近日， 清華大學(xué)丁勝 、劉康及馬天驊作為共同通訊在Nature 在線發(fā)表題為“Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail”的研究論文，該研究展示了通過三種小分子 TTNPB、1-Azakenpaulllone 和 WS6 的組合可以將小鼠多能干細(xì)胞（PSCs）誘導(dǎo)成具備轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾袡C(jī)體潛能的全能干細(xì)胞（TotiSCs），而且可以在實(shí)驗(yàn)室中保持這些誘導(dǎo)細(xì)胞的全能型（胚內(nèi)和胚外分化潛力）。如果這次證明是真的，將會(huì)是人類歷史上一項(xiàng)重大的突破，在分享這一喜訊的同時(shí)，今天就從五方面來(lái)和大家聊聊這次的實(shí)驗(yàn)吧！

1，該研究的背景

2，這個(gè)研究是什么？

(資料圖片)

3，這個(gè)研究和之前中科院/華大的nature

4，為什么要等一等

5，假如證明是真的，有什么意義？

01，該研究的背景

在開始前，我們先來(lái)說(shuō)一說(shuō)背景

干細(xì)胞，大家應(yīng)該比較熟悉，能夠進(jìn)行分化，通俗地說(shuō)，就是變成多種類型的細(xì)胞。

當(dāng)然，根據(jù)干性，可以分為許多類。比如干性最強(qiáng)的全能干細(xì)胞，能夠分化成所有的細(xì)胞類型。多能干細(xì)胞，能夠分化成一系列細(xì)胞類型。當(dāng)然還有專能干細(xì)胞，比如我們的造血干細(xì)胞。而理論上，最完美的干細(xì)胞，那就是我們受精卵這種，我們?nèi)祟惥褪菑囊活w受精卵起步最后成為一個(gè)完整個(gè)體。

但是，干細(xì)胞有個(gè)問題，就是在現(xiàn)實(shí)中，這東西會(huì)面臨一個(gè)最大的考驗(yàn)：時(shí)間。隨著時(shí)間的推進(jìn)，人體的干細(xì)胞也在逐步分化，逐步失去干性。比如在囊胚期，干性強(qiáng)的細(xì)胞很多；到了出生的時(shí)候，基本上只剩下部分多能干細(xì)胞了，全能干細(xì)胞一般認(rèn)為已經(jīng)沒了；而到了我們成人，更是只剩下極少數(shù)的專能干細(xì)胞了，比如造血干細(xì)胞之類的。

所以對(duì)于一個(gè)成人來(lái)說(shuō)，你想找多能或者全能干細(xì)胞，沒門。

于是，窮則思變，那么，我們能不能人造個(gè)干細(xì)胞呢？這就引出了當(dāng)今干細(xì)胞領(lǐng)域最熱門的一個(gè)領(lǐng)域：人工誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。

2006年山中伸彌率先在cell上發(fā)表了研究，首次從成熟的體細(xì)胞誘導(dǎo)出干細(xì)胞，這就是著名的人工誘導(dǎo)干細(xì)胞，而他也因此獲得了2012年的諾貝爾獎(jiǎng)，差點(diǎn)刷新了諾獎(jiǎng)生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)記錄，畢竟這個(gè)獎(jiǎng)的驗(yàn)證周期很長(zhǎng)。

而山中伸彌用了4個(gè)因子，分別是：Oct3/4、Sox2、Klf4 和 c-Myc，被稱為山中因子，然后用病毒載體將四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入到細(xì)胞中。

但是，這幾個(gè)因子，有點(diǎn)問題。其中有癌癥因子c-myc，轉(zhuǎn)錄因子KLF4，還用了病毒載體，可以說(shuō)“五毒俱全”，盡管后續(xù)認(rèn)為，風(fēng)險(xiǎn)一般，但是要知道，在臨床應(yīng)用中，這些因子多少有點(diǎn)像定時(shí)炸彈，誰(shuí)知道萬(wàn)一哪天移植了這細(xì)胞，結(jié)果得了癌癥，圖了個(gè)啥。

