在诱导多能干细胞（iPSCs）被发现二十年之后，关于多能性、分化和细胞重编程的研究仍然是现代生物学中最活跃的领域之一。关于细胞身份如何建立、维持和改变的问题处于发育生物学的核心，并日益成为再生医学、疾病建模和细胞疗法取得进展的基础。为了纪念 iPSCs 这一里程碑式发现二十周年，《BMC Biology》正在推出《多能性、分化与重编程》专题系列，该系列将重点展示塑造该领域下一阶段的新概念、新技术和新挑战。

在二十世纪中叶，哺乳动物发育主要被认为是一个单向过程，即胚胎干细胞会分化为特定且受限的细胞状态。康拉德·沃丁顿（Conrad Waddington）在 1957 年提出的著名模型概括了这一点，描绘了一个球从山顶（多能性）滚下山坡到达下方山谷（分化）的过程。2006 年 8 月，京都山中伸弥实验室报告了一项里程碑式实验的结果，指出仅交付四种转录因子 Oct3/4、Sox2、Klf4 和 c-Myc（OSKM；通常被称为“山中因子”），就能将分化的小鼠成纤维细胞转化为具有多能性特性的细胞 [1]。

细胞身份的可逆性本身并不新鲜；几十年前，约翰·格登（John Gurdon）就曾展示，将已分化蝌蚪细胞的细胞核转移到去核青蛙卵中，仍能产生正常的蝌蚪，这表明特化细胞仍保留构建生物体的能力 [2]。然而，山中伸弥的突破性发现首次表明，多能性并不仅存在于早期胚胎的短暂阶段，而是可以通过少量转录因子在终末分化的哺乳动物细胞中诱导产生，尽管效率较低。

致力于理解为什么只有一小部分细胞作出反应，以及细胞身份在此过程中如何被拆解和重建，将重编程纳入了更广泛的多能性和分化研究。因为重编程和分化在发育景观中方向相反（图 1），关于控制多能性进入、维持和退出以及分化的机制的见解，有助于我们理解重编程，反之亦然。这些细胞身份的基本问题，历史上曾是相对较小的发育生物学家群体的关注点，但几乎一夜之间，成为了许多不同领域的核心问题。

图 1
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庆祝诱导多能干细胞（iPSCs）诞生 20 周年。沃丁顿景观的特刊，纪念首批 iPSCs 二十周年，并伴随《BMC Biology》《多能性、分化与重编程》专题系列的征稿邀请。山中因子 Oct3/4、Sox2、Klf4 和 c-Myc（OSKM）驱动成纤维细胞（银灰色，銀鼠色：gin-nezu-iro）攀登富士山到达诱导多能状态（樱花粉色，桜色：sakura-iro），从中它可以分化为三个胚层中的任何一个，分别由神经元（若竹绿色，若竹色：wakatake-iro）、心肌细胞（绯红色，紅色：beni-iro）和肝细胞（靛蓝色，藍色；ai-iro）表示。原图使用 Inkscape 1.2 制作

此外，人类和患者特异性诱导多能干细胞（iPSCs）的生成 [3, 4] 甚至对于非专业实验室也变得触手可及，只需使用“山中因子”。iPSCs 如今已成为现代生物医学研究的基石，使疾病建模、药物发现和再生医学成为可能 [5]。始于发育生物学的工作如今正进入临床，多能干细胞衍生的细胞疗法正通过监管途径。早期试验范围从用于黄斑变性的 iPSC 衍生的视网膜色素上皮细胞 [6] 到用于帕金森病的多巴胺能神经元移植 [7]。

随着该领域的不断发展，干细胞生物学的新前沿正在迅速涌现。部分重编程可以在不消除细胞身份的情况下重置细胞衰老的标志物 [8]。化学重编程作为遗传递送的替代方案正在成熟，仅使用小分子引导细胞通过定义的中间状态 [9]。单细胞多组学、空间转录组学和基因调控网络计算建模的进步，现在不仅让我们能够探究细胞是否能改变身份，还能探究细胞群体如何在空间和时间上协调这种改变。最近，出现了广泛的干细胞基胚胎模型（SCBEMs）或组织/器官模型，重现了胚胎发育、组织组织和器官功能的关键方面 [10]。这些范围从捕捉组织生理学方面的类器官，到对发育过程进行建模的集成 SCBEMs。结合单细胞和空间组学、高级成像以及生化和遗传学方法，现在可以实时可视化细胞和分子动态，并剖析基因调控网络、信号通路、染色质组织和代谢程序如何共同调控胚胎发育、组织稳态和疾病。

iPSCs 的二十周年提供了一个及时的契机，让我们回顾细胞身份研究如何演变以及下一步的发展方向。《多能性、分化与重编程》专题系列旨在通过展示塑造该领域下一阶段的新问题、方法和概念来纪念这一里程碑。我们欢迎考察多能性、细胞分化和谱系决定在分子水平上的机械控制；跨越不同发育系统和物种的体外和体内发育可塑性和重编程；组织模式形成过程中细胞身份决定的空间组织；以及整合这些发现所需的系统级模型的工作。

《BMC Biology》现正在欢迎向该专题系列投稿。完整的范围详情和投稿说明可在专题系列网站上找到：https://link.springer.com/collections/ihbgeaidab。我们期待阅读您的工作。