也就是*山中因子*。把它们想成四位资深主管，他们联手给了一位长期专精的工人“从头再训练”的许可。

  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)

四个开关，把一个特化细胞重新哄回多能，造出一个 iPSC。

从顶端出来的那个细胞，叫作诱导多能干细胞，简称 iPSC。*诱导*的意思很简单，就是我们把它哄到了那里——它一开始并不是多能的。这种把一个细胞的特化倒带回去的把戏，叫作细胞重编程。它之所以了不起，有两个老实可讲的原因：一个 iPSC 几乎和胚胎干细胞一样多才多艺，却可以用病人自己的皮肤或血液造出来——既不需要胚胎，身体把它当作异物的可能性也小得多。