能否不改变基因，仅通过“泡药水”就让发育成熟的人类体细胞“返老还童”，重新获得发育为各种组织器官的潜能？
2022年4月13日，《Nature》杂志在线发表了北京大学邓宏魁研究团队的突破性进展，该团队首次实现了利用化学小分子将人类体细胞重编程为多潜能干细胞。今天我们就来拆解一下这篇文章：Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells。
研究概述
人类体细胞的表观遗传景观高度稳定，使其对外部化学刺激具有抗性，此前很难像小鼠细胞那样直接通过化学手段诱导产生多潜能性。本研究受低等动物如蝾螈断肢再生过程的启发，通过严谨的小分子筛选发现，建立一种中间塑性状态是解锁人类细胞潜能的关键。通过这种方式，研究人员成功绕过了稳定的表观遗传屏障，诱导出了在转录组和表观遗传特征上均与人类胚胎干细胞高度相似的化学诱导多潜能干细胞（hCiPS细胞）。
实验设计
研究人员选取了人类胎儿成纤维细胞（HEFs）、成人脂肪来源间充质基质细胞（hADSCs）以及成人皮肤成纤维细胞（hASFs）作为初始细胞。重编程过程被分为四个连续的化学诱导阶段：阶段 I 诱导成纤维细胞转变为上皮样细胞；阶段 II 建立中间塑性状态并促进细胞增殖；阶段 III 激活OCT4等关键多潜能基因；阶段 IV 最终建立并维持稳定的多潜能性网络。
研究结果
图2 通过单细胞转录组分析描绘了完整的重编程轨迹，识别出中间塑性状态、类胚外内胚层（XEN-like）状态和原始多潜能状态。
图3 揭示了重编程早期的中间塑性状态激活了与肢体发育和再生相关的基因程序，这一过程与蝾螈的断肢再生高度相似。
图4 通过筛选确定了JNK通路是人类细胞获取塑性的主要屏障，抑制该通路能有效抑制促炎途径并开启再生样程序。
数据分析
生信分析
本研究采用了多组学技术手段，包括： 单细胞RNA测序（scRNA-seq）、单细胞ATAC测序（scATAC-seq）、批量转录组测序（bulk RNA-seq）、批量ATAC测序（bulk ATAC-seq）以及全基因组亚硫酸盐测序（WGBS） 。
分析流程
原始测序数据经FastQC质控和Trimmomatic去接头处理后，利用STAR或Bowtie2比对至人类参考基因组hg19。单细胞数据通过Seurat流程进行标准化和聚类，并使用Waddington-OT、PAGA及PHATE算法推断细胞命运转变的动态轨迹。甲基化分析则采用Bismark软件计算CpG位点的甲基化水平。针对ATAC-seq数据，利用MACS2进行峰值识别（peak calling），并结合ArchR流程分析染色质开放性变化。
统计分析
实验数据处理采用了双尾未配对Student’s t-检验来比较组间差异，针对基因富集分析使用了单侧超几何检验，轨迹分析中的特征富集则通过单侧置换检验进行验证。
总结
研究意义
该研究打破了人类体细胞重编程的化学屏障，证明了仅靠小分子即可重塑细胞命运。这种基于化学物质的方法不涉及基因修饰，具有更高的可控性和标准化潜力，为临床级细胞制备和人类再生医学研究提供了新的平台。
文章复现
这篇文章的原始数据和生信分析代码都公开了，学习起来很方便。
原始数据：
• NCBI GEO Accession: GSE178325 (scRNA-seq)
• NCBI GEO Accession: GSE178324 (scATAC-seq)
• NCBI GEO Accession: GSE176381 (bulk RNA-seq)
• NCBI GEO Accession: GSE178323 (bulk ATAC-seq)
• NCBI GEO Accession: GSE178966 (WGBS)
分析代码：
• GitHub Repository: https://github.com/sajuukLyu/Guan_et_al._2022
推荐阅读
中国银河生信云平台（UseGalaxy.cn）致力于零代码生信分析。平台拥有海量计算资源、3000 多个生信工具和数十条生信流程，并且为用户提供 200G 免费存储空间。进群交流请先加 usegalaxy 为好友。
最佳Galaxy生信云平台教程：从入门到精通（图文版）
转录组分析流程和工具大全（最强总结）
全网最佳WGCNA分析教程，一键完成
一文搞懂GSEA富集分析
一文详解细菌耐药性生信分析:从下机数据到耐药基因鉴定
一文学会从测序数据到构建系统发育树：超全面的详细步骤与软件指南
经典生信流程
推荐课程
我们还为进阶用户提供高质量培训课程，欢迎参加：
RNA-seq数据分析实战 | 2026年第2期，开启你的生信学习之旅
