薩克生物研究所的新研究發現提出了收獲治療用干細胞可能的有利時機，揭示了對組織生成至關重要的基因。

具有治療多種疾病及揭示導致這些疾病的基本過程的潛力，胚胎干細胞（ES）為生物醫學科學帶來了巨大的希望。然而一些障礙，包括科學和非科學性的，阻礙了科學家們到達圣地利用這些特異的細胞來治療心臟病、糖尿病、阿爾茨海默氏癥和其他疾病。

在6月13日發表在《自然》（Nature）雜志上的一篇論文中，薩克生物研究所的科學家們報告稱發現在胚胎發育的早期階段ES細胞循環進出于一種“神奇狀態”中，在此過程中一系列為細胞潛能（一個通用細胞分化或發育形成具有特化功能細胞的能力）所必需的基因被激活。這種稱之為全能性（totipotency）的獨特狀態給予了ES細胞可轉變為機體內所有細胞類型的獨特能力，因此使得它們成為了有吸引力的治療目標。

文章的資深作者、薩克生物研究所基因表達實驗室Samuel L. Pfaff教授說：“這些研究結果提供了對細胞發育潛能至關重要基因網絡的新見解。我們已經確定了一種重新設置胚胎干細胞至更年輕狀態的機制，在這一狀態中細胞更具可塑性，因此有可能更廣泛地用于針對治療疾病、損傷與衰老。”

ES細胞就像橡皮泥，在正確的條件下被誘導生成特化的細胞，例如體內的皮膚細胞或胰腺細胞。在發育的初期階段，當一個胚胎內包含5-8個細胞時，干細胞是全能性的，能夠發育為所有的細胞類型。3-5天后，胚胎發育成稱為胚泡的細胞球。在這一階段，干細胞是多能性的，意味著它們可以發育形成幾乎所有的細胞類型。為了讓細胞分化，必須開啟細胞內的特異基因。

Pfaff和同事們對稱為卵母細胞的未成熟小鼠卵細胞和二細胞期胚胎進行了RNA測序（一種衍生于基因組測序監控活性基因的新技術）鑒別了在受精前和緊隨受精后開啟的基因。Pfaff研究小組發現一系列的基因與這種全能性特殊狀態有關，并注意到這些基因是通過干細胞鄰近的反轉錄病毒激活。

近8%的人類基因組是由發生在我們祖先的病毒感染的遠古殘留物構成，其代代相傳但現在不會再引起感染。Pfaff和他的同事們發現細胞利用了其中一些病毒作為工具調控了自身基因的開關。“進化論說，‘我們將把壞事變好事，利用這些病毒使我們獲利，”Pfaff說。利用遠古病毒的殘余物在早期胚胎發育的特異時刻開啟數百個基因，使細胞獲得轉變為機體內所有組織類型的能力。

根據他們的觀察，薩克生物研究所的科學家們說這些病毒受到非常嚴格的調控且只在胚胎發育過程的短窗期（short window）激活。研究人員在早期胚胎發生過程中鑒定了ES細胞，然后進一步在培養皿中使胚胎發育和培養它們。他們發現一群罕見的特化ES細胞激活了這些病毒基因，將它們與培養皿中其他的ES細胞區分開來。Pfaff說通過將反轉錄病毒為己所用，這些罕見細胞恢復了更具可塑性的年輕狀態，因此具有更大的發育潛能。

Pfaff的研究小組還發現幾乎所有的ES細胞均循環進出于這種特殊形式。“這一ES細胞的特性從未得到科學團體的正確評估。如果這一循環被阻止發生，全部的細胞潛能則似乎是有限的，”文章的第一作者、Pfaff實驗室前博士后研究人員Todd S. Macfarlan說。

現在說這種“神奇狀態”是否是一個適當的時機收獲供治療用途的ES細胞還為時過早。然而Pfaff補充說通過迫使細胞進入這一特殊狀態，科學家們或許能夠確定協助擴大生成這類組織的基因。

Pfaff 說：“當前對于胚胎干細胞在臨床情況中的實際應用存在極大的炒作。全球實驗室都在致力于利用最小的環境條件變化精細和不可預知地影響這些細胞。因此，我們知道越多關于這些細胞能夠生成全部組織類型所需的基本要求，我們就會更加好。”盡管這些研究結果闡明了胚胎干細胞的基礎生物學，Pfaff說就它們的實用、臨床價值而言仍舊“任重而道遠。”