为什么植物细胞可以随便脱分化，人的细胞却不可以？
植物细胞和人的细胞在脱分化能力上的巨大差异，根源在于它们各自的生物学特性、发育模式以及对环境信号的响应机制不同。这并非简单的“可以随便”或“不可以随便”，而是由一系列复杂的生物学因素共同决定的。
植物细胞的脱分化能力：一种灵活的生存策略
植物生命活动的一个显著特点是其高度的“可塑性”或“适应性”。它们不像动物那样拥有自主移动的能力，面对外界环境的改变，它们更多地依赖于自身的生长和形态调整来应对。脱分化正是这种适应性策略的重要体现。
1. 全能性（Totipotency）的普遍性： 大多数植物细胞在理论上都保有全能性，这意味着一个高度分化的细胞（如根部细胞、叶片细胞）在适宜的培养条件下，可以重新启动分裂，并分化成植物体所需的任何细胞类型，最终发育成一个完整的植株。这种全能性是植物通过扦插、组织培养等无性繁殖方式得以实现的基础。而人体的绝大多数细胞，一旦分化，就基本失去了形成完整个体的能力。
2. 细胞壁的支撑与信号调控： 植物细胞具有坚韧的细胞壁，这为细胞提供了结构支持，也赋予了它们在脱离原有组织后仍能维持一定形态的能力。更重要的是，细胞壁的完整性是植物细胞接收和传递信号的关键。在组织培养过程中，轻微损伤细胞壁（例如机械分离、酶解）可以触发细胞进入一种“应激”状态，这种状态往往伴随着细胞周期的重新激活和脱分化信号的表达。
3. 激素在调控中的核心作用： 植物激素是调控植物生长发育的关键信号分子，在脱分化过程中扮演着至关重要的角色。
生长素（Auxin）和细胞分裂素（Cytokinin）： 这两种激素的比例是诱导脱分化的核心。高浓度的生长素和低浓度的细胞分裂素倾向于诱导根的形成，而低浓度的生长素和高浓度的细胞分裂素则倾向于诱导芽的形成。当它们处于特定的比例组合时（例如，在培养基中加入适量的生长素和细胞分裂素），就能有效地打破原有细胞的分化状态，使其重新进入生长和分裂阶段，表现出脱分化。
脱落酸（Abscisic acid）、赤霉素（Gibberellins）等： 其他激素也能间接或直接地影响脱分化过程，参与信号转导。
植物细胞拥有高度敏感的激素信号传导通路，能够对外界激素浓度的微小变化做出响应，从而精确调控自身的命运。
4. 细胞周期调控的灵活性： 分化后的植物细胞并非完全“锁定”在某个终末阶段。在适宜的条件下，细胞周期可以通过多种信号通路重新激活，并进行不连续的生长和分裂。这种灵活性使得它们能够积累脱分化所需的物质和能量，并重新表达与细胞分裂、生长相关的基因。
5. 基因表达的动态可逆性： 植物细胞在脱分化过程中，其基因表达谱会发生显著变化。一些与终末分化相关的基因表达会下调，而一些与细胞分裂、生长、DNA复制以及抗逆性相关的基因则会被激活。这种基因表达的重塑是可逆的，当脱分化细胞再次暴露于特定信号（如生长素和细胞分裂素比例改变、或特定分化信号）时，它们又可以重新进入再分化过程。
人的细胞的限制：高度专业化与终末分化
相比之下，人的细胞在漫长的进化过程中，为了形成复杂而高效的动物体，发展出了高度的专业化和分工。这种专业化是以牺牲某些细胞的“普适性”为代价的。
1. 终末分化（Terminal Differentiation）的普遍性： 大多数人体细胞，一旦分化，就进入了“终末分化”状态。这意味着它们已经获得了高度特定的形态和功能，并且失去了分裂或改变自身命运的能力。例如，成熟的神经元、心肌细胞，它们一旦成熟，就很少或不再分裂，也无法转化为其他类型的细胞。这种不可逆的分化是维持人体器官功能稳定性的基础。
