清华大学丁胜团队的“寻药再生记”

拔下一把毫毛，丢在口中嚼碎，吹一口仙气，叫一声“变”，就能瞬间蹦出两三百个小猴子，和孙悟空一起痛打敌人。400多年前，吴承恩就像先辈一样，将对“再生”的无尽憧憬寄托在字里行间。如今，伴随一代代科学家孜孜不倦地求索，吴承恩笔下的憧憬逐渐走向现实。

清华大学药学院丁胜团队站在前人的肩上，以哺乳动物小鼠为主要研究对象，经过六年多攻关为再生领域“寻药”，首次发现全能干细胞的体外定向诱导及其稳定培养的“神奇药水”。在未来，不止像小说中孙悟空身上的毫毛，动物身上的血液、皮肤等任何一处体细胞，都能通过重新编程为多能干细胞，进而“用药”后成为能够独立形成生命的全能干细胞。6月21日，丁胜团队的研究成果——《采用小分子鸡尾酒组合诱导小鼠全能干细胞》在国际顶级学术期刊《自然》(Nature)杂志上发表。

清华大学药学院丁胜团队研究成果主要参与者合影

研究真问题——

“从培养箱里蹦出来一个小鼠”

“生命是什么?能否通过非生殖细胞无性生殖创造生命?我们课题的研究设想是从培养箱里蹦出来一只小鼠，这深深吸引了我。”回忆起和药学院院长丁胜教授的初次交流，清华大学生命学院2016级博士生胡妍妍仍掩饰不住兴奋。

知所从来，方明所去。生命何时、何地、在什么条件下、从哪里来?这是人类亘古不变的求索。研究生命起点的问题，是丁胜一开始就带领大家确立的目标。用他的话来说：“要研究重大的、本质性、跨越式的真问题，渐进式的东西总有人会去做，要去做突破性的研究，解决从0到1的问题。”

带着从培养箱里蹦出来一只小鼠的科学畅想，丁胜团队将研究的重点聚焦在三个方面：无需生殖细胞参与、解决多能干细胞在什么条件下可以逆转为具有独立产生生命个体能力的全能干细胞、逆转后的全能干细胞可稳定培养且能自我复制。“逆转包含两层含义，表面看上去是细胞年龄的‘返老还童’，本质上是细胞‘命运的转折’，即能否重返全能干细胞阶段，从而具备产生独立生命个体的潜能。”谈到这次的研究突破，丁胜教授话不多，但一针见血。

在哺乳动物中，全能性是指一个或一类细胞具有发育成胚内和胚外组织的所有分化细胞，并进而形成一个有机体的能力。以小鼠为例，只有受精卵及二细胞期卵裂球才具有真正的全能性。迄今为止，哺乳动物生命的产生只能依赖于生殖细胞，通过精卵结合、克隆技术等方式产生。丁胜团队的研究无需生殖细胞的参与，可以将小鼠身上的任何一个体细胞逆转到与二细胞胚胎相似的阶段。

这个逆转过程，少不了会“72变”的干细胞参与。根据干细胞的发育等级和分化能力，从高到低可以分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。全能干细胞能最终发育成完整个体以及胚外组织，例如受精卵及二细胞期胚胎;多能干细胞具有无限增殖和多向分化潜能，例如胚胎干细胞;单能干细胞，仅具有分化为有限的几种密切相关的细胞类型，如造血干细胞等。

从体细胞逆转为多能干细胞，已经有相对丰富的科研成果。例如，2006年，日本科学家山中伸弥带领团队发明了诱导表皮细胞使之变身为多能干细胞的方法，并因此获得了2012年的诺贝尔生理或医学奖。然而，除全能干细胞，没有任何其他干细胞有可能独立形成生命。如何让多能干细胞再升级，是生命科学领域待突破的新问题。

2015年以来，丁胜结合自己20多年通过化合物调节干细胞的研究经验，带领团队在自己实验室找寻小鼠多能干细胞向全能干细胞逆转的“神奇药水组合”。他表示，为了更好地研究和控制全能干细胞，团队建立了一个能够诱导并维持这些细胞的系统，并采用严格的标准来确认全能干细胞身份。

六年磨一剑——

寻到“TAW鸡尾酒药物组合”

利用已经成熟的技术从体细胞逆转为多能干细胞，然后找到合适的化学小分子，按照一定逻辑组合成“神奇药水”对多能干细胞进行诱导，短短几天，全能干细胞就能产生并稳定培养。尽管过程看起来很简单，但团队在丁胜老师带领下经过成千上万次试错，筛选了数千个小分子组合，花费六年多时间才寻到“药方子”。

