用药物成功诱导全能干细胞，成果意义有多大？

近日， 清华大学丁胜 、刘康及马天骅作为共同通讯在Nature 在线发表题为“Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail”的研究论文，该研究展示了通过三种小分子 TTNPB、1-Azakenpaulllone 和 WS6 的组合可以将小鼠多能干细胞（PSCs）诱导成具备转变为完整有机体潜能的全能干细胞（TotiSCs），而且可以在实验室中保持这些诱导细胞的全能型（胚内和胚外分化潜力）。如果这次证明是真的，将会是人类历史上一项重大的突破，在分享这一喜讯的同时，今天就从五方面来和大家聊聊这次的实验吧！

1，该研究的背景

2，这个研究是什么？

3，这个研究和之前中科院/华大的nature

4，为什么要等一等

5，假如证明是真的，有什么意义？

01，该研究的背景

在开始前，我们先来说一说背景

干细胞，大家应该比较熟悉，能够进行分化，通俗地说，就是变成多种类型的细胞。

当然，根据干性，可以分为许多类。比如干性最强的全能干细胞，能够分化成所有的细胞类型。多能干细胞，能够分化成一系列细胞类型。当然还有专能干细胞，比如我们的造血干细胞。而理论上，最完美的干细胞，那就是我们受精卵这种，我们人类就是从一颗受精卵起步最后成为一个完整个体。

但是，干细胞有个问题，就是在现实中，这东西会面临一个最大的考验：时间。随着时间的推进，人体的干细胞也在逐步分化，逐步失去干性。比如在囊胚期，干性强的细胞很多；到了出生的时候，基本上只剩下部分多能干细胞了，全能干细胞一般认为已经没了；而到了我们成人，更是只剩下极少数的专能干细胞了，比如造血干细胞之类的。

所以对于一个成人来说，你想找多能或者全能干细胞，没门。

于是，穷则思变，那么，我们能不能人造个干细胞呢？这就引出了当今干细胞领域最热门的一个领域：人工诱导多能干细胞。

2006年山中伸弥率先在cell上发表了研究，首次从成熟的体细胞诱导出干细胞，这就是著名的人工诱导干细胞，而他也因此获得了2012年的诺贝尔奖，差点刷新了诺奖生理或医学奖记录，毕竟这个奖的验证周期很长。

而山中伸弥用了4个因子，分别是：Oct3/4、Sox2、Klf4 和 c-Myc，被称为山中因子，然后用病毒载体将四个转录因子导入到细胞中。

但是，这几个因子，有点问题。其中有癌症因子c-myc，转录因子KLF4，还用了病毒载体，可以说“五毒俱全”，尽管后续认为，风险一般，但是要知道，在临床应用中，这些因子多少有点像定时炸弹，谁知道万一哪天移植了这细胞，结果得了癌症，图了个啥。

所以，这些年，干细胞领域有一个分支就是验证这些因子的风险，同时寻找新因子，比如2017年science上就有一个找到了早期的mirna可以扩张胚干的潜能。于是，一个新的分支出现了：既然生物因子风险太大，那么，能不能用化学因子呢？

化学因子好处多，比如，简单清晰容易研究，而且，化学因子比起生物因子，那更是在实践中耐操啊（想一想，生物药条件多，打个胰岛素还要冰箱还要讲究方法有效期短，而像二甲双胍这种药物，经久耐用）。

操作简单，时空调控容易，作用可逆，还能规避基因操作问题，这就是一个热门领域：化学重编程。

02，这个研究是什么？

就像我们上面说的，既然生物因子问题不少，那么，找化学因子，更好嘛。本文的研究就是这样来的。办法和山中伸弥当时类似，就是筛选。

当初他们找了3000多个个小分子药物组合，然后一轮一轮的筛（感慨不容易啊）。

最终，还真让他们找到了这样一个组合，一共三个小分子，分别是：TTNPB, 86 1-Azakenpaullone, WS6 ，于是各取一个开头，组成了TAW这个组合名。

瞅瞅这个TAW的效果：

接下来，就是验证一下，这几个因子到底管用不，他们把这种用化学因子诱导的干细胞叫做 chemically induced totipotent stem cells (ciTotiSCs) 。