2. 胚胎干细胞的特殊性： 人体中只有极少数细胞保留了较高的多能性（Pluripotency）或全能性，最典型的就是胚胎干细胞。胚胎干细胞可以在体外培养，并且在特定诱导因子的作用下分化成几乎所有类型的体细胞。但一旦这些细胞离开胚胎发育的微环境，或者在体外开始分化，它们通常也难以逆转回胚胎干细胞状态，更不可能像植物细胞那样从一个成体体细胞重新发育为完整植株。
3. 细胞壁的缺失与细胞外基质： 人类细胞没有细胞壁，其细胞膜外只有一层细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）。ECM虽然为细胞提供了支持和信号交流的平台，但它远不如植物细胞壁那样能够维持细胞在脱离组织后的独立性和形态。ECM的改变或损伤，更多的是诱导细胞进入凋亡（Apoptosis）或衰老（Senescence），而不是脱分化。
4. 复杂的信号通路与调控网络： 人体细胞也受到各种生长因子、细胞因子、激素等信号分子的调控，这些信号通路同样复杂。然而，人体的信号调控系统更加精细，并且通常是朝着维持细胞现有状态或促进特定分化的方向发展。虽然存在一些诱导细胞增殖和再分化的信号，但它们往往作用于特定的细胞类型（如成纤维细胞、某些祖细胞），并且通常是在损伤修复等特定生理过程中实现，而非普遍性的“脱分化”回到一个基础状态。
5. 基因表达的稳定与表观遗传学锁定： 人体细胞的分化状态很大程度上是通过复杂的表观遗传学机制（如DNA甲基化、组蛋白修饰）锁定的。这些修饰使得与特定细胞命运相关的基因保持活跃，而与其他细胞命运相关的基因则被沉默。这种表观遗传学的锁定非常稳定，并且在细胞分裂过程中也会被传递下去，使得终末分化的细胞很难“解开”这种锁定，重新获得可塑性。
6. 发育轨迹的确定性： 动物体的发育是一个高度有序和定向的过程。从受精卵到胚胎，再到各种组织器官的形成，每一步都经过精心调控，并且通常是不可逆的。一旦发育完成，细胞就被赋予了特定的身份和功能，其发育轨迹也趋于稳定。
总结：
植物细胞的脱分化能力，是一种为了适应环境变化和无性繁殖而演化出的普遍性策略。它们的细胞壁、全能性倾向、对激素信号的敏感性以及基因表达的灵活性，共同促成了这种能力。而人的细胞，则为了构建高效、稳定的多细胞生命体，选择了高度的专业化和终末分化。这种分化是不可逆的，并通过复杂的表观遗传学机制得以维持。因此，并非人的细胞“不能”脱分化，而是它们在漫长的进化中“选择了”不再轻易进行大规模的脱分化，以确保身体功能的稳定和有序。
当然，在某些特定的生理过程中，人的细胞也会表现出一定的“逆分化”或“去分化”迹象，例如在创伤修复时，某些细胞可能会暂时停止分化或激活细胞周期。但这些过程与植物细胞那种可以从一个体细胞重新构建整个植株的“随意”脱分化，在机制和程度上有本质的区别。
植物细胞的脱分化能力：一种灵活的生存策略
植物生命活动的一个显著特点是其高度的“可塑性”或“适应性”。它们不像动物那样拥有自主移动的能力，面对外界环境的改变，它们更多地依赖于自身的生长和形态调整来应对。脱分化正是这种适应性策略的重要体现。
1. 全能性（Totipotency）的普遍性： 大多数植物细胞在理论上都保有全能性，这意味着一个高度分化的细胞（如根部细胞、叶片细胞）在适宜的培养条件下，可以重新启动分裂，并分化成植物体所需的任何细胞类型，最终发育成一个完整的植株。这种全能性是植物通过扦插、组织培养等无性繁殖方式得以实现的基础。而人体的绝大多数细胞，一旦分化，就基本失去了形成完整个体的能力。
2. 细胞壁的支撑与信号调控： 植物细胞具有坚韧的细胞壁，这为细胞提供了结构支持，也赋予了它们在脱离原有组织后仍能维持一定形态的能力。更重要的是，细胞壁的完整性是植物细胞接收和传递信号的关键。在组织培养过程中，轻微损伤细胞壁（例如机械分离、酶解）可以触发细胞进入一种“应激”状态，这种状态往往伴随着细胞周期的重新激活和脱分化信号的表达。
