在最新一期Science雜誌評出的2008年十大科學進展(Breakthrough of the year)中細胞重編程被評為第一位。這項研究幾乎在一夜之間開啟了一個生物學的新的領域，它有希望成就挽救生命的醫學上的進步。
細胞重編程(Reprogramming Cells)指的是分化的細胞在特定的條件下被逆轉後恢復到全能性狀態，或者形成胚胎幹細胞系，或者進一步發育成一個新的個體的過程。
通過插入回撥細胞發育時鐘的基因，研究人員正在深入了解疾病和研究細胞如何決定其命運的生物學。
今年，科學家們實現了一個長期尋求的細胞鍊金術壯舉。他們從不同疾病的患者身上提取皮膚細胞，將其再編程為幹細胞。改造後的幹細胞在實驗室裡生長並分裂，為研究人員研究構成疾病基礎的細胞過程提供了新工具。這項成就也可能是用患者自身細胞治療疾病的漫長徵途中的重要一步。
這項成就依據的一項基因技術是兩年前發表的、最初被用於小鼠試驗，科學家們用該技術徹底消除細胞的發育「記憶」，使其回到原始胚胎狀態、然後重新生長成不同的細胞。2008年，研究人員在細胞再編程方面取得了又一個裡程碑式的進展。在用活鼠做的一項漂亮的研究中，他們讓細胞直接從一種成熟細胞變成另一種，打破了細胞單向發育的規則。調整細胞使其具有新身份的上述進展和其它一些進展，把細胞再編程這個現在蓬勃發展的領域推到了《科學》2008年十大科學進展之首。
本年度的科學進展在很大程度上起到了消除人們對三年前爆發的一個重大醜聞記憶的作用。三年前，韓國科學家虛假地宣稱，他們用體細胞核轉移技術、從各種疾病（如I型糖尿病、脊髓損傷和先天性免疫缺陷症）患者身上造出了新的幹細胞。體細胞核轉移技術曾被用來克隆多利羊。這個造假事件使該領域遭到了嚴重挫折；那時候看來，為患者量身定做幹細胞似乎遙不可及。
今年在該領域取得的新進展建立在以前兩項突破的基礎之上。1998年11月，威斯康辛州的科學家們宣布他們培育出了人體胚胎幹（hES）細胞，這種細胞有潛力在體內發育成任何細胞類型。胚胎幹細胞的這種多能性（pluripotency）為發育生物學和醫學研究提供了很多可能的應用，但也帶來一些問題。因為提取幹細胞通常會毀壞胚胎，因此這項研究引發了生物倫理的激烈討論。包括美國在內的很多國家都頒布了政治決策限制科學家對人體胚胎幹細胞的研究。
2006年，日本研究人員報告說他們發現了一個能避開人體胚胎幹細胞實際與倫理問題的可能方法。他們將4個基因導入在培養皿中生長的小鼠尾部細胞，得到了外表和作用與胚胎幹細胞極其相似的新細胞。他們把這些新細胞稱作誘導多能幹（iPS）細胞。去年，這個日本研究小組和兩個美國研究小組將把細胞再編程技術應用到了人體細胞上，被選為《科學》2007年十大科學進展第二名。這一成果為新研究打開了大門。
細胞：量身定做
近十年來，研究幹細胞的生物學家一直在尋找一種方法，用患有難以研究的疾病的患者身上的細胞製造長期生存的細胞系。（大多數成熟細胞在培養皿中不能成活，所以直接從患者身上提取用於研究的細胞無法成行。）今年，有兩個研究小組實現了這個目標。其中一組從一位82歲的肌萎縮性脊髓側索硬化症（又稱路格裡克氏病，是一種退化性疾病，襲擊運動神經元，造成逐漸癱瘓）女患者身上提取了皮膚細胞，然後製造出了細胞系。科學家們然後引導iPS細胞形成了兩種最受這種病影響的細胞：神經元和神經膠質。
僅一周後，另一組報告說他們為10種疾病（見表格）的患者量身培養了iPS細胞系，包括肌肉萎縮症、I型糖尿病、唐氏綜合症。這10種病中很多都很難、甚至不可能用動物模型進行研究；而再編程的細胞為科學家們研究疾病的分子基礎提供了新工具。這些細胞也許還將對候選藥物的篩選有所幫助。最終，這些技術也許可以讓科學家們在培養皿中修正基因缺陷，然後用修復了的自身細胞為患者治療。
| Diseases With Patient-Specific iPS Cell Lines | 已有為患者量身培養的iPS細胞系的疾病 |
| Amyotrophic Lateral Sclerosis (Lou Gehrig’s disease) | 肌萎縮性脊髓側索硬化症（路格裡克氏病） |
| ADA-SCID | 腺苷脫氨酶嚴重複合型免疫缺乏症 |
| Gaucher disease type III | III型戈謝病 |
| Duchenne muscular dystrophy | 杜興氏肌肉萎縮症 |
| Becker muscular dystrophy | 貝克肌肉萎縮症 |
| Down syndrome | 唐氏綜合症 |
| Parkinson’s disease | 帕金森病 |
| Juvenile diabetes mellitus | 青少年糖尿病 |
