6 月 21 日，清华大学丁胜团队表示首次发现了全能干细胞体外定向诱导以及稳定培养的全新小分子化合物组合。在研究中，该团队通过筛选确定了一个 3 种化合物的组合 ——TAW 鸡尾酒药物组合，并使用这些化合物组合将小鼠的多能干细胞诱导分化为全能干细胞。该团队把诱导分化出的全能干细胞称之为 ciTotiSCs（chemically induced totipotent stem cells，化学诱导的全能干细胞），研究发现，这类细胞在转录组、表观基因组和代谢组水平上都类似于小鼠的全能 2 细胞胚胎期细胞（2C-embryo stage cells）。值得一提的是，研究人员能够在实验室中保持诱导所产生细胞的全能性，包括胚内和胚外的分化潜力，这为后续实现构建生命的研究提供一个稳定的系统。相关研究已发表在 Nature 期刊上，不过目前该文章为未修订版本，还未最终出版。官方通稿中指出，这项研究标志着全新的生命创造研究领域开启。“通常除全能干细胞，没有任何其他干细胞有可能独立形成生命。为了更好地研究和控制全能干细胞，我们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。” 论文通讯作者丁胜教授说。图 | 本研究主要参与者，第一排中间为丁胜教授（来源：清华大学药学院微信公众号）丁胜现在是清华大学药学院院长，也是该学院的创始院长、拜耳特聘教授，在利用化学方式研究干细胞和再生医学领域造诣颇深。他的研究重点是发现和鉴定可调控细胞命运和功能的小分子化合物，包括揭示干细胞自我更新和多能性的机理，诱导胚胎干细胞定向分化，以及开发药物发现新技术等。同时，丁胜还是多家生物技术公司的联合创始人，包括近期获 1.8 亿美元初始融资的加州抗衰老初创公司 Retro Biosciences。“基于胚胎发育早期的组学分析，全能性的表征如何界定？丁胜教授团队通过组学的分析阐明了这种全新方法可以特异性表达几乎完整的全能基因，同时完全沉默的全能基因。” 睿健医药创始人魏君博士说。历时 6 年，发现新型 “鸡尾酒组合”，可实现全能干细胞定向分化、稳定培养
丁胜实验室的一个目标就是探究生命起点问题，实现这一点的主要方式是通过开发全新小分子化合物调控细胞命运和功能。就像一棵树是从一粒种子开始，哺乳动物生长发育也有自己的起点，即 “种子细胞”。哺乳动物几乎所有的细胞和组织类都是由干细胞分化而来，干细胞是生命体发育最为关键的 “种子细胞”。按照分化潜能，干细胞可以被分化全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞。全能干细胞具有无限分化潜能，能够分化发育成各种组织器官，且具有形成完整个体的分化潜能；多能干细胞具有分化出多种细胞组织的潜能，不过失去了发育成完整个体的能力，发育潜能有一定限制。理论上讲，全能干细胞是最佳的种子细胞，能够发育出人体所有的细胞类型和组织。不过，全能干细胞的获取并非易事。以小鼠为例，只有受精卵及 2 细胞胚胎具有全能性，而人体是从受精卵到 8 细胞胚胎过程中的细胞具有全能性。随着细胞的继续发育，干细胞的发育潜能逐渐受限。因此，需要开发出新方式在体外诱导分化出全能干细胞并使其稳定传代。丁胜在利用化学诱导调控细胞命运上有 20 多年研发经验，自 2015 年以来，他开始带领团队寻找可以将多能干细胞重编程为全能干细胞的小分子组合。通过对数千个小分子组合的筛选和多轮分析，最终确定了一个 3 种小分子化合物组合可以能够将小鼠的多能干细胞转化为全能干细胞（ciTotiSCs）。他们将这一新化合物组合称之为 TAW 鸡尾酒药物组合，包括 TTNPB、1-Azakenpaulllone 和 WS6 三种小分子。