【人物聚焦】李劲松院士专访：类精子干细胞，使更多细胞生物学的“不可能”变为“可能

　　2023 年 4 月 10-14 日，中国细胞科研领域内最具影响力的盛会之一——“中国细胞生物学学会第十八次会员代表大会暨2023 年全国学术大会?苏州”隆重召开。

　　会议邀请了海内外著名专家、院士以及各领域顶尖学者进行大会报告，涵盖了细胞信号转导、细胞代谢、神经、发育、生物节律、干细胞、医学、细胞器相互作用、衰老等各个领域。

　　丁香园有幸邀请到中国科学院院士、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员、细胞生物学国家重点实验室主任、中国细胞生物学学会理事会副理事长李劲松教授，为大家分享他的经验和独到观点。

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　　暌违两年之后，我们又一次在线下迎来了中国细胞生物学学会全国学术会议。请问您对这次大会的召开有哪些感想和期待？

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　　李劲松院士：看到3000多位同行从全国各地来到苏州，大家齐聚一堂共同探讨细胞生物学领域的研究经验和遇到的问题，我感到非常开心。我非常享受这种新老朋友在线下面对面的沟通交流过程，大家可以一起愉快地聊科学问题、生活轶事、实验难题、研究方向，这是线上会议无法做到的。

　　我预祝本届会议取得圆满成功，期待通过这次会议，更多的不同实验室之间，学生和学生之间，学生和老师之间能够迸发出很多科研的火花，产生很多新的想法，然后促成一系列的合作，最终达成创新的成果。这也正是我们中国细胞生物学学会全国学术会议举办的初衷。

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　　在此次全国学术大会上，您将继任中国细胞生物学学会第13届理事会副理事长，请问对于中国细胞生物学在新时代的发展建设，您有哪些设想和考量？

　　A

　　李劲松院士：再次当选中国细胞生物学学会的副理事长，我感到非常荣幸。在我看来，学会本身的作用是一个平台，以学科为抓手，这个平台聚集了一大批国内优秀的细胞生物学领域或者相关领域的专家。我认为这个平台的建设应围绕以下4个方面的职责来进行：

　　第一，面对科学家群体，职责是促成学术交流与合作，以及为青年科研人员提供展示自我的舞台，帮助他们成长。

　　第二，为细胞生物学的教学提供大力支持，促进教学内容的更新换代、与时俱进，让学生能够学到最前沿的细胞生物学知识。

　　第三，面向普通大众，我们有科普细胞生物学知识的义务，还要在小朋友心里埋下一颗科学求知的种子。

　　第四，为我们的主管部门、上级领导（比如科技部、中科院等）提供可靠的信息和可行的建议，帮助他们做出正确合理的决策，来推动我国生物科学行业的发展进步。

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　　您和研究团队建立了小鼠类精子干细胞技术，并证明这类细胞可以代替精子使卵子受精产生健康小鼠。请问这项技术有哪些应用？其主要优势是什么？

　　A

　　李劲松院士：类精子干细胞（“人造精子”）代替精子使卵子受精产生健康小鼠的技术，也可称为“半克隆技术”。它最大的优势在于，突破了传统的遗传改造中的瓶颈，即：无法直接精准地改造配子细胞的遗传信息。半克隆技术能够精准改造能替代精子使用的类精子干细胞，然后通过“受精”就可以“一步到位”产生相应的动物模型。

　　类精子干细胞能够在多个应用领域发挥巨大的作用。比如，在基因层面，可以利用类精子干细胞对复杂疾病进行快速模拟。无论是单基因突变疾病，还是双基因突变疾病，甚至是多基因突变疾病，都可以实施精准改造。再比如，在个体水平上改造染色体是一件技术上很难实现的事，而我们开发了基于类精子干细胞技术的小鼠染色体改造的研究系统，利用此技术可以比较容易地建立染色体融合小鼠品系，成功模拟自然界中经由漫长演化时间的积累才会发生的染色体重排事件。

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　　您利用类精子干细胞携带CRISPR-Cas9文库实现了小鼠个体水平的遗传筛选，这是一个非常高效和灵活的方法。您能介绍一下这个方法的原理和应用吗？

　　A

　　李劲松院士：以往在小鼠个体水平进行基因的遗传筛选几乎是不可能实现的，而我们的类精子干细胞技术则能够“使不可能变为可能”，这充分体现了该技术的不可替代性。

　　现在我们可以利用类精子干细胞结合CRISPR-Cas9技术，相当于每个细胞都带上了一个剪刀手，可以针对不同基因进行编辑。每个细胞受精后就产生了一个胚胎，每个胚胎都是针对不同基因突变的个体，这样就可以实现了个体水平的遗传筛选，可以看到一个基因的突变在发育过程中会造成什么样的影响。

