
2012年10月8日,瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔生理学或医学奖评委会宣布,将当年奖项授予英国科学家约翰·戈登(John B. Gurdon)和日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka),以表彰他们“发现成熟、特化的细胞可以被重编程,变成身体的所有组织”。这一发现揭示了细胞命运的可塑性,为再生医学和疾病模型研究开辟了新纪元。
戈登和山中伸弥的研究殊途同归,均证明了生命逆转的可能性。戈登从胚胎发育角度出发,而山中伸弥则通过诱导多能干细胞(iPSC)技术实现了细胞重编程。传统观点认为,细胞一旦分化成熟便不可逆转,但他们的实验颠覆了这一认知。
1962年,戈登在牛津大学进行了一项里程碑实验:他将青蛙成熟小肠细胞的细胞核移植到去核卵细胞中,该卵细胞成功发育为一只正常的蝌蚪,并最终长成成体青蛙。这一结果首次证明,已分化的体细胞核仍保留发育成完整个体的全部遗传信息,即细胞具有“重编程”能力。戈登因此提出了细胞重编程的概念,为后续克隆技术奠定了基础。
40多年后的2006年,山中伸弥团队利用逆转录病毒载体,向小鼠胚胎成纤维细胞和成体尾巴成纤维细胞中转入四个转录因子——Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc,成功将这些成体细胞重编程为具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPSC)。这一发现不仅验证了戈登的理论,还提供了一种无需卵细胞即可实现细胞逆转的方法,极大地推动了再生医学的发展。
然而,这些突破性发现最初均面临质疑。戈登的学生丹尼斯·史密斯(Dennis Smith)重复实验未获成功,并指出戈登可能误用了未分化的原始生殖细胞,因为蛙类小肠上皮细胞中约有2%-5%的原始生殖细胞,这些细胞具有更高的全能性。此外,戈登实验仅2%的成功率也引发争议。直到1996年,伊恩·维尔穆特(Ian Wilmut)等人通过克隆羊多利——使用成年绵羊乳腺细胞核移植到去核卵细胞中——成功证明了成熟体细胞核的全能性,才为戈登的发现提供了有力支持。
山中伸弥的研究同样面临质疑。有学者怀疑其使用的细胞可能混有未分化胚胎细胞。为此,山中伸弥在2007年用人类成体细胞(来自36岁女性的表皮细胞和69岁男性的结缔组织细胞)重复实验,成功获得iPSC,效率约为每5000个细胞产生1个细胞系。同年,美国威斯康星大学的詹姆斯·汤姆森(James Thomson)团队(第一作者为华裔科学家俞君英)用胎儿皮肤细胞和新生儿包皮细胞,通过OCT3、SOX2、NANOG和LIN28四个基因也成功诱导出iPSC,进一步验证了山中伸弥的成果。
这些研究不仅深化了我们对细胞命运调控的理解,还为疾病建模、药物筛选和个性化治疗提供了强大工具。iPSC技术避免了胚胎干细胞涉及的伦理问题,成为再生医学的核心技术之一。戈登和山中伸弥的贡献,正如诺贝尔奖委员会所言,革新了人类对细胞和有机体发育的认知,开启了生命逆转的新篇章。