如何能够独立地形成生命？一般来说，这需要通过生殖细胞的结合或克隆技术进而产生全能干细胞。那么，如果不通过生殖细胞，可以创造新生命吗？
清华大学药学院丁胜团队给出了肯定的答案。近期，该团队使用“神奇药水”——TAW 鸡尾酒药物组合，通过三种化学分子 TTNPB、1-Azakenpaullone、WS6，第一次通过非生殖细胞经化学重编程途径，实现了全能干细胞的体外定向诱导，并实现其稳定培养。
清华大学官方微信对该技术评论道：“该研究标志着全新的生命创造研究领域开启。”近日，相关论文以《采用小分子鸡尾酒组合诱导小鼠全能干细胞》为题发表在 Nature 上[1]。
▲图丨相关论文
由清华大学药学院丁胜教授、刘康助理研究员、马天骅副研究员担任该论文共同通讯作者，丁胜课题组胡妍妍、杨媛媛、谭彭丞为该论文共同第一作者。
用“TAW 鸡尾酒组合”，首次通过化学重编程完成全能干细胞诱导
全能干细胞可产生包括胚胎内的所有组织器官的细胞，以及胚外组织的细胞，一旦细胞离开全能性的阶段进一步发育，就会分化形成人体内以及胚外组织的各种细胞。
那么，人们体内各种各样的细胞能不能逆转此分化命运？这个问题其实并不是新问题，早在 60 多年前，克隆技术已经实现了细胞命运的逆转。
在 2006 年发明的多能干细胞技术，即可使细胞回到早期胚胎的多潜能发育阶段。那么，多能干细胞和全能干细胞本质上的区别体现在哪些方面呢？一方面，多能干细胞从理论上只能产生胚胎内各种组织器官的细胞，而不能够产生胚外组织器官的细胞。另一方面，多能细胞能分化成各种细胞，而不能独立地组合形成生命个体。
同年，日本科学家山中伸弥团队提出的“诱导表皮细胞使之变身为多能干细胞的方法”，于 2012 年获得了诺贝尔生理或医学奖。
▲图丨丁胜
据悉，该团队最初的设想是“从培养箱里蹦出来一只小鼠”。在这次的新研究中，丁胜团队首次通过非天然的路径，也就是不通过生殖细胞而是利用化学重编程的形式，以小分子药物组合来诱导生成全能干细胞。值得关注的是，非生殖细胞本身不是产生全能细胞的来源，这与克隆技术通过生殖细胞克隆的方式产生全能干细胞有本质的区别。
而在该研究中，丁胜团队通过确定的化学小分子“TAW 鸡尾酒药物组合”实现了定向诱导、稳定培养全能干细胞。“多能干细胞是胚胎早期的一个阶段的某一团组织，把那团细胞从胚胎中拿出来放在体外进行培养，产生了胚胎干细胞就是多能干细胞。”丁胜表示，在该研究中，全能干细胞在体外既能自我复制，又可保持全能性稳定状态。
▲图丨从小鼠胚胎干细胞到化学诱导的全能干细胞的化学定向诱导
该研究共历时 6 年多，其中最大的难点在于确定小分子组合，这个过程约占整个工作三分之二的时间。实际上，在数千种类分子中找到确定的分子并没有捷径。该团队经大量的、反复的尝试后最终确定了三种小分子，该组合还有一个别称叫做“TAW鸡尾酒药物组合”，包括 TTNPB、1-Azakenpaulllone 和 WS6 这三种小分子。
丁胜指出，寻找小分子组合的阶段类似于“挖宝藏”的过程，寻找宝藏的过程充满未知，但一旦确认宝藏的位置，那么后续的鉴定和确定、描述等工作便有了眉目。“但在寻找小分子组合的早期，需要花大量的时间去猜想以及多轮筛选、逐一验证。这个阶段的工作难在未知，甚至不存在答案。”
他表示，实际上，在筛选分子的过程中，也同时排除了很多不利于细胞的培养，或者不利于基因调控的分子。“在确认什么是对的之前，排除一些确定不好的可能，也是非常有用的经验。”
有望通过细胞移植的手段治疗疾病，或将加速探索生命的起始
从临床看，该技术的应用有怎样的可能呢？丁胜指出，通过细胞移植的手段治疗疾病可以是该技术相对简单的临床应用方向，但其目前距离实际的临床应用还有一段距离。
谈及全能干细胞与多能干细胞相比的优势，丁胜表示，“实际上，多能干细胞已经能够在体外分化产生身体内不同组织器官特异的细胞，用于细胞移植。从细胞移植的角度看，多能干细胞已经合理地作为临床应用中的细胞来源。”
▲图丨筛选能够诱导和维持小鼠全能干细胞的化合物
