超多能分化性（Pluripotency） -上

超多能分化性（Pluripotency） -上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

隨著科技與資訊的發達，並受後現代主義（postmodernism）質疑約定俗成的形式，包容多樣性差異、鼓勵創新和前瞻未來的多元文化思潮之影響下，個性化、特殊化、能滿足個人需求的客製化（customisation）時代因應潮流而生，不僅時尚、企業、食品、運動、3D列印（3D printing）科技、甚至健康和醫療，都可為個人量身打造最適合自己的商品與服務，為病患個人化醫療的再生醫學（regenerative medicine）幹細胞研究因應而興起。

•    2012年諾貝爾生理醫學獎－誘導式超多能幹細胞（induced pluripotent stem cell，iPS）

2012 年諾貝爾生理醫學獎由英國劍橋大學教授戈登（John Gurdon）與日本京都大學教授山中伸彌（Shinya Yamanaka）共同獲得（圖一），因為發現成熟的細胞可以被重新編程為具有超多能分化性（pluripotent）。

圖一 2012年諾貝爾生理醫學獎得主：左-戈登（John Gurdon）1933年出生於英國狄潘後市（Dippenhall）；右-山中伸彌（Shinya Yamanaka）1962年出生於日本大阪市（Osaka）。 (圖片來源： http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/gurdon-facts.html http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/yamanaka-facts.html)

1962 年戈登發現到細胞的分化是可逆的過程，他將蛙小腸細胞的細胞核轉殖入去核的卵細胞質內，發現重組後的細胞可以發育成正常的蝌蚪，表示已分化的成熟細胞帶著和受精卵相同的基因，其基因體仍具有可發育為體內所有細胞的遺傳訊息，此貢獻開啟後來動物複製科技（cloning technology）的發展，如 1997 年成功複製桃麗羊等，因此，戈登被尊稱為複製教父（godfather of cloning）。

山中伸彌是史上首次成功將完全分化成熟的體細胞在試管中重新編程（reprogram）轉變成胚胎幹細胞。他利用成體老鼠皮膚的纖維母細胞（fibroblast，可形成纖維細胞，構成動物體內最常見而遍佈全身的結締組織，如皮膚、肌肉、神經或血液等），纖維母細胞能合成細胞外基質（extracellular matrix）和膠原蛋白（collagen），並分泌生長因子，如表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、鹼性纖維母細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGFB）和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等，具有較強的自我更新能力。

纖維母細胞（fibroblast）和纖維細胞（fibrocyte）是相同細胞的兩種不同狀態，纖維母細胞是激活狀態（activated state），而纖維細胞是較不活躍狀態。一般認為纖維母細胞是由纖維細胞或從血管和腺體內襯的平滑肌細胞所產生，纖維母細胞也會表現（express）產生平滑肌肌動蛋白（actin）。

山中伸彌團隊利用纖維母細胞在體外培養，藉由引入 $$4$$ 種基因（$$4$$ 個轉錄因子：SOX2，OCT4，KLF4和c-Myc），使之重新編程（reprogram）發育為囊胚期胚胎幹細胞，具有超多能分化性，能夠分化產生體內所有類型的細胞，他們將此幹細胞命名為誘導式超多能幹細胞（induced pluripotent stem cell，iPS），又稱為「萬能幹細胞」。

2006 年山中伸彌團隊發表此成果「老鼠胚胎的誘導超多能幹細胞和成鼠的纖維母細胞的培養定義因子（Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors）」於細胞（Cell）期刊，震驚全球。又於 2007 年發表人類誘導超多能幹細胞的實驗成果「利用定義因子從成人的纖維母細胞到誘導超多能幹細胞」（Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors）。其研究發現即使人類成熟的細胞，也並非永遠只侷限於其分化的狀態，此發現改寫了教科書，並開啟再生醫學嶄新的研究領域。

• 幹細胞是造福人類或是扼殺新生命？

誘導式超多能幹細胞利用成體已分化的細胞逆轉成像胚胎細胞一樣的超多能幹細胞（pluripotent stem cell，PSC），並可分化成體內的任何組織細胞，又沒有醫學倫理的問題，對未來再生醫學修復或再生組織和器官的貢獻良多，為客製化的醫療開啟革命性的突破，如癌症、阿茲海默症和帕金森氏症等疾病治療重現曙光。

但目前 iPS 仍在研究階段，尚未應用於臨床治療，外界仍有許多質疑之處，例如將胚胎幹細胞注射到人體內是否會轉變成癌細胞？如何取得數量龐大的卵？由發育至囊胚期分離出的胚胎幹細胞究竟是不是新生命？是否有殺生之虞？山中伸彌曾提出：幹細胞研究不僅衝擊科學，甚至影響政治和商業。但建議大家尊重科學界嚴謹實驗的資料結果來評估，並充分考慮幹細胞未來在臨床的應用，而非由並不了解此領域的政治家或企業家等的意見來主導未來的研究方向，這是值得深思之處。

連結：超多能分化性（Pluripotency）－來源與應用 中