丁胜在通稿中也表示，TAW 鸡尾酒药物组合中的每一个分子都是一个已知可调节特定细胞命运的分子，本研究的一个突破就在于发现了这三个分子在诱导全能干细胞中的联合作用。然后，研究团队评估了 TAW 鸡尾酒药物组合所诱导细胞的全能性和非多能性进行了严格的分子和功能分析，发现诱导分化的细胞在转录组、表观组和代谢组水平符合全能干细胞的分子测试标准。他们发现通常在全能干细胞中被发现的数百个关键基因在 ciTotiSCs 中处于激活状态，而与多能干细胞相关的基因在 ciTotiSCs 中处于沉默状态。紧接着，该研究团队进一步评估了 ciTotiSCs 的全能性，他们分别在体内（注射到小鼠早期胚胎中）和体外测试了 ciTotiSCs 的分化潜力。研究发现，这些细胞在体外培养皿中表现出真正全能干细胞的特点，且在体内分化出了胚内和胚外谱系，功能类似于具有全能性的卵裂球。这些谱系具备发育成胎儿和周围卵黄囊和胎盘的潜力，这是普通全能干细胞的典型特征，而多能细胞只能发育成胎儿。接下来，在特殊培养环境中培养 ciTotiSCs 时，研究人员发现这些新生细胞也表现出了类型的全能性。这一结果表明，利用 TAW 鸡尾酒药物组合诱导的 ciTotiSCs 在实验室环境中可以保持全能性，并在体外建立起一个稳定的培养体系。如何在体外维持全能干细胞的自我更新和稳定传代是目前获取全能干细胞最主要的一个难点。在多种模式动物中，全能干细胞往往瞬时存在，难以在体外维持稳态。“为理解生命过程和疾病治疗提供新思路”今年 3 月，中国科学院和深圳华大生命科学研究院等机构的研究团队宣布找到了一种 “鸡尾酒” 重编程方法即化合物组合 e4CL，能够让人多能干细胞诱导分化为 8 细胞期胚胎样细胞。官方宣称，这是目前全球体外培养的 “最年轻” 的人类细胞，也是科学家首次真正意义上将人多能干细胞 “转化” 为全能性胚胎细胞。今年 4 月，北大邓宏魁团队通过纯化学诱导的方式（4 个小分子化合物）将人成体细胞分化为多能干细胞。据悉，这也是该团首次在国际上报道使用化学小分子诱导人成体细胞转变为多潜能干细胞的案例。这两项研究为细胞治疗、器官移植等未来再生医学治疗重大疾病带来了新的可能。5 月，邓宏魁团队利用一组小分子化合物构建了一种可以培养新型全能干细胞的环境，这种培养条件能够在体外支持小鼠二细胞胚胎以及扩展型多能干细胞（EPS 细胞）直接分化成全能潜能干细胞（TPS 细胞）。这种方式为在体外完全捕获全能干细胞提供了一种新思路，同时也为在不同物种中维持全能干细胞稳态提供了可行的方式。在最新的这项研究中，丁胜团队通过一种新型的小分子化合物组合定向分化出了真正意义上的全能干细胞，这些全能干细胞同时具有胚内和胚外的分化潜力，同时还实现了全能干细胞的稳定传代。“发育过程中重要阶段细胞的捕获和稳态的维持是研究生命基础的的重点，这对了解人类自己的生命过程会有极大的贡献，同时也能够为很多疾病的治疗提供一些新的思路。”魏君说。丁胜团队在论文中指出，这项研究证明了用非生殖细胞体外分化获得全能干细胞的可行性，并为更好地调控和理解哺乳动物发育过程中初始细胞命运的决定提出了细胞培养系统，也有助于有关生命起源的基本问题。有媒体表示，这项研究为创造个体生命甚至加速不同物种的进化创造了可能。1.https://www./articles/s41586-022-04967-9
2.https://mp.weixin.qq.com/s/15PKs727lo5TS2Jt4I-r5g
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