虽然在体外进行细胞核重编程的实验条件现在已经十分明确，但是，如果在体内环境下，这些实验条件是否仍然能够诱导成年体细胞转变成诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）还有待探讨。近期两项转基因小鼠的体内研究利用强力霉素诱导重编程因子（即Oct 3/4、Klf4、Sox2和c-Myc，简称为OKSM）成功地解答了这个开放性问题。研究人员证实，强力霉素在诱导成人体内OKSM的表达后，最终能导致多个器官内畸胎瘤的形成。由于多功能细胞是典型的畸胎瘤源细胞，因此，这些研究表明，体内环境完全受到细胞核重编程的影响。在没有进一步OKSM诱导的情况下，对来源于诱导小鼠畸胎瘤或循环细胞的细胞进行间接体内培养，的确也产生了iPSC。此外，Abad等的研究还表明，相比于体外诱导的iPSC，在这种情况下诱导的iPSC具有更为原始、全能的状态。然而，这种实验条件到底是如何显著影响iPSC的还有待确认。

虽然这些发现在iPSC领域中意义重大，但研究人员更为关心的却是细胞核重编程与细胞转化之间到底存在着怎么样的关系。在两项研究当中，OKSM诱导产生了一个显著的急性效应——多个组织都形成了异常的损伤，这代表了向多能性发展的早期重编程过程已经开始。正如所预期的，由于体外重编程最初依赖于外源性OKSM因子的持续表达，Ohnishi 等发现，在OKSM诱导后的早期，如果停止给予强力霉素，异型增生得到了逆转。延长诱导时间则会导致多个组织内由未分化的异型细胞组成的肿瘤形成，而且这些肿瘤并非畸胎瘤。令人惊奇的是，此时再停止给予强力霉素或者转基因OKSM表达，都已经无法逆转这样的肿瘤形成。此外，这些肿瘤似乎特别容易在肾脏内形成，因此，肾脏成为研究的焦点。关键问题是，已经有一系列证据表明，这些肿瘤来源于已经部分向多功能状态重编程的肾小管细胞（即部分重编程转化细胞：partially reprogrammed transformed cell，PRTC）。转录谱也证实，PRTC已经失去了肾小管细胞的特性，并且已经进入了胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）的基因表达程序。事实上，在体外对肿瘤细胞进行OKSM诱导的确可以更快地得到iPSC。此外，对重编程盒进行修饰以忽略特异性的OKSM因子可以证明：Oct3/4的存在（通常认为，Oct3/4是重编程最重要的组分）在“停止给予强力霉素无法逆转肿瘤形成”的过程中发挥着不可或缺的作用。对比PRTC和ESC的基因表达可以发现，一些关键的差别仍然十分明显；特别地，ESC内多数依赖抑制的靶基因，在PRTC内依然活跃。这些多数靶基因中就包括了Lgr5和Six2这样的肾祖细胞基因，而这些基因在PRTC内也被激活了。

肿瘤形成通常由于不断积累的基因突变；但在经过外显子测序和比较基因组杂交（comparative genomic hybridization，CGH）后，研究人员并没有在肿瘤内发现任何突变或染色体的改变。肿瘤来源的iPSC有利于嵌合体小鼠和肾脏的正常发育，这表明并不存在永久性遗传畸变。相反，肿瘤细胞中的基因甲基化被显著扰乱，基因组印迹也很不稳定，这些都强烈表明，PRTC的发展完全是由表观遗传学机制所驱动的。有趣的是，印记基因甲基化情况的改变与维尔姆斯瘤（一种儿童肾癌）的发病有关。

表面上，Ohnishi等的研究揭示了一个比较清晰的重编程和肿瘤形成之间的关系；然而，如果更为深入地审视这项研究，我们会发现，它其实提供了一个肿瘤形成的新模型。在这之前，许多研究都仅仅是在不同程度上将某个个别的iPSC重编程因子与肿瘤发展联系了起来。而这篇研究的亮点就在于：它证实了，瞬时的OKSM联合诱导已经足以通过表观遗传学机制（而非遗传学机制）诱导一个稳定的转化状态了。虽然打乱的基因甲基化是PRTC发展的重要原因，但是我们仍需更为深入地研究OKSM表达所致的永久性转化状态的表观遗传学细节。在这个诱导转化的过程中，究竟哪些是必须被激活或者沉默的关键基因？此外，尽管通过诱导而产生的肾脏肿瘤与真实的人类肾脏肿瘤非常相像，但是，到底在怎样的一个病理环境下，这样的肿瘤形成机制才会启动呢？

现在，科学家已经充分证明，几乎所有的细胞类型都能在活体外进行重编程。正如这两篇研究所显示的，多个器官内都能发现畸胎瘤，这就说明许多细胞类型在体内也同样能够受到重编程的影响。然而，相关研究却发现，PRTC似乎更容易在某些特定的器官中形成，这表明最初的表观遗传学状态和转录网络不仅在iPSC功能中发挥重要功能，而且与细胞转化过程也息息相关。Ohnishi等在研究中观察到肾脏肿瘤表达诸如Lgr5这类肾脏祖细胞的生物标记。这是一个非常重要的发现，并且引发了后续许多的问题：肿瘤的诱导是否与更为原始的祖细胞有关？这是否与移植ESC只能在成人中、而非胚囊中引起畸胎瘤相似？这种转化是否与不成熟的表观遗传学状态有关？又或者，体内重编程过程中，环境是不是更加倾向于向祖细胞状态进行去分化呢？这些有趣的想法在很大程度上还有待探讨。而且，iPSC并不表达Lgr5，纤维母细胞重编程过程中以及体外产生的部分重编程细胞也不会瞬时表达。因此，从重编程的角度来看，目前还无法确定Lgr5+细胞到底是否是肾细胞重编程的一个中间态。或者，这代表了这些细胞在重新编程时或在去除强力霉素后所经历的类似通路。

重编程的技术又一次证明了它在多种疾病研究中的巨大价值。异种移植重编程的发展能够让我们更快地理解人类癌症的发生、进展以及在这个过程中表观遗传学机制的作用。

（作者：罗全伟、费正弦)

参考文献：Cell Stem Cell 2014;14:269-271