| Swachman-Bodian-Diamond syndrome | 舒-戴二氏綜合症 |
| Huntingtondisease | 亨廷頓舞蹈病 |
| Lesch-Nyhan syndrome (carrier) | 萊施-奈恩二氏綜合症（攜帶者） |
今年發表的另一篇文章提出，再編程的出路並不一定要回到胚胎狀態，而可以讓細胞直接變成另一種新的成熟細胞。美國研究人員用小鼠做實驗，把成熟的胰腺細胞（又稱外分泌細胞）再編程為胰島β細胞，這種被I型糖尿病破壞的細胞在胰腺中產生胰島素。該研究小組把三種病毒的混合劑注入成年鼠的胰腺內。這三種病毒主要感染外分泌細胞，每個病毒攜帶有一種已知在β細胞發育過程中起作用的基因。幾天內，小鼠體內形成了能製造胰島素的細胞，這種細胞的外表和作用可與真的β細胞媲美。
這個研究結果出人意料，因為在生物體內，分化了的細胞幾乎從來不改變發展方向，比如從肌細胞變成肺細胞。然而，這種細胞的直接再編程對治療某些疾病來說，也許比採用多能幹細胞更簡單、更安全。這項技術也許能使科學家們加快在實驗室培養所需細胞類型，用確定的因子把培養的一種細胞變成另一種。
需要：更多突破
儘管2008年研究人員取得了令人印象深刻的進展，要把細胞再編程用於治療疾病還需要更多一些突破。為了使細胞再編程足夠安全、能用於細胞療法，研究人員必須找到一種高效、可靠的方法來引發細胞再編程。他們還要確切地搞清楚這個過程是如何進行的。儘管幾十個實驗室已經採用了這一技術，再編程過的細胞內部到底發生了什麼仍然是個謎，似乎一些偶然事件的組合決定了哪些少數細胞最終會被再編程。目前一個主要理論認為：某些再編程因子首先幫助鬆動細胞核內的DNA，使重新激活關閉的基因變得更容易。隨後，其它因子幫助引發一個給細胞新身份的蛋白信號級聯發生。
最初的再編程方法靠病毒把再編程基因插入受感染細胞的基因組，從而永久地改變其DNA。科學家們對這種方法比較擔心，原因有幾個。第一，插入的基因可能會打斷現有的基因，例如防癌基因，導致細胞容易形成腫瘤。儘管插入的基因似乎在再編程結束後自動關閉、讓細胞自身的基因接管，科學家們仍然擔心插入的基因會再激活或者對細胞產生其它微妙的影響。
由於這個原因，世界各地的實驗室都在尋找其它方法來引發細胞再編程。今年科學家們取得了迅速進展。有幾個研究小組發現可以用化學品代替某些插入基因。另一個小組發現至少在小鼠細胞上也可以用腺病毒做載體。腺病毒是導致常見感冒的一種病毒，並不將自己插入基因組。腺病毒足夠長時間地表達插入的基因，將細胞再編程，但是隨著細胞分裂，病毒被稀釋到檢測不到的水平，使再編程後的細胞內原來的基因組保持不變。日本的研究人員揭示名為質粒的DNA環狀體也可以將所需基因載入細胞。但是，以上這些可選方案都遠遠沒有最初的方法效率高，而且大多數都還沒有用人體細胞試驗成功過，因為人體細胞比小鼠細胞更難再編程。
要使細胞再編程有用，還須提高其效率。在大多數實驗中，1萬個細胞中能被成功再編程的細胞少於1個。不過，今年美國兩個研究小組發現一種叫做角質細胞的皮膚細胞特別容易再編程，這對該研究領域似乎是個福音。研究人員能把大約1%的角質細胞再編程，整個過程只要10天，而其它細胞則需要好幾個星期。毛囊是角質細胞的一個豐富來源，加裡福利亞州和西班牙的研究人員宣布說他們從人頭皮上拔下的一根頭髮的細胞中獲得了個性化的細胞系。從頭髮獲得細胞比比切下一塊皮膚要容易得多。
最後，細胞再編程需要更好的質量控制。今年，一個美國研究小組設法找到了一種極妙的方法，讓科學家們可以在控制更嚴格的條件下研究細胞再編程的過程。他們製造了細胞，其中的再編程基因可以通過加入抗生素強力黴素來啟動。然後，他們用再編程過的細胞生成基因完全一致的「第二代」iPS細胞，每個都含有相同的病毒插入體。這些細胞將允許科學家們可以第一次在標準化條件下研究再編程的過程，也應該會有助於揭示能讓成熟細胞在單向發育道路上找到出口的生物化學過程。
但是，僅僅對再編程有全面了解還不夠。發現人體胚胎幹細胞10年後，科學家們仍然在將那些引導多能細胞成為成熟組織的步驟標準化。這個問題很關鍵，因為用於治療的多能細胞如果出軌，可能會引發危險的腫瘤。儘管科學家們可以在培養皿中輕易地促使多能細胞變成跳動的心臟細胞，但是還沒有人能找到完美的方法使這些細胞融入人體組織並替代或修復患病細胞。但是研究人員在發現的高速路上進展迅速，比很多人預料的或是敢於希望的還要快。
——格雷琴·沃格爾（Gretchen Vogel）
專題：Science：2008年十大科學進展
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