从细胞的角度看，全能干细胞可以产生胚外组织。“假如患者的需求是其孕期因疾病或者是其他原因导致胚外组织存在一定缺陷，或者与正常不完全一样，需要把胚外组织修复或治疗，来支撑胚胎进一步地发育。从这个角度来说，全能干细胞比多能干细胞具有明显的优势。”他表示。
细胞越处于早期越容易被操作。因此，如果想工程化一个细胞使它具备更强的能力，那么在早期的细胞中进行基因编辑等其他操作，有可能会比多能干细胞达到更好的效果。
丁胜指出，相比于作为分化成某种组织器官特异的细胞的起点，该技术最大的意义在于确认最早期的生命的起始、探索生命的起始态以及生命的进化、加速不同物种的进化等。
“我比较期待该技术成为一个新的起点，让不同领域的学者都去发挥他们想象力来使用。比如 CRISPR 的应用就是在被开发后远远超出了预期，因此，我对该技术的应用持开放的态度。”他说。
那么，该技术是否涉及伦理道德呢？该团队将小鼠作为标准的模式动物，通过对其研究，后续进一步转移到更高等的哺乳动物。
丁胜认为，应该从两个层面来看待该问题。第一，非人类的高等动物，例如灵长类动物，从体外做到体内，从细胞做到物种。从这方面来说，动物保护方面都有标准的管理准则，因此不存在特殊的伦理考量。
第二，涉及对象为人类，目前科研层面仅聚焦在对细胞层面的进一步理解。实际上，将人的细胞做到人体内发育相关的实验目前并不可行，但人的细胞还可以考虑做两种实验。
一种是在某种框架下将人的细胞在动物身上进行移植，另一种是让人的细胞形成早期的胚胎，在界定的时间范畴内进行体外培养，科研人员在该过程中对胚胎进行培养、观察、研究。
丁胜表示，“这些情况相对而言都有非常严谨的伦理框架，只要按着一定的共识和相关部门的要求，面对的问题相对可控。”
清华大学药学院首任院长带领团队，将进一步理解生命的起始
2015 年 12 月，清华大学成立药学院，丁胜教授是清华大学药学院的创始院长，此外，他还是拜耳公司特聘教授，并担任由清华大学、盖茨基金会和北京市政府共同创办的全球健康药物研发中心主任。
同时，他还作为共同创始人，参与创建了多家生物技术公司。例如他和乔·贝茨-拉克鲁瓦、马特·巴克利共同创立的抗衰老研究公司 Retro Biosciences。该公司聚焦方向为细胞重编程、细胞自噬和血浆相关疗法，并于今年 4 月获得 1.8 亿美元融资。
丁胜教授的科研方向是开发和应用全新化学手段研究干细胞和再生医学，其重点在于发现和鉴定可以调控细胞命运和功能的小分子化合物。该团队从 2000 年初就开始着手细胞命运重编程的相关工作，在调控细胞命运的药物分子筛选方向已积累了 20 多年的经验。
▲图丨丁胜团队
他们在过去的工作中，从不同的体系内数千万种化合物中筛选出改变细胞命运的分子。也正是在这样的摸索过程中，建立了种类丰富、调控细胞命运和功能的药物库。早在 2003 年，该团队就通过小分子药物将体细胞重编成组织器官的前体细胞，来诱导再生现象。
下一步，丁胜与团队将聚焦于生命创造的起始过程，进行深度探索。他表示，未来希望探索不同物种的全能干细胞，团队计划做一系列的、更进一步的优化工作。这也有助于在不同的物种中，进一步实现这样的过程，进而能够理解生命的起始的过程。
面对科研过程中的“至暗时刻”，丁胜认为需要有一颗“平常心”。在探索科学发现现象的过程中，经历一次次的失败是家常便饭。例如在该研究的初始阶段，负责实验的学生们承担了很大的压力，作为一个“从 0 到 1”的研究，最艰难的是面对结果的不确定性。很有可能经过很长时间的尝试，最后证明是错误的。
他表示，在研究的探索过程中，绝大多数情况下都在经历失败或者失望。但有一点必须要清晰，那就是科研目标，这也是他反复与团队沟通的。“哪怕走了一些弯路，即便没有做出期待的结果，如果在科研探索的过程中能确定什么是肯定走不通的路径，也都是宝贵的财富。”
专业支持：秦九方
参考资料：1.Hu, Y., Yang, Y., Tan, P. et al. Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail. Nature . https://doi.org/10.1038/s41586-022-04967-9
