李勁松 ：逆轉生命的程序

本刊記者/張蕊

探究細胞的秘密

細胞、胚胎、個體發(fā)育與種系發(fā)生一直是一個籠罩著哲學和文化色彩的生物學問題。從古希臘的那些哲人科學家受條件所限的形而上的探究，到十九世紀中期科學家應用二棲類動物作“模式生物”的實證，再到達爾文歷經(jīng)航海輾轉多個島嶼之后終于提出了進化論的理論，種系發(fā)生的奧秘似乎已被揭開。但更讓人著迷的，涉及細胞的編程、胚胎個體如何有序地發(fā)育成一個由千百萬種不同細胞組成的成體的秘密，卻至今仍然同生命究竟如何起源一樣困惑著我們。

時間荏苒綿延到了2012年，這個生物學中最激動人心的研究領域又一次成為萬眾矚目的焦點——這一年的諾貝爾醫(yī)學獎，授予了約翰?戈登和山中伸彌。他們獲獎是因為在細胞重構方面的工作，將成年細胞變回胚胎狀態(tài)。值得一提的是，獲獎者之一，約翰?戈登教授撰寫的一篇最新綜述文章中對一篇來自中國的創(chuàng)新成果進行了大篇幅的描述，這篇論文的作者，就是在剛剛頒發(fā)的2012年度上海市科學技術獎中獲得了以青年群體為對象的上海最高科技獎項——青年科技杰出貢獻獎的李勁松。

作為中科院上海生科院生物化學與細胞生物學研究所的研究組長，李勁松的求學和研究歷程，自始至終都和細胞息息相關。2002年從中國科學院獲得理學博士學位畢業(yè)后，他馬不停蹄地遠赴大洋彼岸，在美國洛克菲勒大學繼續(xù)從事相關的博士后研究，2007年的7月，在又一次以優(yōu)異的成績畢業(yè)后，他選擇了回到祖國，在中科院上海生科院生物化學與細胞生物學研究所繼續(xù)他探究細胞與生命奧秘的職業(yè)生涯。

對大多數(shù)人來說，李勁松的研究領域顯得既陌生又神秘，他主要從事細胞重編程與胚胎發(fā)育等學科方向的前沿領域研究，是圍繞體細胞重編程存在效率低、重編程細胞發(fā)育能力低和重編程機制不清等關鍵問題進行攻關，探討了核移植誘導細胞發(fā)生重編程的相關機制、優(yōu)化核移植誘導細胞重編程的體系、研究核移植與iPSC技術誘導體細胞重編程的共性規(guī)律。

——這聽起來有些飄渺，離我們日常生活似乎很遠。但實際上，這不僅是項高深的前沿研究，應用前景也格外迫切和影響深遠。所謂“體細胞重編程”，指的是分化的體細胞在特定的條件下被逆轉后恢復到全能性狀態(tài)，或者形成胚胎干細胞系，或者進一步發(fā)育成一個新的個體的過程。誘導體細胞重編程的方法有許多，如核移植、細胞融合、細胞提取物誘導、化學誘導以及分子調控誘導等。但到目前為止，唯一能誘導體細胞產(chǎn)生有功能個體的重編程的方法只有核移植，其他的方法只能在細胞、分子或生化水平上產(chǎn)生誘導。體細胞重編程有著非常廣泛的應用前景，不僅在基礎理論研究中，而且在應用研究中，例如家畜繁殖、動物保護以及人口健康等領域都有著重要的作用。因此，研究體細胞重編程的機制，提高重編程的效率以及開展體細胞重編程的應用研究顯得尤為必要和緊迫。

十五年的千錘百煉

然而，這項可以被稱為“逆轉生命的程序”的研究，道路卻一直并不平坦?？v然體細胞重編程技術在動物保護、家畜育種、再生醫(yī)學等領域具有重要的應用前景，但目前體細胞重編程技術存在效率低下、機制不清楚以及重編程細胞體內發(fā)育能力差等問題，大大限制了重編程技術的應用。自1997年開始，李勁松已經(jīng)在他的體細胞重編程的研究領域里扎根，并發(fā)展相關研究體系，針對這些令人頭疼的“攔路虎”，他開展了三方面的研究：一是優(yōu)化核移植誘導細胞重編程的體系以提高重編程的效率；二是探討核移植誘導體細胞重編程的相關機制；三是通過比較核移植與iPSC技術的異同，促進重編程細胞的體內發(fā)育能力。在這十五年中，李勁松的研究經(jīng)歷了一個循序漸進、不斷深入、不斷拓展的過程，有條不紊地為進一步揭示體細胞重編程的機制提供了新的研究手段和思路，為體細胞重編程技術在再生醫(yī)學和干細胞領域的應用奠定了重要的基礎。

梅花香自苦寒來。在李勁松的不懈努力下，他的研究取得了重要突破：通過合作，揭示了母源因子Tet3蛋白參與受精后雄原核和核移植后假原核的主動去甲基化過程；確證克隆囊胚的滋養(yǎng)外胚層細胞的缺陷是克隆胚胎發(fā)育失敗的關鍵原因；建立了小鼠孤雄單倍體胚胎干細胞，驗證這些細胞能夠代替精子在注入卵子后產(chǎn)生健康的小鼠；建立了通過完整卵母細胞高效重編程體細胞的核移植研究體系，證明兩細胞卵裂球能夠重編程雄性配子細胞。研究成果為體細胞重編程技術在再生醫(yī)學和干細胞領域的應用奠定了基礎。

