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(gè)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(duì)“再生”的無(wú)盡憧憬，寄托在字里行間。如今，伴隨一代代科學(xué)家孜孜不倦地求索，吳承恩筆下的憧憬逐漸走向現(xiàn)實(shí)。

清華大學(xué)藥學(xué)院丁勝團(tuán)隊(duì)站在前人的肩上，以哺乳動(dòng)物小鼠為主要研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)6年多攻關(guān)為再生領(lǐng)域“尋藥”，首次發(fā)現(xiàn)全能干細(xì)胞的體外定向誘導(dǎo)及其穩(wěn)定培養(yǎng)的“神奇藥水”。在未來(lái)，不止像小說(shuō)中孫悟空身上的毫毛，動(dòng)物身上的血液、皮膚等任何一處體細(xì)胞，都能通過(guò)重新編程為多能干細(xì)胞，進(jìn)而“用藥”后成為能夠獨(dú)立形成生命的全能干細(xì)胞。6月21日，丁勝團(tuán)隊(duì)的研究成果——《采用小分子雞尾酒組合誘導(dǎo)小鼠全能干細(xì)胞》在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志上發(fā)表。

           清華大學(xué)藥學(xué)院丁勝團(tuán)隊(duì)研究成果主要參與者合影

研究真問(wèn)題——“從培養(yǎng)箱里蹦出來(lái)一個(gè)小鼠”

“生命是什么？能否通過(guò)非生殖細(xì)胞無(wú)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(lái)一只小鼠，這深深吸引了我?！被貞浧鸷退帉W(xué)院院長(zhǎng)丁勝教授的初次交流，清華大學(xué)生命學(xué)院2016級(jí)博士生胡妍妍仍掩飾不住興奮。

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

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

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

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

從體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為多能干細(xì)胞，已經(jīng)有相對(duì)豐富的科研成果。例如，2006年，日本科學(xué)家山中伸彌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)明了誘導(dǎo)表皮細(xì)胞使之變身為多能干細(xì)胞的方法，并因此獲得了2012年的諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。然而，除全能干細(xì)胞，沒(méi)有任何其他干細(xì)胞有可能獨(dú)立形成生命。如何讓多能干細(xì)胞再升級(jí)，是生命科學(xué)領(lǐng)域待突破的新問(wèn)題。

2015年以來(lái)，丁勝結(jié)合自己20多年通過(guò)化合物調(diào)節(jié)干細(xì)胞的研究經(jīng)驗(yàn)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在自己實(shí)驗(yàn)室找尋小鼠多能干細(xì)胞向全能干細(xì)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(xì)胞，團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)能夠誘導(dǎo)并維持這些細(xì)胞的系統(tǒng)，并采用嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確認(rèn)全能干細(xì)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(xì)胞逆轉(zhuǎn)為多能干細(xì)胞，然后找到合適的化學(xué)小分子，按照一定邏輯組合成“神奇藥水”對(duì)多能干細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，短短幾天，全能干細(xì)胞就能產(chǎn)生并穩(wěn)定培養(yǎng)。盡管過(guò)程看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但團(tuán)隊(duì)在丁勝老師帶領(lǐng)下經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)次試錯(cuò)，篩選了數(shù)千個(gè)小分子組合，花費(fèi)6年多時(shí)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(tuán)隊(duì)成員一直走在嘗試、失敗、修正方向的循環(huán)里。早上八九點(diǎn)鐘進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，做細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、看文獻(xiàn)、討論數(shù)據(jù)結(jié)果……一直忙碌到凌晨?jī)扇c(diǎn)，對(duì)大家來(lái)說(shuō)是家常便飯。

經(jīng)過(guò)黑暗里的摸索，2020年，丁勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了三種化學(xué)小分子的組合可以將小鼠多能干細(xì)胞誘導(dǎo)成具有全能特性的細(xì)胞。由于三種化學(xué)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(gè)字母代表一個(gè)已知的可調(diào)節(jié)特定細(xì)胞命運(yùn)的分子，但直至這項(xiàng)研究才發(fā)現(xiàn)它們誘導(dǎo)全能干細(xì)胞的聯(lián)合作用。”丁勝表示。