如上图所示（其实也不用看，这种太复杂）。

总之一个结论就是：这策略，真的可行！不过，既然他们声称是实现了全能干细胞，那么，自然要比一下了，于是，接下来就是用一系列办法来进行比较，看是不是真的是全能干细胞。

比较对象分别是他们搞出来的ciTotiSCs，mESC（小鼠胚胎干细胞）以及embryo（胚胎）

结论是，大体上，ciTotiSCs和全能干细胞是非常接近的。（说明下，受精卵发育过程会经历合子激活、2-4-8到囊胚之类的，我们一般认为合子激活前其实是精子卵子大混合，不像干细胞）

事实上，他们进行了转录组、表观组和代谢组水平的研究，基本上是目前组学上最严格的标准了，发现数百个关键基因在ciTotiSCs中都可被开启了，总体模式和全能干细胞接近。而一些与多能干细胞相关的基因在TAW细胞中处于沉默状态。

真全能吗？既然号称全能，那么做个动物实验。

接下来，做了一下发育实验，就是看这个号称全能干细胞的，到底有多大的全能性。

他们将这些细胞注射到小鼠早期胚胎中以观察其体内的分化潜力，

如上图所示，发现这些细胞具有全能干细胞的特点，而且可以在小鼠体内分化成为胚内和胚外谱系，具备了发育成胎儿和胎盘的能力（胎盘，很重要很重要，目前ipsc最大的问题之一就发育不成胎盘，那就自然不可能从头开始一个生命）

所以，这大概就是整个论文的内容，就是，用化学因子的办法，实现了诱导全能干细胞。

03，这个研究和之前中科院/华大的nature有什么区别？

可能不少人会想到另一个研究，就是今年3月份中国科学院和深圳华大生命科学研究院联合发表了一篇nature，通过体细胞诱导培养出了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞。

总体上，两个研究共同点是都进行人工诱导多能干细胞研究，且都实现了全能干细胞。

区别是：

1，起点不同

之前的文章是从体细胞开始诱导，清华这篇是从小鼠胚胎干细胞开始诱导。

2，终点不同

之前的文章认为诱导到了3天左右的干细胞，也就是8细胞左右，这个文章是2细胞左右的全能干细胞，并且可能发育出胎盘。

3，干性验证

中科院/华大的文章，论证细胞在3天左右，主要是依据信息学为主，这也是华大的强项。

清华的文章，既有生信，更主要的是实验验证，对全能性的验证更完整。

4，物种不一样

这的确是个因素，比如华大做的是人的细胞，清华是鼠的细胞

5，方法不同

这个就不赘述了。

其实，还有一篇类似文章，是今年4月份邓宏魁发的nature：化学小分子诱导人成体细胞转变为多潜能干细胞

首次使用化学小分子诱导人成体干细胞重编程转变为多潜能干细胞。

04，诺奖级？让子弹飞一会儿

这时，有的网友就提出了，这次的诱导干细胞是诺奖级别吗？这个方面，还是持有一定的谨慎。

无他，太痛了。因为，有一个著名的案例在前，那就是，小保方晴子。就如同背景里说的，山中因子的生物性因素导致的潜在风险，一直是大家都担心的，所以，在山中伸弥发表cell之后，大家就开始寻找化学方法来诱导了。

而当初，走在这个领域前沿的是小保方晴子所在的课题组。她当年就是寻找环境压力条件导致的细胞转化，最后发现低pH能够诱导出"万能细胞"(STAP细胞) 。当年，可谓光环加身，被全世界美誉，被认为是又一个诺奖，再加上小保方晴子本身颜值高，简直是风靡一时。

然而，这一切被发现是造假，于是小保方晴子轰然倒塌。这一塌，不仅是她本人，她导师也因此蒙羞并自杀谢罪。

这个影响，堪比后来的心肌干细胞造假，以至于，整个领域，对于化学诱导持有的态度是非常审慎的。

所以，对于这篇研究，个人看法依然是：等一等。

但是如果最终证实是真的，那的确是一个重大的突破。

就如摘要里说的：

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，意义呢？

就用作者的原话吧：

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.

一个是creating life from non-germline，就是不用生殖细胞实现生命创造（当然这里和venter的不大一样）。

一个是defined。

最后，欢迎理性友好探讨。如果你觉得我错了，那你一定是对的。