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从病毒到人类，所有活的生物体都依靠转录机制表达基因组的特定部分，来应对环境或发育信号的改变，以此执行生命周期中的关键生物功能。因此，转录构成了一个调节生物过程的关键步骤，而且转录因子被认为是决定细胞命运的主开关。近年来，干细胞生物学的迅速发展，主要得益于若干转录因子功能的阐明，转录因子是干细胞多能性的主要调节者。转录因子Oct4、Sox2、Nanog、Klf4和Myc已被证明具有将成体细胞重编程为具有多能性的细胞的神奇的力量。尽管充满实践和理论问题，这仍然是一个了不起的成就。本篇综述总结了关于多能性和重编程的最新进展，并重点阐述了关键的转录因子和重编程的可能机制。

转录因子往往与辅助因子和修饰分子采取一致行动来为响应发育或环境信号来打开或关闭下游基因的表达。因此，大量的转录因子已被证明在发育过程中主要通过控制细胞类型特异性基因的表达，从而指定细胞的命运。ES细胞是研究细胞分化和相关转录因子生化分析的良好模型系统。

1981年，埃文斯和考夫曼，以及马丁第一次从小鼠囊胚的内细胞团中分离出胚胎干细胞。他们设计出一些方法让这种细胞能无限增殖，使这些细胞具有多能性，因为它们可以在重新引入小鼠囊胚时形成嵌合体，并有助于形成包括生殖腺在内的所有组织。这项技术突破带来了利用同源重组的ES细胞产生基因敲除动物的基因打靶技术。1998年，Thomson等成功地分离出人类胚胎干细胞，这是一个具有划时代意义的突破，意味着干细胞技术可能最终造福于人类疾病的治疗。

干细胞研究在过去十年内已经开始渗透到生物学和医学的许多学科中，这一趋势可能会继续，并冠以干细胞物医学研究中心的称号。首先，包括胚胎干细胞和成体干细胞在内的干细胞，是再生医学的主角。再生科学被视为继药物治疗和外科后的第三代治疗方法。骨髓移植，通过更换病变的或有缺陷的造血干细胞，已经成功地治疗了多种疾病。第二，干细胞，尤其是胚胎干细胞，是基础研究领域如信号转导、发育和表观遗传学的理想模型。最后，干细胞可以成为药物筛选和安全评估的有用工具。尽管干细胞研究为我们带来了很多惊喜，但我们仍处于探索干细胞的早期阶段，包括干细胞在发育、疾病和再生等方面的分子水平机制我们仍然还不清楚。

最新的关于调控胚胎干细胞多能性的分子机制的进展提供了一些关于转录因子如Oct4和Nanog在维持胚胎干细胞的未分化状态方面的知识。值得注意的是，已有证据表明，这些多能性因子如Oct4、Sox2和Nanog，同样参与将分化细胞重编程回多能性状态的过程。这篇综述将试图在转录因子的背景下解释多能性和重编程，并讨论有关的机遇和挑战。

1. 基本概念

多能性是所有胚胎干细胞最重要的性质，它指的是胚胎干细胞能够产生体内任何类型的细胞。在发育上，受精卵具有全能性，能够产生所有类型的细胞，外胚层。经过多次细胞，受精卵发育成囊胚，其中的内细胞团可以分离并培养成胚胎干细胞。因此，胚胎干细胞在发育上停留在多能性阶段，同时可以在体外无限繁殖。虽然在全能性上不如受精卵，胚胎干细胞已被实验证明能够产生除小鼠滋养外胚层外的所有类型的细胞。利用失活的Sox2，我们已经证明，ES细胞可以分化成滋养外胚层样细胞。因此，胚胎干细胞似乎有可能产生所有细胞类型。但是，胚胎干细胞通常被描述为多能，而不是全能，这说明，任何动物都不能由胚胎干细胞单独产生。

多能性可通过实验证实，通常检查多能性是通过将细胞注入囊胚来判断是否进行胚胎发育和产生嵌合动物，对小鼠胚胎干细胞来说这已经是常规操作。人或灵长类动物胚胎干细胞的多能性则通过畸胎瘤评估，畸胎瘤是将胚胎干细胞移植到患有严重联合免疫缺陷的小鼠或裸鼠后所形成的，产生拟胚体；检测代表三个胚层的分子标记等。此外，胚胎干细胞在特定操作方案下可以分化成特定的细胞系，如肌肉或神经元。因此，胚胎干细胞的分化潜能可以在体外和体内被实验证明。

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