　　涉及到个体遗传筛选是复杂的，因此不能针对全基因组去做，而是需要有靶向的。比如，在我们之前的工作中，针对骨头发育选择了72个候选基因，每个候选基因设计3个向导 RNA（guide RNA，gRNA），建立了一个携带216个gRNA的文库，并转到类精子干细胞中，通过显微受精形成针对这72个基因突变的对应胚胎，再观察小鼠出生后的骨骼表型，进而分析是否存在gRAN靶向基因的突变，这样就实现了个体水平上的遗传筛选。

　　再比如，通过结合单碱基编辑系统（Base Editor），我们可以实现单个核苷酸的突变，有机会对重要蛋白质的关键氨基酸进行筛选。我们利用类精子干细胞结合碱基编辑器，对小鼠生殖前体细胞（PGC，Primordial Germ cell）发育中的重要基因Dnd1实现了个体水平氨基酸功能位点的遗传筛选。

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　　您一直在大力推动类精子干细胞技术的基因组标签计划，并将其称之为“北斗导航系统”。请问您推动这项计划的主要初衷是什么？目前这项计划主要取得了哪些成果？

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　　李劲松院士：推动这项研究的初衷，是由于现在整个生命科学研究缺乏一个标准化的在体、实时、动态的研究体系。

　　人类基因组计划自1990年正式启动，2001年初步完成，揭示了基因组中有2万多个编码蛋白质的基因，进入到了后基因组时代。后基因组时代重要的一个使命就是弄清这些蛋白质的功能，但是研究蛋白质需要抗体，每个蛋白抗体的亲和性都不一样，所以不同蛋白质之间是无法进行比较研究的，这是现在生命科学研究的一个关键限制性因素。

　　所以亟需解决的一个问题，就是构建一个标准化的研究生物大分子特别是蛋白质功能的研究平台。我们推动类精子干细胞的基因组标签计划的目的，就是给所有已知的蛋白质带上一个标签，通过在类精子干细胞中进行遗传改造获得标签类精子细胞文库，进而通过“受精“后直接产生动物模型。一旦我们建立了这样一个文库，就可以通过跟踪这个标签，对蛋白质进行定位，整个过程更简单、高效。

　　这就类似于要找一个人，以前需要通过一个城市、一个街道、一个小区去寻找，这需要很大的工作量。但现在每个人拥有手机，手机中带有芯片，可以通过北斗导航系统迅速定位。同理，给蛋白质带上一个标签，就相当于给它带上了芯片，可以通过标签的识别器，即相当于北斗导航系统对蛋白质进行定位跟踪。所以我认为基因组标签计划项目的实施，本质上是生命科学基础研究或应用研究中的基础设施建设，将为复杂生命科学研究提供简单、标准化的平台。

　　另一方面，基因组标签计划项目还可以直接或间接地提高生命科学研究成果的可重复性。目前，很多研究无法重复，就是由于实验系统的不标准所导致的。我们提供了正常生理条件下的小鼠模型，来标准化蛋白质研究，而且是在体实时动态的标准化的体系。

　　在上海市科委的支持下，我们构建了2000多个不同蛋白质的标签细胞系，每个类精子干细胞带上了不同蛋白质的标签，通过显微受精产生了将近400个标签小鼠，其中80%~90%都已被科学团队使用，服务了全球80多个不同的实验室，产生了一系列的科研成果。

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　　成为一个优秀的科研工作者，需要很有优秀的品质，请问您认为哪些品质至关重要，以及应该如何培养？

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　　李劲松院士：做科研最重要的是要有浓厚的兴趣，要始终保持对科研的好奇心，能够不断地提出一些科研问题，不要在乎自己提的问题在专家看来是不是显得“肤浅”或“无知”，这些奇思妙想的想法都是原创的、很了不起的科学火花。但因为知识有限，提出的问题不一定对，所以还要通过不断地学习，在学习过程中又可以基于新的知识产生新的科学问题，这是创新思维不断发展的过程。

　　任何一个人的成长都是学习的过程，做科研也是。在学习别人的科研成果中，能不断产生新的奇思妙想，提出新的科学问题，再去解决问题，终有一天可能会产生属于自己的全新发现，或者建立一项新的技术或者发现一个全新的蛋白质，甚至打开一个新的领域，之后要继续坚持，在你的领域深深扎根、做大做强。

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