大膽假設(shè)，嚴(yán)謹(jǐn)求證。尋到“TAW雞尾酒藥物組合”后，2021年丁勝帶領(lǐng)大家進(jìn)行了反復(fù)的驗(yàn)證。確認(rèn)TAW細(xì)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(xì)胞中特異表達(dá)的關(guān)鍵基因被激活、與多能干細(xì)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(xì)胞高度相似、可以分化成胚內(nèi)和胚外譜系等。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)加入“神奇藥水”誘導(dǎo)后的細(xì)胞，數(shù)百個(gè)關(guān)鍵基因被開啟。這些基因通常在全能干細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，并被該領(lǐng)域的其他研究學(xué)者認(rèn)定為確定全能性的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，與多能干細(xì)胞相關(guān)的基因處于沉默狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)還在體外測(cè)試了TAW誘導(dǎo)后的細(xì)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(xì)胞不僅在培養(yǎng)皿中表現(xiàn)出具備真正的全能干細(xì)胞的特點(diǎn)，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(xì)胞，小鼠的全能干細(xì)胞在自然狀態(tài)下是瞬時(shí)、不可逆轉(zhuǎn)的，會(huì)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(xì)胞“捕獲”，使其在體外可以自我復(fù)制的同時(shí)，維持其全能性狀態(tài)。

從mESC 到 ciTotiSC 的化學(xué)定向誘導(dǎo)（OCT4綠色標(biāo)記的是多能干細(xì)胞，MERVL紅色標(biāo)記的是全能干細(xì)胞）

科學(xué)研究是突破性的——“要坐得住冷板凳”

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

胡妍妍對(duì)耐心有非常深刻的感悟。早在2017年，團(tuán)隊(duì)篩選到了一些小分子能讓多能干細(xì)胞中有些像2-細(xì)胞 (2C-like cells)的細(xì)胞比例變多，這在該領(lǐng)域內(nèi)也尚未有人報(bào)道，有同學(xué)提議將這個(gè)結(jié)果發(fā)表，但丁勝?zèng)]有同意。因?yàn)檫@種細(xì)胞不能稱之為真正的全能干細(xì)胞，而且是瞬時(shí)的，不能穩(wěn)定培養(yǎng)。“要做出真正的全能干細(xì)胞才行，做科學(xué)研究不能避重就輕，要聚焦于最難解決的問(wèn)題?！倍俚倪@番話，就像一顆精神的種子，種在了同學(xué)們心里。

丁勝耐心求索的底氣，也源于良好的環(huán)境。近年來(lái)，清華大學(xué)始終大力支持基礎(chǔ)科學(xué)的研究，鼓勵(lì)師生腳踏實(shí)地、埋頭苦干。作為牽頭人，丁勝有切身體會(huì)：“做學(xué)問(wèn)是一個(gè)長(zhǎng)期的累積，可能持續(xù)投入多年都沒(méi)有任何結(jié)果。但學(xué)校有足夠的耐心，持續(xù)投入，從不催問(wèn)結(jié)果，這其實(shí)是對(duì)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(xué)暢想還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)，但丁勝團(tuán)隊(duì)對(duì)全能干細(xì)胞的開創(chuàng)性研究打開了一扇門，它為再次創(chuàng)造個(gè)體生命甚至加速不同物種的進(jìn)化創(chuàng)造了可能。作為引路人，丁勝表示，作為科學(xué)家，會(huì)專注于推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，希望可以激發(fā)更多的研究者特別是青年學(xué)者投入到這個(gè)方向繼續(xù)探索。

此刻；丁勝團(tuán)隊(duì)的“尋藥再生記”仍在續(xù)寫，只要懷著對(duì)生命的敬畏，對(duì)研究真學(xué)問(wèn)的堅(jiān)守，相信在不久的將來(lái)，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(huì)成為科學(xué)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(lái)自陜西

中國(guó)科研，看我72變[強(qiáng)][強(qiáng)][強(qiáng)]

任國(guó)學(xué)。

來(lái)自遼寧

對(duì)生命的敬畏，

對(duì)研究真學(xué)問(wèn)的堅(jiān)守。

為你們加油、點(diǎn)贊！

ST

來(lái)自山東

科教興國(guó)，中國(guó)有希望。

智元

來(lái)自廣東

為丁老師和他的團(tuán)隊(duì)點(diǎn)贊，這樣的科研精神值得我們每個(gè)人學(xué)習(xí)！

高山流水

來(lái)自河北

人們一直勇敢地把神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)[強(qiáng)][強(qiáng)]

霍亞楠

來(lái)自河北

腳踏實(shí)地、埋頭苦干