美证实干细胞分化路径存在差异性 (2)

　　生物体中的稳定态

　　更重要的是，在三类细胞组中的Sca-1、GATA1和PU.1含量并不是保持不变的，经过一段时间后，它们之间的区别将不再明显，细胞分化的倾向性也会随之不断变化，这也表明，细胞间的不同是暂时的。

　　研究人员还用基因芯片检测了细胞的整个基因组。基因水平的实验同样证实了三类细胞组间的区别是可以变化的。在高低水平不同的细胞组中存在着多于3900个基因的表达差异，这些差异同样是可以变化的，并会随着时间而不断消失———高、低含量的两类细胞的基因活动越来越像中间含量的细胞组。

　　研究发现，基因行为的循环以及细胞状态的波动最终都是为了将细胞保持在一个稳定状态，为它们在条件合适时进行分化做好准备。此次发现挑战了生物学家以往对于生物体活动的印象。与物理学中的能态相似，生物系统同样倾向于维持在一个相对稳定的状态。在这种情况下，血液干细胞更倾向于保持干细胞的状态，然而当它们经历过基因活动以及蛋白生产等波动后，先前平衡好的稳定态被颠覆到另一个稳定态中，于是它们转变成白细胞或者血红细胞的前体。在平衡的颠覆中，一些特别的生长因子起到了一定的作用，但这些因子只是诱导细胞分化全部因素中的一部分。

　　张汉纳的合作者唐纳德•英伯解释说，生长和分化因子仅仅增加了细胞生长和分化的可能性，而细胞分化本身是整个细胞群的特质，一个石头到达山下最终都会抵达山谷，但是到达哪一个山谷取决于地形的形状。也就是说，细胞分化成什么取决于其本身的特质，而它走的路径，是它在继承系统结构和调节机制的同时，进行的一个选择性的行为。

　　张汉纳说，自然创造出一种最优化最简单的方式以满足其多样性的要求，并将其保持到一个稳定的水平，使细胞能够以一种系统、可控的方式来应答其所处环境的变化。

　　实践指导提高效率

　　这项研究也给了干细胞生物学家一点新的启示，他们将可能需要考虑改变一下当前实验室中应用的干细胞分化方式。黄穗表示，目前应用的分化方式并不高效，只有10%—50%%的细胞对激素或其他物质的作用产生反应。这是由于细胞间的区别与生俱来，不同的细胞对不同的物质反应不同，所以人们发明了更多复杂激素的混合物，但是我们可以利用细胞的区别分辨出那些已经准备好分化的细胞使得分化过程更高效。张汉纳完成的后续工作表明，通过选择适当的干细胞亚群，采用正确的方法刺激，分化效率会得到大幅度的提高。他表示，我并没有做任何复杂的工作，只是利用了自然本来有的。

　　黄穗认为，上述地形类比和选择性决定的概念都不是生物学家所熟悉的，他们更倾向于单个基因以线性路径的方式发生行为，这在某种意义上说是一种思路的变革。对于生物学家来说，从思考单一路径到思考所有可能路径的整个网络是很难的，单一路径很难弄清楚整个过程，而我们在了解了网络路径后，下一步要做的是研究路径选择背后的推动力。