所以，這些年，干細(xì)胞領(lǐng)域有一個(gè)分支就是驗(yàn)證這些因子的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)尋找新因子，比如2017年science上就有一個(gè)找到了早期的mirna可以擴(kuò)張胚干的潛能。于是，一個(gè)新的分支出現(xiàn)了：既然生物因子風(fēng)險(xiǎn)太大，那么，能不能用化學(xué)因子呢？

化學(xué)因子好處多，比如，簡(jiǎn)單清晰容易研究，而且，化學(xué)因子比起生物因子，那更是在實(shí)踐中耐操啊（想一想，生物藥條件多，打個(gè)胰島素還要冰箱還要講究方法有效期短，而像二甲雙胍這種藥物，經(jīng)久耐用）。

操作簡(jiǎn)單，時(shí)空調(diào)控容易，作用可逆，還能規(guī)避基因操作問題，這就是一個(gè)熱門領(lǐng)域：化學(xué)重編程。

02，這個(gè)研究是什么？

就像我們上面說(shuō)的，既然生物因子問題不少，那么，找化學(xué)因子，更好嘛。本文的研究就是這樣來(lái)的。辦法和山中伸彌當(dāng)時(shí)類似，就是篩選。

當(dāng)初他們找了3000多個(gè)個(gè)小分子藥物組合，然后一輪一輪的篩（感慨不容易啊）。

最終，還真讓他們找到了這樣一個(gè)組合，一共三個(gè)小分子，分別是：TTNPB, 86 1-Azakenpaullone, WS6 ，于是各取一個(gè)開頭，組成了TAW這個(gè)組合名。

瞅瞅這個(gè)TAW的效果：

接下來(lái)，就是驗(yàn)證一下，這幾個(gè)因子到底管用不，他們把這種用化學(xué)因子誘導(dǎo)的干細(xì)胞叫做 chemically induced totipotent stem cells (ciTotiSCs) 。

如上圖所示（其實(shí)也不用看，這種太復(fù)雜）。

總之一個(gè)結(jié)論就是：這策略，真的可行！不過，既然他們聲稱是實(shí)現(xiàn)了全能干細(xì)胞，那么，自然要比一下了，于是，接下來(lái)就是用一系列辦法來(lái)進(jìn)行比較，看是不是真的是全能干細(xì)胞。

比較對(duì)象分別是他們搞出來(lái)的ciTotiSCs，mESC（小鼠胚胎干細(xì)胞）以及embryo（胚胎）

結(jié)論是，大體上，ciTotiSCs和全能干細(xì)胞是非常接近的。（說(shuō)明下，受精卵發(fā)育過程會(huì)經(jīng)歷合子激活、2-4-8到囊胚之類的，我們一般認(rèn)為合子激活前其實(shí)是精子卵子大混合，不像干細(xì)胞）

事實(shí)上，他們進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組、表觀組和代謝組水平的研究，基本上是目前組學(xué)上最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)了，發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)關(guān)鍵基因在ciTotiSCs中都可被開啟了，總體模式和全能干細(xì)胞接近。而一些與多能干細(xì)胞相關(guān)的基因在TAW細(xì)胞中處于沉默狀態(tài)。

真全能嗎？既然號(hào)稱全能，那么做個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

接下來(lái)，做了一下發(fā)育實(shí)驗(yàn)，就是看這個(gè)號(hào)稱全能干細(xì)胞的，到底有多大的全能性。

他們將這些細(xì)胞注射到小鼠早期胚胎中以觀察其體內(nèi)的分化潛力，

如上圖所示，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞具有全能干細(xì)胞的特點(diǎn)，而且可以在小鼠體內(nèi)分化成為胚內(nèi)和胚外譜系，具備了發(fā)育成胎兒和胎盤的能力（胎盤，很重要很重要，目前ipsc最大的問題之一就發(fā)育不成胎盤，那就自然不可能從頭開始一個(gè)生命）

所以，這大概就是整個(gè)論文的內(nèi)容，就是，用化學(xué)因子的辦法，實(shí)現(xiàn)了誘導(dǎo)全能干細(xì)胞。

03，這個(gè)研究和之前中科院/華大的nature有什么區(qū)別？

可能不少人會(huì)想到另一個(gè)研究，就是今年3月份中國(guó)科學(xué)院和深圳華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合發(fā)表了一篇nature，通過體細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)出了類似受精卵發(fā)育3天狀態(tài)的人類全能干細(xì)胞。

