走近幹細胞研究系列二:中國開啟細胞重編程3.0時代

突破式創新，中國開啟細胞重編程3.0時代

——走近幹細胞研究系列報道之二

本報記者張佳星

依稀的熒光，淡綠色，在顯微的圓形視野中，出現了。

北京大學教授鄧宏魁定了定神：「它告訴我走在了正確的方向上。」

這微光他盼望已久，之前的3年多，他帶領的北京大學生命科學院研究團隊一直在幾萬種小分子化合物、以及它們的不同組合中一試再試，直到2011年11月11日，「報告系統的綠色熒光出現，提示了一個重要線索」。

隨後，小分子化合物誘導小鼠體細胞，培育出多隻小鼠。該成果發表在2013年7月18日的《科學》雜誌上。

「一根毫毛塑個活物」的幻化，在科學的世界中，至此經歷了體細胞核移植、轉基因、小分子化合物誘導等多種技術的演變。

「下一代技術是什麼？喬布斯用iPhone給了手機答案，我們該如何作答？」鄧宏魁說。

「後iPS時代，要以新的技術體系為代表。」中科院動物所研究員周琪說。

日前，國家重點研發計劃試點專項「幹細胞及轉化研究」申報指南正式公布。鄧宏魁、周琪先後接受科技日報記者專訪，他們不約而同提到突破式創新，為記者講述「逆轉細胞命運」技術和理念上的突破。

應用先導，「重編程」版本1.0、2.0、3.0

獲得幹細胞，更形象地被稱為「細胞重編程」。「多莉羊」是它的1.0版產品，採用「核移植」技術。

2.0版直接向體細胞導入4個基因，由日本科學家2006年發表，他們獲得了與胚胎幹細胞高度相似的誘導多能幹細胞（iPS）。2.0技術的句號由中國科學家完成，小鼠「小小」2009年誕生，由周琪通過四倍體囊胚注射方法，利用誘導性多能幹細胞培養出來，證明iPS細胞能夠育出生命。這一研究入選美國《時代周刊》評選的2009年年度十大醫學突破。

「之後，我較少繼續iPS研究工作，」說到「不跟隨」的理由，周琪回答，「從中國的國情看，個性化治療只會服務於少數人，讓大多數人通過基因技術從自身體細胞中獲得iPS細胞並不現實。」

「此外還要考慮插入基因有沒有癌變危險，也要考慮病人細胞本身的缺陷。」2010年，他通過實驗證明iPS細胞來源的小鼠具有與胚胎幹細胞來源小鼠相同的生理功能但具有致瘤傾向。

換句話說，目前階段看，2.0技術短期難以臨床，中期看難以普適。「但這一技術為生命科學研究打開了新大門，我們首先想到這可能是一個創造生命的全新方法，」周琪說，「發育生物學是我的本行」，創造生命是他從事研究時的關鍵詞。秉承這一理念，周琪和他的同事們嘗試著先後獲得了能夠替代精子和卵子的小鼠和大鼠單倍體幹細胞，並創造出自然條件下原本並不存在的新的細胞類型，著力為探尋生命奧秘開闢新路徑。

iPS技術本身在「多頭控制」時也難以捉摸，鄧宏魁說：「同時轉入多個基因技術上很難精確調控，就像一種疾病，如果是由單一因素造成的，還能控制，但現實中的疾病大都由多個因素共同作用，很難調控。」

為此，鄧宏魁將3.0技術的目標定位在操作簡單的小分子化合物，「從歷史發展來看，無論中藥、西藥，都是小分子發揮作用。小分子直接加進溶液，劑量、時間、處理方式都能精準調控」。

一波三折，終有開創性突破

2008年，鄧宏魁以幾萬種小分子化合物為基礎，進行大規模篩選。

巨大的工作量沒有難住鄧宏魁，學生的問題卻難住了他，「他們會問，這東西能畢業嗎？」

「我回答不了『這條路走對了嗎、還差多久做完』這些問題。」不停的組合、不停的驗證，卻可能意味著永遠達不到終點。

與開創性工作的「混沌感」抗衡，只能不問終點在何處、只在乎腳下還有路。

「好在有中間結果發表，讓學生畢業，他們心理上還有點信心。」鄧宏魁說，2010年、2011年是最艱難的兩年，「在所有基因都被小分子替代時，遇到了很大障礙——這些小分子的簡單組合併不能得到多能性幹細胞。我們只能不停嘗試多種策略。」

「無底洞，」他這樣形容以小分子推動體細胞「幹細胞化」的研究，堅持、探索，直到無底洞終見「報告系統的綠色熒光」，直到得到的多能性細胞發育成一隻完整的小鼠個體，直到2013年《用小分子化合物誘導體細胞重編程為多潛能幹細胞》一文在《科學》上刊出，幹細胞誘導技術3.0版顯出雛形。

2015年8月6日，《CellStemCell》雜誌以封面文章形式刊登團隊的又一成果：使用小分子化合物直接誘導小鼠成纖維細胞獲得功能神經元。3.0版愈發豐滿。

深挖機理，細胞里學「哲學」

新技術出現，它是上一代的修補還是變革？幾年來，鄧宏魁始終在摸索。

「我們探測到，相比傳統的基因誘導技術，小分子誘導時，細胞表現完全不同。」鄧宏魁進一步解釋，「過去認為掌控『分化發育』的基因，反而跑來促成細胞『多能性』的獲得。」

路線圖中的意外，讓他明白，沒有絕對的所謂「分化基因」「多能性基因」，每個基因的角色「可敵可友」「可正可負」，關鍵在於是否平衡。為此，他同北京大學湯超研究組合作，提出細胞命運轉變的「蹺蹺板模型」，模型指出基因表達的平衡狀態更有利於「多能性」的形成，研究發表在2013年5月23日《細胞》雜誌的封面。

「蹺蹺板模型」是如何指導方法論的呢？

鄧宏魁說，「之前，要讓A細胞變成B細胞，就是往A中轉入B的關鍵基因，而事實上，並不需要這些關鍵基因，只需要找個帶路的，把A領過去就能變成B。」

用一句哲學格言更便於理解，「是經歷決定了你是誰，而不是你的財富。」當然，這裡的「你」代表細胞。

「這為細胞命運的改變提供了新的理論基礎，指導未來的研究眼界可以更開闊些。」鄧宏魁說，「為了讓新的方法用起來，我們正在繪製詳細的『小分子誘導體細胞重編程』的工作路線圖。」