http://www.physorg.com/news/2012-03-reveals-basic-molecular-wiring-stem.html
March 1, 2012
儘管運用人類幹細胞的相關治療方法前途無量，但是到目前為止，科學家對於控制「體內某個幹細胞是否會變成某一特定細胞，或仍是個幹細胞」這個根本問題的機制，尚無法完整理解。
不過，一項發表在三月2日當期 Cell Stem Cell 期刊上的 Georgia 大學研究，創造出有史以來第一份「幹細胞如何佈線（wired）以回應其所頻頻暴露的外部發訊分子（signaling molecules）」的藍圖。這項發現，那調和多年來世界各地實驗室相衝突的結果，賦予科學家精確控制幹細胞發展（或分化）成特定細胞類型的能力。
"我們能將來自此研究的資訊當成一本指導書，藉此控制幹細胞的行為，" 第一作者 Stephen Dalton 表示，Georgia 研究聯盟分子生物學傑出學者以及 UGA Franklin 藝術與科學學院細胞生物學教授。"我們將能更有效率地、在一種受到更多控制的情況下，將它們分化成治療性細胞類型。"
先前典範所持的看法是：個別發訊分子單獨作用以開始一連串事件，那控制細胞的命運。在另一方面，Dalton 的研究揭露，數種分子的複雜交互作用控制著「開關」，這個開關決定一幹細胞是否停留在其未分化狀態或繼續變成某種特定細胞類型，例如心、腦或胰細胞。
"這項研究對付幹細胞研究中，最大的挑戰之一 -- 理解如何引導一幹細胞變成某種特定細胞類型，" Marion Zatz 說，他在 NIH 的國家一般醫療科學研究所監管幹細胞生物學輔助金，那部份資助這項研究。
"在這篇論文中，Dr. Dalton 將好幾塊拼圖放在一起並提供一個模型，以便了解多重發訊路徑如何協調，引導一幹細胞朝特定類型的細胞分化。此架構最終不僅能促進對於胚胎發展的基礎理解，還能使幹細胞在再生醫學中的使用更加便利。"
考慮到，關於某種常見發訊分子（稱為 Wnt）的角色，先前的研究得到了相反的結論，就能明白對於幹細胞分化的理解有多麼模糊。已發表的研究中，約有半數發現 Wnt 使某種分子保持在「off」的位置，那使幹細胞維持在未分化（或多能性，pluripotent）的狀態。另外一半則得到相反的結論。
同樣的 Wnt 分子能造成二種不同的結果？結果證明，答案是「是的」。Dalton 的團隊發現，在量少時，Wnt 發訊使幹細胞維持在其多能性狀態。更大量的時候，它造成相反的結果，並促使細胞分化。
但 Wnt 並非單獨作用。其他分子，例如類胰島素生長因子（insulin-like growth factor，Igf）、纖維母細胞生長因子（fibroblast growth factor，Fgf2）以及 Activin A（活化素 A、激活素 A）亦扮演某種角色。讓事情更加複雜的是，這些發訊分子會相互擴大，所以某一種增加二倍能導致另一種增加十倍。訊號被引入的時機也是個問題。
"其中讓我們感到驚訝的一件事是，所有的路徑如何彼此「交談」，" Dalton 表示。"你無法在不影響 Fgf2 路徑的情況下對 Igf 路徑做任何事，你也沒有辦法在不影響 Wnt 的情況下對 Fgf2 做任何事。那好像一間紙牌屋（house of cards）；每件事全都相互連接。"
Dalton 以及他的團隊花了刻苦的五年時間創造出關於發訊分子如何作用的假說，測試這些假說，然後 -- 當面臨意料之外的結果時 -- 重建他們的假說並重新測試。直到整套系統被解決之前，此過程不斷持續下去。
他們的發現使科學家對於幹細胞進行分化時所跨出的第一步有一個更完整的理解，而 Dalton 確信，相同方式可用於理解後續發展步驟，那在胚胎中的細胞準備要分裂成更特定的細胞類型時發生。
"希望此種類型的方法能使我們對於細胞以及它們如何能被操縱有更多的了解，這樣我們朝「將幹細胞用於治療性設置中」這條路線邁進上，才能有更快的進展，" Dalton 說。
※ 相關報導：
＊ Signaling Network Crosstalk in Human Pluripotent Cells: A Smad2/3-Regulated Switch that Controls the Balance between Self-Renewal and Differentiation
http://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(12)00016-1
Amar M. Singh, David Reynolds, Timothy Cliff,＊ 科學家發現器官組織再生與修復的分子路徑
Satoshi Ohtsuka, Alexa L. Mattheyses, Yuhua Sun,
Laura Menendez, Michael Kulik and Stephen Dalton
Cell Stem Cell, Volume 10, Issue 3, 312-326, 2 March 2012
doi: 10.1016/j.stem.2012.01.014
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