这几年间，胡妍妍和杨媛媛、谭彭丞、刘康、马天骅等团队成员一直走在尝试、失败、修正方向的循环里。早上八九点钟进入实验室，做细胞实验、处理实验数据、看文献、讨论数据结果……一直忙碌到凌晨两三点，对大家来说是家常便饭。

经过黑暗里的摸索，2020年，丁胜带领团队发现了三种化学小分子的组合可以将小鼠多能干细胞诱导成具有全能特性的细胞。由于三种化学小分子的组合与调制鸡尾酒有异曲同工之妙，大家将这种分子组合称为“TAW鸡尾酒药物组合”。“TAW中的每个字母代表一个已知的可调节特定细胞命运的分子，但直至这项研究才发现它们诱导全能干细胞的联合作用。”丁胜表示。

大胆假设，严谨求证。寻到“TAW鸡尾酒药物组合”后，2021年丁胜带领大家进行了反复的验证。确认TAW细胞是否具有真正的全能性，有一些要素需要考量：在全能干细胞中特异表达的关键基因被激活、与多能干细胞相关的基因处于沉默状态、在表观遗传组等方面与体内的全能干细胞高度相似、可以分化成胚内和胚外谱系等。

经过验证，团队发现加入“神奇药水”诱导后的细胞，数百个关键基因被开启。这些基因通常在全能干细胞中被发现，并被该领域的其他研究学者认定为确定全能性的标准。同时，与多能干细胞相关的基因处于沉默状态。团队还在体外测试了TAW诱导后的细胞的分化潜力，并将其注射到小鼠早期胚胎中以观察其体内的分化潜力。他们发现，这些细胞不仅在培养皿中表现出具备真正的全能干细胞的特点，而且在体内还分化成胚内和胚外谱系，具备发育成胎儿和卵黄囊、胎盘的潜力。

此外，作为非常善变的干细胞，小鼠的全能干细胞在自然状态下是瞬时、不可逆转的，会迅速向下分裂、分化、发育。“TAW鸡尾酒药物组合”的重要功能之一，是将全能干细胞“捕获”，使其在体外可以自我复制的同时，维持其全能性状态。

从mESC 到 ciTotiSC 的化学定向诱导(OCT4绿色标记的是多能干细胞，MERVL红色标记的是全能干细胞)

科学研究是突破性的——

“要坐得住冷板凳”

“科学研究是突破性的，这中间就像是在黑暗中来回摸索，反复失败，直到发现一个成功的结果。做科学研究要坚持、有耐心，就像我经常讲的，要坐得住冷板凳。”在和丁胜的对话中，耐心和坚持两个词语，话不多的他前后提到了16次。

胡妍妍对耐心有非常深刻的感悟。早在2017年，团队筛选到了一些小分子能让多能干细胞中有些像2-细胞 (2C-like cells)的细胞比例变多，这在该领域内也尚未有人报道，有同学提议将这个结果发表，但丁胜没有同意。因为这种细胞不能称之为真正的全能干细胞，而且是瞬时的，不能稳定培养。“要做出真正的全能干细胞才行，做科学研究不能避重就轻，要聚焦于最难解决的问题。”丁胜的这番话，就像一颗精神的种子，种在了同学们心里。

丁胜耐心求索的底气，也源于良好的环境。习近平总书记曾提出，要鼓励科技工作者专注于自己的科研事业，勤奋钻研，不慕虚荣，不计名利。近年来，清华大学始终大力支持基础科学的研究，鼓励师生脚踏实地、埋头苦干。作为牵头人，丁胜有切身体会：“做学问是一个长期的累积，可能持续投入多年都没有任何结果。但学校有足够的耐心，持续投入，从不催问结果，这其实是对取得科研成果最大的支持。”

尽管目前从培养箱里蹦出一只小鼠的科学畅想还没有完全实现，但丁胜团队对全能干细胞的开创性研究打开了一扇门，它为再次创造个体生命甚至加速不同物种的进化创造了可能。作为引路人，丁胜表示，作为科学家，会专注于推动科学发现，希望可以激发更多的研究者特别是青年学者投入到这个方向继续探索。

此刻，丁胜团队的“寻药再生记”仍在续写。只要怀着对生命的敬畏，对研究真学问的坚守，相信在不久的将来，不管拔毫毛生成的美猴王，还是从培养箱蹦出一只小鼠，都会成为科学探索者的续集。

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