3. 激素在调控中的核心作用： 植物激素是调控植物生长发育的关键信号分子，在脱分化过程中扮演着至关重要的角色。
生长素（Auxin）和细胞分裂素（Cytokinin）： 这两种激素的比例是诱导脱分化的核心。高浓度的生长素和低浓度的细胞分裂素倾向于诱导根的形成，而低浓度的生长素和高浓度的细胞分裂素则倾向于诱导芽的形成。当它们处于特定的比例组合时（例如，在培养基中加入适量的生长素和细胞分裂素），就能有效地打破原有细胞的分化状态，使其重新进入生长和分裂阶段，表现出脱分化。
脱落酸（Abscisic acid）、赤霉素（Gibberellins）等： 其他激素也能间接或直接地影响脱分化过程，参与信号转导。
植物细胞拥有高度敏感的激素信号传导通路，能够对外界激素浓度的微小变化做出响应，从而精确调控自身的命运。
4. 细胞周期调控的灵活性： 分化后的植物细胞并非完全“锁定”在某个终末阶段。在适宜的条件下，细胞周期可以通过多种信号通路重新激活，并进行不连续的生长和分裂。这种灵活性使得它们能够积累脱分化所需的物质和能量，并重新表达与细胞分裂、生长相关的基因。
5. 基因表达的动态可逆性： 植物细胞在脱分化过程中，其基因表达谱会发生显著变化。一些与终末分化相关的基因表达会下调，而一些与细胞分裂、生长、DNA复制以及抗逆性相关的基因则会被激活。这种基因表达的重塑是可逆的，当脱分化细胞再次暴露于特定信号（如生长素和细胞分裂素比例改变、或特定分化信号）时，它们又可以重新进入再分化过程。
人的细胞的限制：高度专业化与终末分化
相比之下，人的细胞在漫长的进化过程中，为了形成复杂而高效的动物体，发展出了高度的专业化和分工。这种专业化是以牺牲某些细胞的“普适性”为代价的。
1. 终末分化（Terminal Differentiation）的普遍性： 大多数人体细胞，一旦分化，就进入了“终末分化”状态。这意味着它们已经获得了高度特定的形态和功能，并且失去了分裂或改变自身命运的能力。例如，成熟的神经元、心肌细胞，它们一旦成熟，就很少或不再分裂，也无法转化为其他类型的细胞。这种不可逆的分化是维持人体器官功能稳定性的基础。
2. 胚胎干细胞的特殊性： 人体中只有极少数细胞保留了较高的多能性（Pluripotency）或全能性，最典型的就是胚胎干细胞。胚胎干细胞可以在体外培养，并且在特定诱导因子的作用下分化成几乎所有类型的体细胞。但一旦这些细胞离开胚胎发育的微环境，或者在体外开始分化，它们通常也难以逆转回胚胎干细胞状态，更不可能像植物细胞那样从一个成体体细胞重新发育为完整植株。
3. 细胞壁的缺失与细胞外基质： 人类细胞没有细胞壁，其细胞膜外只有一层细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）。ECM虽然为细胞提供了支持和信号交流的平台，但它远不如植物细胞壁那样能够维持细胞在脱离组织后的独立性和形态。ECM的改变或损伤，更多的是诱导细胞进入凋亡（Apoptosis）或衰老（Senescence），而不是脱分化。
4. 复杂的信号通路与调控网络： 人体细胞也受到各种生长因子、细胞因子、激素等信号分子的调控，这些信号通路同样复杂。然而，人体的信号调控系统更加精细，并且通常是朝着维持细胞现有状态或促进特定分化的方向发展。虽然存在一些诱导细胞增殖和再分化的信号，但它们往往作用于特定的细胞类型（如成纤维细胞、某些祖细胞），并且通常是在损伤修复等特定生理过程中实现，而非普遍性的“脱分化”回到一个基础状态。
