2024未来科学大奖：邓宏魁谈中国原创科研
2024未来科学大奖：邓宏魁谈中国原创科研
2024年8月16日，北京大学博雅讲席教授、昌平实验室领衔科学家邓宏魁荣获2024年未来科学大奖“生命科学奖”，以表彰他在开创利用化学方法将体细胞重编程为多能干细胞、改变细胞命运和状态方面的杰出工作。这一成就不仅体现了中国科学家在生命科学领域的创新能力，也为中国原创科研注入了新的动力。
从“追随者”到“领跑者”：邓宏魁的干细胞研究之路
在生命科学领域，“再生”一直是广受关注的话题。多能干细胞具有无限增殖的特性和分化成生物体所有功能细胞类型的能力，这些神奇的特质使其在细胞治疗、药物筛选和疾病模型等领域具有广泛的应用价值，是再生医学领域最为关键的“种子细胞”。
在哺乳动物自然发育过程中，具有多能性的细胞只短暂存在于胚胎发育的早期阶段，随后便会分化为构成生物体的各种类型的成体细胞，丧失其“种子细胞”的特性。如果逆转这一自然发育过程，使高度分化的成体细胞重新获得类似胚胎发育早期的多能性状态，那么就有可能在体外制备出人的细胞、组织、器官，用于修补衰老、疾病、损伤或遗传带来的各类问题。如何逆转生命时钟，正是干细胞与再生医学领域最重要的科学问题之一。
邓宏魁团队即着眼于此，致力于开发调控细胞命运的新方法和建立制备干细胞的底层技术。2013年，团队首创了化学重编程技术，不依赖细胞内源物质，仅使用外源性化学小分子就可以逆转细胞命运，将小鼠体细胞重编程为多能干细胞，也被称为CiPS细胞，建立了化学小分子调控细胞命运的新范式。在此基础上，团队经过近十年的努力，在2022年发现了激发人成体细胞可塑性的关键方法，将“化学重编程”技术从小鼠多能干细胞制备成功地拓展应用于人多能干细胞的制备，实现了利用化学小分子将人体细胞重编程为多能干细胞，即人CiPS细胞。
人CiPS技术是继“细胞核移植”和“转录因子诱导”之后新一代的、由我国自主研发的人多能干细胞制备技术。该技术的建立，突破了传统iPS技术面临的限制，具有更广阔的临床应用前景。相比传统方法，化学小分子操作简便灵活，时空调控性强、作用可逆，可以对细胞重编程过程进行精确操控。另外小分子诱导体细胞重编程技术作为非整合方法，规避了传统转基因操作引发的安全问题，有望成为更安全的临床治疗手段，为细胞治疗和器官再造提供更加简单和安全有效的方式和理想的细胞来源，也为未来再生医学的转化应用奠定了坚实基础。
建立更加快速和高效的人体细胞化学重编程体系
从跟随到引领，促进生命科学中心转向中国
与干细胞交手十几年，在学界同仁眼中，邓宏魁是“干细胞领域的魔法师”——在北大，他带领团队不断发掘着干细胞研究的崭新学术增长点，大大拓宽了再生医学领域的研究边界，助力中国在生命科学领域处于世界领先地位。
而回到故事的最初，在邓宏魁的博士和博士后工作期间，他所研究的却并非再生医学，而是病毒学与免疫学。
邓宏魁
1997年，在邓宏魁完成博士后工作的同年，世界瞩目的多利羊出生了。这是人类使用体细胞核移植技术首次克隆了哺乳动物，它成功证明了成熟分化状态的细胞可以被逆转回原始发育状态，同时上述原始发育状态细胞还具有产生一个新个体的能力。这项激动人心的工作让邓宏魁意识到，不久的将来，人类细胞也可能通过细胞重编程进行调控，并有可能开发新的基于细胞的治疗方法。随后，1998年，美国威斯康星大学的研究人员首次建立了人胚胎干细胞系，正式开始了对人类多能干细胞的研究，“再生医学”的大门同时开启。
“这就是我未来想做的事。”这也是当时北大想做的事。一拍即合。
邓宏魁形容最开始在北大做干细胞研究是近乎“白手起家”。没有空间，就临时在一个仓库里面整出个地方，没有网线，就自己去拉，下雨屋子里面还漏水，有时候会停电，停电会把设备搞坏……尽管如此，邓宏魁依然带领团队，在北大完成了世界上第三代干细胞技术，也就是化学小分子技术，为干细胞研究开辟了新的途径。
2013年，邓宏魁团队首次报道仅使用化学小分子将发育成熟的体细胞重编程到多能干细胞，建立了细胞命运调控的化学重编程技术，开辟了全新的细胞命运调控途径
从2013在概念上证明使用小分子处理即可将小鼠体细胞诱导到多能状态，到在化学重编程过程中发现人体细胞中激活的再生基因网络，邓宏魁记得团队每一次发现新的突破点时的振奋。沿着化学小分子技术指出的诸多可能，近些年邓宏魁仍旧在带领团队尝试一些源头上的创新，试图建立一些新的技术方法，为未来再生医学奠定基础。
比如在糖尿病治疗领域，邓宏魁团队所发明的人CiPS细胞可高效增殖、分化为结构和功能与人原代胰岛相似的分化胰岛，有望替代糖尿病患者体内衰竭死亡的胰岛β细胞，成为治疗糖尿病的全新方案。
邓宏魁团队在Nature Medicine上发表《人多能干细胞来源胰岛改善非人灵长类动物的糖尿病》
人CiPS细胞分化的胰岛细胞植入腹直肌前鞘后，糖尿病猴血糖控制得到显著改善
而在艾滋病治疗领域，邓宏魁团队也通过在大量动物模型中的尝试，开发出了新的临床治疗手段——通过构建CCR5缺失的人CiPS细胞系，并将这些细胞转化成造血干细胞以供移植使用。虽然该疗法仍然处于开发阶段，但其广阔的应用前景值得期待。
除此之外，在体外肝脏细胞的开发、干细胞与治疗肿瘤免疫学的结合等领域，也能常常看见邓宏魁的名字出现。依托北大提供的交叉平台，邓宏魁在进一步拓展自己的学术所及。
邓宏魁坦言：“我对中国未来研究‘大问题’的进展充满信心，未来生命科学的中心会逐渐转向中国。”
中国原创科研的突破：从生命科学到人工智能
邓宏魁教授的成就只是中国原创科研蓬勃发展的一个缩影。2024年1月，《自然》杂志发布了2024年值得关注的七大技术，其中由中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队开发的大片段DNA精准定点插入新工具PrimeRoot首次入选，标志着中国在生命科学领域的原创性研究获得国际认可。
在医疗和生命科学领域，人工智能技术的应用正在加速创新步伐。例如，加州大学圣迭戈分校医疗中心使用生成式人工智能改善患者治疗效果；强生公司构建企业级数据策略和数据系统，推动其数据和生成式人工智能计划；Philips将PACS系统引入云端，并改进支持人工智能的工具来为临床医生提供支持。
面向未来：中国原创科研的机遇与挑战
尽管中国在原创科研方面取得了显著进展，但邓宏魁教授也指出，中国在原始创新能力方面仍需加强。他呼吁年轻科研人员应大胆追求更具挑战性的原创性研究，以抢占科技竞争和未来发展制高点。
正如邓宏魁所说：“我对中国未来研究‘大问题’的进展充满信心，未来生命科学的中心会逐渐转向中国。”中国科学家正在以创新精神和不懈努力，为全球科技发展贡献着越来越重要的力量。