機遇總是青睞有準備的人。迄今為止，李勁松發(fā)表了SCI論文35篇，其中國際頂尖雜志《細胞》、《自然》等7篇，研究成果2011年和2012年兩次入選科技部評選的“中國科學十大進展”。2005年，他獲得了國家自然科學二等獎，2012年他得到了國家杰出青年基金支持。不僅如此，李勁松還注重實驗室科研氛圍和科研合作精神的建立和培養(yǎng)，強調科研素質鍛煉和思想品格建設，培養(yǎng)的第一批研究生均交出了驕人的成績單，并繼續(xù)從事科研工作。2012年獲得的中科院優(yōu)秀博士導師獎、保羅生物科技優(yōu)秀教師獎、A-IMBN Research Young Investigators Award、禮來優(yōu)秀博士論文導師獎等就是對此最好的注解。

李勁松也積極主動地參加了各類學術交流活動，他為2011年在多倫多舉行的國際干細胞研究學會（ISSCR）第九屆年會及2013年在波士頓舉行的第十一屆年會進行摘要評審、2011年亞洲繁殖生物技術學會（ARBS）第八屆年會、2012年亞洲冷泉港會議、2013年2月參加國際轉基因技術協(xié)會年會和6月國際干細胞學會年會上，都可以見到他侃侃而談、致力于傳播所學專業(yè)的身影。

更讓人著迷的，涉及細胞的編程、胚胎個體如何有序地發(fā)育成一個由千百萬種不同細胞組成的成體的秘密。

讓體細胞重新返回到“生命原點”

求問細胞真相的過程，是一場漫長而艱巨的戰(zhàn)役。在相當長的時間里，人們普遍認為哺乳動物高度分化了的細胞核已經(jīng)永久性地、不可逆地失去了分化上的全能性，直到1996年大家所熟知的轟動的克隆羊“多莉”的誕生，這個認識才被打破；1885年魏斯曼在解釋個體分化現(xiàn)象時認為，受精卵每分裂一次都伴隨著遺傳物質的丟失和減少，因此個體發(fā)育只能循單向進行，這一誤區(qū)也在近年才被徹底否定……在謬誤與真理的膠著中，李勁松和他的研究成果，獲得的不僅是認識生命規(guī)律上的重大突破，也為其在應用上的價值，提供了更具想象力的空間。

就拿熱門的iPSC技術來說，從干細胞分化成體細胞，生命的腳步本不該逆轉，但誘導多能干細胞（iPSC）技術的出現(xiàn)，卻讓生命之旅變成一場“往返跑”。不過，讓已分化的體細胞重新變回能分化成各種干細胞的“折返”的同時，也讓細胞變得十分不穩(wěn)定，李勁松浩瀚的研究其中之一，就是找到“一種讓體細胞重編程穩(wěn)定因子”，讓這場往返跑變得更加穩(wěn)定。

在研究中，人們觀察到核移植與iPSC技術重編程體細胞后獲得的多能干細胞存在體內發(fā)育的差異，但是不清楚是什么原因導致了這種差異。為了系統(tǒng)地比較不同重編程方法對重編程產(chǎn)物質量的影響，李勁松建立了可二次誘導獲得iPS細胞的實驗系統(tǒng)，并獲得了遺傳背景完全相同的iPS細胞和ntES細胞。通過研究體內發(fā)育能力，他發(fā)現(xiàn)ntES細胞體內發(fā)育潛能比iPS細胞高，這一結果證明，重編程方法本身是導致重編程產(chǎn)物的質量差異的重要原因——這一工作暗示參與核移植誘導體細胞重編程的因子可能對遺傳物質的穩(wěn)定起著重要的作用。為了發(fā)現(xiàn)這些因子，李勁松組織實驗室建立了一個篩選系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)核移植過程中的重要因子Zscan4能顯著提高iPS細胞的形成效率。進一步研究揭示，Zscan4能夠快速延長重編程細胞的端粒，并穩(wěn)定重編程細胞端粒區(qū)以及非端粒區(qū)遺傳物質。深入研究后發(fā)現(xiàn)，Zscan4的應用顯著地改善了iPS細胞的質量，19株中有11株(58%)通過四倍體囊胚注射能夠獲得來自iPS細胞的小鼠，而通過諾貝爾獎得主山中伸彌建立的傳統(tǒng)方法獲得的iPS細胞，11株中只有1株能夠獲得完全iPS細胞的小鼠。這些結果提示，在細胞重編程過程，除了多能性的建立，細胞遺傳物質穩(wěn)定性的維持也非常重要。這一結果為獲得iPS細胞研究注入了新的思路，也為獲得更安全iPS細胞應用于再生醫(yī)學提供了重要的理論依據(jù)。

剝開粘合的細胞之書，這些激動人心的發(fā)現(xiàn)為再生醫(yī)學和細胞治療技術都提供了一個清晰的發(fā)展框架。正如李勁松自己所言，他震撼于誘導多能干細胞的理論提出和實現(xiàn)所帶來的無限可能，也從未停止他堅定地尋求更好的辦法讓生命的“往返跑”更穩(wěn)定的腳步。