5. 基因表达的稳定与表观遗传学锁定： 人体细胞的分化状态很大程度上是通过复杂的表观遗传学机制（如DNA甲基化、组蛋白修饰）锁定的。这些修饰使得与特定细胞命运相关的基因保持活跃，而与其他细胞命运相关的基因则被沉默。这种表观遗传学的锁定非常稳定，并且在细胞分裂过程中也会被传递下去，使得终末分化的细胞很难“解开”这种锁定，重新获得可塑性。
6. 发育轨迹的确定性： 动物体的发育是一个高度有序和定向的过程。从受精卵到胚胎，再到各种组织器官的形成，每一步都经过精心调控，并且通常是不可逆的。一旦发育完成，细胞就被赋予了特定的身份和功能，其发育轨迹也趋于稳定。
总结：
植物细胞的脱分化能力，是一种为了适应环境变化和无性繁殖而演化出的普遍性策略。它们的细胞壁、全能性倾向、对激素信号的敏感性以及基因表达的灵活性，共同促成了这种能力。而人的细胞，则为了构建高效、稳定的多细胞生命体，选择了高度的专业化和终末分化。这种分化是不可逆的，并通过复杂的表观遗传学机制得以维持。因此，并非人的细胞“不能”脱分化，而是它们在漫长的进化中“选择了”不再轻易进行大规模的脱分化，以确保身体功能的稳定和有序。
当然，在某些特定的生理过程中，人的细胞也会表现出一定的“逆分化”或“去分化”迹象，例如在创伤修复时，某些细胞可能会暂时停止分化或激活细胞周期。但这些过程与植物细胞那种可以从一个体细胞重新构建整个植株的“随意”脱分化，在机制和程度上有本质的区别。
网友意见
“植物细胞可以随便脱分化”的想法是错误的。愈伤组织是在人工营造的无菌环境中加入植物生长调节剂来诱导的，主要来自形成层的细胞。在没有人类干预的情况下，多细胞植物主要靠分生组织中的植物干细胞在受损时分裂、分化来修复身体，体细胞并不能随便脱分化。
植物细胞是可以在特定条件下癌变的，例如细菌引起的冠瘿、昆虫或螨活动引起的虫瘿、真菌引起的根瘤都有脱分化、异常增殖的细胞。植物肿瘤通常被细胞壁限制并有一定的结构规律，在大部分情况下不像动物癌症那样破坏周围的器官而致死，但有些植物肿瘤会失控地消耗太多营养、让植株衰弱死亡。
菰黑粉菌（学名：Ustilago esculenta），黑粉菌目黑粉菌科黑粉菌属的一种真菌，寄生在菰上，可引起菰黑粉病。其菌瘿可食用，称为茭白。你闲着没事可以买点来吃吃。
人体内有正常细胞核的大部分细胞可以在特定的转录因子的诱导下脱分化，变成诱导性多能干细胞（iPS 细胞），亦可在特定的病毒感染、体细胞随机突变等破坏抑癌基因的情况下癌变脱分化。这不比植物的情况差到哪去。
- 相关转录因子由日本学者山中伸弥的研究团队于 2006 年在小鼠身上发现，称作“山中因子”。
- 2007 年，研究人员证明 iPS 诱导技术可以应用于人体细胞。
- 山中伸弥团队发现的诱导方法是通过人工改造的慢病毒将 Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4 四种转录因子基因转入小鼠成体细胞，这有概率将那些细胞转化为举动类似胚胎干细胞的多能干细胞。
- 那之后，更多的研究人员参与进来，先后发现了成功率更高、出错几率更可控的的诱导方法，例如用质粒载体转染目标细胞、用人工改造的腺病毒感染目标细胞、用脂质粒导入等非基因组整合的方法进行诱导、通过细胞融合诱导、使用小分子药物进行诱导、转入微干扰 RNA(miRNA)进行诱导。
- 山中伸弥于 2012 年与核移植及克隆技术研究的先驱者约翰·格登爵士一同获诺贝尔生理学或医学奖。
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