“尋藥再生記”！

阿里山圖書館 2022-06-22 發(fā)布于北京

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拔下一把毫毛，丟在口中嚼碎吹一口仙氣，叫一聲“變”就能瞬間蹦出，兩三百個小猴子和孫悟空一起痛打敵人400多年前，吳承恩就像先輩一樣將對“再生”的無盡憧憬，寄托在字里行間。如今，伴隨一代代科學家孜孜不倦地求索，吳承恩筆下的憧憬逐漸走向現(xiàn)實。

清華大學藥學院丁勝團隊站在前人的肩上，以哺乳動物小鼠為主要研究對象，經(jīng)過6年多攻關(guān)為再生領(lǐng)域“尋藥”，首次發(fā)現(xiàn)全能干細胞的體外定向誘導及其穩(wěn)定培養(yǎng)的“神奇藥水”。在未來，不止像小說中孫悟空身上的毫毛，動物身上的血液、皮膚等任何一處體細胞，都能通過重新編程為多能干細胞，進而“用藥”后成為能夠獨立形成生命的全能干細胞。6月21日，丁勝團隊的研究成果——《采用小分子雞尾酒組合誘導小鼠全能干細胞》在國際頂級學術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志上發(fā)表。

清華大學藥學院丁勝團隊研究成果主要參與者合影

研究真問題——“從培養(yǎng)箱里蹦出來一個小鼠”

“生命是什么？能否通過非生殖細胞無性生殖創(chuàng)造生命？我們課題的研究設(shè)想是從培養(yǎng)箱里蹦出來一只小鼠，這深深吸引了我?！被貞浧鸷退帉W院院長丁勝教授的初次交流，清華大學生命學院2016級博士生胡妍妍仍掩飾不住興奮。

知所從來，方明所去。生命何時、何地、在什么條件下、從哪里來？這是人類亙古不變的求索。研究生命起點的問題，是丁勝一開始就帶領(lǐng)大家確立的目標。用他的話來說：“要研究重大的、本質(zhì)性、跨越式的真問題，漸進式的東西總有人會去做，要去做突破性的研究，解決從0到1的問題。”

帶著從培養(yǎng)箱里蹦出來一只小鼠的科學暢想，丁勝團隊將研究的重點聚焦在三個方面：無需生殖細胞參與、解決多能干細胞在什么條件下可以逆轉(zhuǎn)為具有獨立產(chǎn)生生命個體能力的全能干細胞、逆轉(zhuǎn)后的全能干細胞可穩(wěn)定培養(yǎng)且能自我復制?！澳孓D(zhuǎn)包含兩層含義，表面看上去是細胞年齡的'返老還童’，本質(zhì)上是細胞'命運的轉(zhuǎn)折’，即能否重返全能干細胞階段，從而具備產(chǎn)生獨立生命個體的潛能?！闭劦竭@次的研究突破，丁勝教授話不多，但一針見血。

在哺乳動物中，全能性是指一個或一類細胞具有發(fā)育成胚內(nèi)和胚外組織的所有分化細胞，并進而形成一個有機體的能力。以小鼠為例，只有受精卵及二細胞期卵裂球才具有真正的全能性。迄今為止，哺乳動物生命的產(chǎn)生只能依賴于生殖細胞，通過精卵結(jié)合、克隆技術(shù)等方式產(chǎn)生。丁勝團隊的研究無需生殖細胞的參與，可以將小鼠身上的任何一個體細胞逆轉(zhuǎn)到與二細胞胚胎相似的階段。

這個逆轉(zhuǎn)過程，少不了會“72變”的干細胞參與。根據(jù)干細胞的發(fā)育等級和分化能力，從高到低可以分為全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。全能干細胞能最終發(fā)育成完整個體以及胚外組織，例如受精卵及二細胞期胚胎；多能干細胞具有無限增殖和多向分化潛能，例如胚胎干細胞；單能干細胞，僅具有分化為有限的幾種密切相關(guān)的細胞類型，如造血干細胞等。

從體細胞逆轉(zhuǎn)為多能干細胞，已經(jīng)有相對豐富的科研成果。例如，2006年，日本科學家山中伸彌帶領(lǐng)團隊發(fā)明了誘導表皮細胞使之變身為多能干細胞的方法，并因此獲得了2012年的諾貝爾生理或醫(yī)學獎。然而，除全能干細胞，沒有任何其他干細胞有可能獨立形成生命。如何讓多能干細胞再升級，是生命科學領(lǐng)域待突破的新問題。

2015年以來，丁勝結(jié)合自己20多年通過化合物調(diào)節(jié)干細胞的研究經(jīng)驗，帶領(lǐng)團隊在自己實驗室找尋小鼠多能干細胞向全能干細胞逆轉(zhuǎn)的“神奇藥水組合”。他表示，為了更好地研究和控制全能干細胞，團隊建立了一個能夠誘導并維持這些細胞的系統(tǒng)，并采用嚴格的標準來確認全能干細胞身份。

6年磨一劍——尋到“TAW雞尾酒藥物組合”

利用已經(jīng)成熟的技術(shù)從體細胞逆轉(zhuǎn)為多能干細胞，然后找到合適的化學小分子，按照一定邏輯組合成“神奇藥水”對多能干細胞進行誘導，短短幾天，全能干細胞就能產(chǎn)生并穩(wěn)定培養(yǎng)。盡管過程看起來很簡單，但團隊在丁勝老師帶領(lǐng)下經(jīng)過成千上萬次試錯，篩選了數(shù)千個小分子組合，花費6年多時間才尋到“藥方子”。