總體上，兩個(gè)研究共同點(diǎn)是都進(jìn)行人工誘導(dǎo)多能干細(xì)胞研究，且都實(shí)現(xiàn)了全能干細(xì)胞。

區(qū)別是：

1，起點(diǎn)不同

之前的文章是從體細(xì)胞開始誘導(dǎo)，清華這篇是從小鼠胚胎干細(xì)胞開始誘導(dǎo)。

2，終點(diǎn)不同

之前的文章認(rèn)為誘導(dǎo)到了3天左右的干細(xì)胞，也就是8細(xì)胞左右，這個(gè)文章是2細(xì)胞左右的全能干細(xì)胞，并且可能發(fā)育出胎盤。

3，干性驗(yàn)證

中科院/華大的文章，論證細(xì)胞在3天左右，主要是依據(jù)信息學(xué)為主，這也是華大的強(qiáng)項(xiàng)。

清華的文章，既有生信，更主要的是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)全能性的驗(yàn)證更完整。

4，物種不一樣

這的確是個(gè)因素，比如華大做的是人的細(xì)胞，清華是鼠的細(xì)胞

5，方法不同

這個(gè)就不贅述了。

其實(shí)，還有一篇類似文章，是今年4月份鄧宏魁發(fā)的nature：化學(xué)小分子誘導(dǎo)人成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎酀撃芨杉?xì)胞

首次使用化學(xué)小分子誘導(dǎo)人成體干細(xì)胞重編程轉(zhuǎn)變?yōu)槎酀撃芨杉?xì)胞。

04，諾獎(jiǎng)級(jí)？讓子彈飛一會(huì)兒

這時(shí)，有的網(wǎng)友就提出了，這次的誘導(dǎo)干細(xì)胞是諾獎(jiǎng)級(jí)別嗎？這個(gè)方面，還是持有一定的謹(jǐn)慎。

無(wú)他，太痛了。因?yàn)?，有一個(gè)著名的案例在前，那就是，小保方晴子。就如同背景里說(shuō)的，山中因子的生物性因素導(dǎo)致的潛在風(fēng)險(xiǎn)，一直是大家都擔(dān)心的，所以，在山中伸彌發(fā)表cell之后，大家就開始尋找化學(xué)方法來(lái)誘導(dǎo)了。

而當(dāng)初，走在這個(gè)領(lǐng)域前沿的是小保方晴子所在的課題組。她當(dāng)年就是尋找環(huán)境壓力條件導(dǎo)致的細(xì)胞轉(zhuǎn)化，最后發(fā)現(xiàn)低pH能夠誘導(dǎo)出"萬(wàn)能細(xì)胞"(STAP細(xì)胞) 。當(dāng)年，可謂光環(huán)加身，被全世界美譽(yù)，被認(rèn)為是又一個(gè)諾獎(jiǎng)，再加上小保方晴子本身顏值高，簡(jiǎn)直是風(fēng)靡一時(shí)。

然而，這一切被發(fā)現(xiàn)是造假，于是小保方晴子轟然倒塌。這一塌，不僅是她本人，她導(dǎo)師也因此蒙羞并自殺謝罪。

這個(gè)影響，堪比后來(lái)的心肌干細(xì)胞造假，以至于，整個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于化學(xué)誘導(dǎo)持有的態(tài)度是非常審慎的。

所以，對(duì)于這篇研究，個(gè)人看法依然是：等一等。

但是如果最終證實(shí)是真的，那的確是一個(gè)重大的突破。

就如摘要里說(shuō)的：

However, it remains challenging whether and how TotiSCs, representing the very beginning of a life, can be established in vitro in the absence of germline cells.

05，意義呢？

就用作者的原話吧：

Our chemical approach for TotiSCs induction and maintenance provides a defined in vitro system to manipulate and understand totipotent state towards creating life from non-germline.

一個(gè)是creating life from non-germline，就是不用生殖細(xì)胞實(shí)現(xiàn)生命創(chuàng)造（當(dāng)然這里和venter的不大一樣）。

一個(gè)是defined。

最后，歡迎理性友好探討。如果你覺得我錯(cuò)了，那你一定是對(duì)的。

標(biāo)簽： 多能干細(xì)胞 生物因子