清华大学丁胜团队发表突破性研究:生命起点不一定来自生殖细胞

清华大学丁胜团队发表突破性研究:生命起点不一定来自生殖细胞
2022年06月23日 16:20 经济观察报

经济观察报 记者 瞿依贤 6月21日,清华大学药学院院长、教授丁胜及其团队首次发现了全能干细胞的体外定向诱导及其稳定培养的药物组合,这个突破性发现6月21日在线发表于国际顶级学术期刊《自然》(Nature)。该研究有望开启全新的生命创造研究领域。

丁胜团队的研究称:一种全新的药物组合,能够特异地诱导出一类具备转变为完整有机体潜能的全能干细胞。这个以非自然方式创造生命起点的发现,是生物学领域的一个“圣杯”。

丁胜在接受经济观察报记者采访时表示,生命的起点是一个细胞,以往都认为这个起点来自生殖细胞,比如卵子和精子都是生殖细胞,它们的结合能形成受精卵,进而发育成胚胎、生命。但这项研究发现——生命的起点不一定来自生殖细胞,可能来自一种全能干细胞,这种有潜质成为生命的全能干细胞,可通过药物组合诱导出来,而不需要用到任何生殖细胞。

丁胜表示,如果生命不通过生殖细胞产生,那么生命的意义、本质是什么,这是非自然科学的哲学层面的思考,也关系到科学研究与社会伦理层面。

从实际应用的角度看,全能干细胞可以产生不同组织器官特异的细胞用于细胞移植,进而治疗疾病,这是最简单的一种应用;往更远处设想,假如已经濒临灭绝或者已经灭绝的动物,基于上述研究结论,这些动物的生殖细胞不存在了,也可能重新创造和复制出来,“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”。

生命的起点

从克隆技术到再生医学,如何找到除自然胚胎孕育之外的其他途径来创造或复原生命,一直是生命科学领域追求的目标。它吸引着一代代科学家投身其中,相关的重大成果也屡次获得诺贝尔奖。

丁胜团队不仅发现上述药物组合能诱导出全能干细胞,还能够在实验室中保持诱导所产生细胞的全能性(胚内和胚外分化潜力),为后续研究提供一个稳定的系统来揭开生命创造的神秘面纱。

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,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。

上述发现突破了这一固有认知,因为它将使许多关于生命起源的科学研究成为可能。

例如,科学家可以使用这个系统来深入理解和操控全能干细胞,以更好地理解生命开始时高度协调的过程。“特定的细胞必须在特定的时间和位置出现,生命才会形成,”丁胜表示,“没有合适的工具就无法深入研究这一问题。从这个角度来说,这一研究发现迈出了探索生命起源的重要一步,并为该领域后续的研究奠定了基础并开拓了机遇。”

生命的起点是一个细胞。无论是血液、大脑、和肝脏细胞都可以追溯回这个单细胞胚胎或受精卵。在自然界中,精子和卵子结合产生受精卵,受精卵会分裂形成新细胞,新细胞继续分裂并逐渐特化,即产生组织器官的特异性和功能,这一过程不可逆转。

“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。” 丁胜解释道。

诱导机制

在20年的细胞研究中,丁胜带领团队选择并筛选了数千个小分子组合。通过多轮分析,他们发现并最终确定了三种小分子的组合,可以将小鼠多能干细胞诱导成具有全能特性的细胞。研究团队把这种分子组合称为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。

研究团队详细核实确认了TAW诱导后的细胞,包括它们的全能性和非多能性。这些细胞在所有的转录组、表观组和代谢组水平上都通过了严格的分子测试标准。例如,研究团队发现数百个关键基因在TAW细胞中被开启。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奉为确定全能性的标准。

为进一步证明TAW细胞具有真正的全能性,研究团队在体外测试了它们的分化潜力,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。它们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。

此外,研究人员在特殊培养条件下培养由TAW鸡尾酒药物组合诱导的全能干细胞时,新生细胞也显示出类似的全能特性。这一观察结果表明,TAW诱导的细胞在实验室环境中可以保持全能性,从而建立一个稳定的系统。

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