這幾年間，胡妍妍和楊媛媛、譚彭丞、劉康、馬天驊等團隊成員一直走在嘗試、失敗、修正方向的循環(huán)里。早上八九點鐘進入實驗室，做細胞實驗、處理實驗數(shù)據(jù)、看文獻、討論數(shù)據(jù)結(jié)果……一直忙碌到凌晨兩三點，對大家來說是家常便飯。

經(jīng)過黑暗里的摸索，2020年，丁勝帶領(lǐng)團隊發(fā)現(xiàn)了三種化學小分子的組合可以將小鼠多能干細胞誘導成具有全能特性的細胞。由于三種化學小分子的組合與調(diào)制雞尾酒有異曲同工之妙，大家將這種分子組合稱為“TAW雞尾酒藥物組合”?！癟AW中的每個字母代表一個已知的可調(diào)節(jié)特定細胞命運的分子，但直至這項研究才發(fā)現(xiàn)它們誘導全能干細胞的聯(lián)合作用。”丁勝表示。

大膽假設(shè)，嚴謹求證。尋到“TAW雞尾酒藥物組合”后，2021年丁勝帶領(lǐng)大家進行了反復的驗證。確認TAW細胞是否具有真正的全能性，有一些要素需要考量：在全能干細胞中特異表達的關(guān)鍵基因被激活、與多能干細胞相關(guān)的基因處于沉默狀態(tài)、在表觀遺傳組等方面與體內(nèi)的全能干細胞高度相似、可以分化成胚內(nèi)和胚外譜系等。

經(jīng)過驗證，團隊發(fā)現(xiàn)加入“神奇藥水”誘導后的細胞，數(shù)百個關(guān)鍵基因被開啟。這些基因通常在全能干細胞中被發(fā)現(xiàn)，并被該領(lǐng)域的其他研究學者認定為確定全能性的標準。同時，與多能干細胞相關(guān)的基因處于沉默狀態(tài)。團隊還在體外測試了TAW誘導后的細胞的分化潛力，并將其注射到小鼠早期胚胎中以觀察其體內(nèi)的分化潛力。他們發(fā)現(xiàn)，這些細胞不僅在培養(yǎng)皿中表現(xiàn)出具備真正的全能干細胞的特點，而且在體內(nèi)還分化成胚內(nèi)和胚外譜系，具備發(fā)育成胎兒和卵黃囊、胎盤的潛力。

此外，作為非常善變的干細胞，小鼠的全能干細胞在自然狀態(tài)下是瞬時、不可逆轉(zhuǎn)的，會迅速向下分裂、分化、發(fā)育?！癟AW雞尾酒藥物組合”的重要功能之一，是將全能干細胞“捕獲”，使其在體外可以自我復制的同時，維持其全能性狀態(tài)。

從mESC 到 ciTotiSC 的化學定向誘導（OCT4綠色標記的是多能干細胞，MERVL紅色標記的是全能干細胞）

科學研究是突破性的——“要坐得住冷板凳”

“科學研究是突破性的，這中間就像是在黑暗中來回摸索，反復失敗，直到發(fā)現(xiàn)一個成功的結(jié)果。做科學研究要堅持、有耐心，就像我經(jīng)常講的，要坐得住冷板凳?！痹诤投俚膶υ捴?，耐心和堅持兩個詞語，話不多的他前后提到了16次。

胡妍妍對耐心有非常深刻的感悟。早在2017年，團隊篩選到了一些小分子能讓多能干細胞中有些像2-細胞 (2C-like cells)的細胞比例變多，這在該領(lǐng)域內(nèi)也尚未有人報道，有同學提議將這個結(jié)果發(fā)表，但丁勝沒有同意。因為這種細胞不能稱之為真正的全能干細胞，而且是瞬時的，不能穩(wěn)定培養(yǎng)?！耙龀稣嬲娜芨杉毎判?，做科學研究不能避重就輕，要聚焦于最難解決的問題?！倍俚倪@番話，就像一顆精神的種子，種在了同學們心里。

丁勝耐心求索的底氣，也源于良好的環(huán)境。近年來，清華大學始終大力支持基礎(chǔ)科學的研究，鼓勵師生腳踏實地、埋頭苦干。作為牽頭人，丁勝有切身體會：“做學問是一個長期的累積，可能持續(xù)投入多年都沒有任何結(jié)果。但學校有足夠的耐心，持續(xù)投入，從不催問結(jié)果，這其實是對取得科研成果最大的支持?！?/span>

盡管目前從培養(yǎng)箱里蹦出一只小鼠的科學暢想還沒有完全實現(xiàn)，但丁勝團隊對全能干細胞的開創(chuàng)性研究打開了一扇門，它為再次創(chuàng)造個體生命甚至加速不同物種的進化創(chuàng)造了可能。作為引路人，丁勝表示，作為科學家，會專注于推動科學發(fā)現(xiàn)，希望可以激發(fā)更多的研究者特別是青年學者投入到這個方向繼續(xù)探索。

此刻；丁勝團隊的“尋藥再生記”仍在續(xù)寫，只要懷著對生命的敬畏，對研究真學問的堅守，相信在不久的將來，不管拔毫毛生成的美猴王，還是從培養(yǎng)箱蹦出一只小鼠，都會成為科學探索者的續(xù)集。

文 | 王曉霞

排版 | 李沫潼

編輯 | 趙姝婧

精選留言

lonely???

來自陜西

中國科研，看我72變[強][強][強]

任國學。

來自遼寧

對生命的敬畏，

對研究真學問的堅守。