当大多数哺乳动物细胞面临营养或氧气不足时，它们倾向于“自顾自”，而非“人人为我，我为人人”。与细菌菌落中细胞间频繁合作不同，科学家此前未观察到哺乳动物细胞间的相互协助。然而，一项新研究证实，某些人胚胎干细胞（hESCs）在不利条件下产生的分子不仅有益于自身，还能帮助邻近细胞存活。该研究于2012年6月11日在线发表于《Stem Cells》期刊，描述了hESCs的利他行为。

尽管利他主义被视为美德，但对hESCs而言，它也有缺点：利他性细胞更易积累突变，这是癌症的潜在标志。更好地理解hESC利他行为，有助于加深对抗癌疗法的认识，并推动安全有效的干细胞疗法开发。

这一发现源于通讯作者、斯坦福大学博士后Bikul Das博士对hESCs在低氧环境下反应的研究。低氧环境尤为重要，因为许多癌性肿瘤处于低氧状态。胚胎干细胞能分化为多种细胞类型。Das发现，将hESCs置于0.1%氧气浓度下24小时，自由基开始造成细胞内部损伤。90%的胚胎干细胞分化或死亡，仅10%维持“干性”，即保持产生任何类型细胞的能力。Das想知道这些细胞如何区分，于是根据其分子特征进行分类。

Das和同事发现，在缺氧存活的胚胎干细胞中，一半含有高水平的HIF2-α（一种促进抗氧化分子产生的蛋白）和低水平的p53（正常情况下，当DNA损伤积累时，p53促进细胞死亡）。HIF2-α和p53的水平足以通过关闭分化相关通路来阻止干细胞分化。

但另一半保持干性的胚胎干细胞拥有相对正常的HIF2-α和p53水平。研究人员难以解释它们如何在缺乏这些蛋白帮助的情况下保持未分化状态，除非它们从其他细胞获得帮助。

为验证这一理论，Das与多伦多大学同事让高HIF2-α/低p53的胚胎干细胞在培养液中培养24小时，然后移除这些细胞，加入那些没有高HIF2-α/低p53的胚胎干细胞。果然，当这些细胞混合物被剥夺氧气时，它们仍保持干性。培养液中的分子阻止了分化。研究小组发现，一种关键分子是抗氧化剂谷胱甘肽。

此前科学家发现，胚胎干细胞在不利条件下HIF2-α和p53水平升高，大多数细胞分化或死亡。本研究的独特之处在于，Das等人从胚胎干细胞中分离出产生低水平p53的利他性细胞，这帮助它们逃避死亡或分化。

更重要的是，Das发现，在不利条件下，hESCs的p53水平按固定模式波动。根据波动周期中的p53水平（高或低），干细胞停止正常细胞周期，遵循三种途径之一：分化、死亡或修复损伤以继续存活。尽管并非所有细胞周期同时停止，但都如此进行。

Das说：“我们知道这些波动发生，但从未理解原因。”其他参与内部修复的蛋白并不像p53那样波动。但新发现有助于解释其重要性。只有在波动的一个特定点（任何时间影响约5%的细胞），hESCs保持干性并分泌足够谷胱甘肽帮助相邻细胞。如果所有细胞p53水平相同，整个干细胞群体会立即分化或死亡，没有留下用于未来新细胞生产的干细胞。因此，p53波动使一些hESCs（在给定时间内碰巧低p53）在不利条件下维持干性，解释了为何只有部分hESCs表现出利他行为。

此前未知p53波动与干性之间的联系。理解这一联系可能有助于科学家改造干细胞用于疾病治疗。

抑制p53的干细胞的缺点在于突变可在细胞中积累而不导致死亡。Das猜测：“从进化角度看，这是所有细胞在不利条件下不抑制p53的原因。从基因组稳定性看，这过于冒险。”

当Das团队将高HIF2-α/低p53的hESCs移植到小鼠体内时，相对较少的利他性细胞就能触发畸胎瘤产生。Das认为这是一个重大进展，可能解释人类癌症如何产生，并提示在低氧环境下，一小部分细胞处于高HIF2-α/低p53状态，开始积累突变，最终导致癌症。

目前，Das和同事正在研究这种利他影响是否也适用于成体干细胞。尽管成体干细胞不能分化为所有细胞类型，但保留分化为部分类型的能力。他说：“我们想观察这种利他行为是否适用于间充质干细胞和造血干细胞，因为这些成体干细胞在伦理上更适合未来的干细胞治疗。”充分理解干细胞利他行为的影响可能需要数年时间。