20天!中国研究团队创灵长类体外胚胎培养新纪录(图)

研究人员在实验室将猴子胚胎培养至第20天，或将重启人类胚胎到底应在培养皿中发育多久的争论。中国的两个研究团队成功在培养皿中让猴子胚胎发育至20天，创下了迄今体外存活最久的灵长类胚胎纪录。这项研究揭示了人类胚胎早期发育过程中一个关键但缺乏了解的阶段，实验结果或让延长人胚胎体外培养时限的讨论再次提上台面。


两个研究团队在实验室中成功将食蟹猴胚胎培育了20天。来源：Mark MacEwen/Nature Picture Library

研究人员想通过培育胚胎了解胚胎发育的最初阶段。2016年，美国生物学家成功在体外将人胚胎培养至13天，但随即停止了实验——根据一项国际公认的规则，出于伦理原因，人胚胎的培养时间不得超过14天。作为与人类亲缘关系很近的物种，猴子的胚胎为了解人类早期发育打开了一扇窗，但科学家此前只将猴子胚胎培养到最多9天。

不久前，两支中国团队在《科学》上发表论文1，2，报道了实验室培养的食蟹猴（Macaca fascicularis）胚胎经历的几个关键过程，其中包括原肠运动，也就是各种类型的细胞在14天左右开始形成的过程，这些细胞会后续发育成不同的器官和组织。

加州理工学院的发育生物学家Magdalena Zernicka-Goetz表示：“这项研究的最大贡献在于发现了一个与人近似、可供研究体外原肠运动的模型系统，这非常令人兴奋。”

尽管研究表明，猴子的早期发育可以映射人类最初两周发育的多个方面，但这两支团队还是发现了两者之间的细微差异。法国干细胞与脑研究所的干细胞生物学家Pierre Savatier说，这说明猴子胚胎可能不是研究人类发育过程中某些高级阶段的合适模型。他预测，这些论文将推动将培养时间延长至14天以上的政策改革。

将猴子胚胎的培养时间再次拉长还能推动另一个热门但有争议领域的发展——被称为嵌合体的人猴杂交胚胎，培育杂交胚胎的目的是为了研究人类细胞如何分化成器官。由于研究人员无法将猴子胚胎培养至足够长的时间来观察所注射的人类细胞的行为，这项研究一直难见进展。Savatier表示自己将使用这种培养技术发育猴子胚胎，再在胚胎中注入人类干细胞。他说，“这种培养系统对于嵌合体实验非常重要。”幸运胚胎

两个研究团队都选择在胶状基质上培育猴子胚胎，这种基质能够比子宫内细胞提供更多氧气。这种培养技术是由Zernicka-Goetz团队开发的，该团队和另外一支同样来自美国的团队在2016年将人胚胎成功培养至13天3，4。

在最新发表的两篇论文中，其中一项研究由加州索尔克生物研究所的发育生物学家Juan Carlos Izpisua Belmonte与云南省灵长类生物医学重点实验室的季维智共同领衔。该团队报道称，200个猴子胚胎中有46个发育到了第20天。在另一篇论文中，中国科学院动物研究所发育生物学家李磊团队表示，他们培育的3个胚胎存活到了第20天。


一个17天的胚胎。来源：Y. Niu et al./Science

两个团队通过体外受精培养了这些胚胎，并追踪了它们的发育过程，从而确定它们是否会像在子宫里一样发育。团队研究的内容包括胚胎中各种结构的形成时间和形状，支持胚胎生长的结构，不同阶段细胞表达的蛋白质类型，以及会成为卵子或精子的原始生殖细胞。他们之后再将这些观察结果与既往实验中的同物种发育情况进行比较。在之前的实验中，科学家从怀孕天数不同的猴子体内取出过各种阶段的胚胎，最长的为17天5。

两个研究团队都称培养皿中的胚胎与子宫中的胚胎发育方式相同。Izpisua Belmonte表示：“可以说我们在体外观察到的这些结果反应了体内的发育情况。”

研究团队在第20天停止了实验。当时，胚胎颜色已经开始变暗，一些细胞从胚胎中分离出来，这些都是胚胎结构瓦解的迹象。李磊说出现这些现象的原因尚不清楚。他和Izpisua Belmonte表示，在更类似子宫的细胞外基质中培养细胞，或许能让胚胎活得更久。接下来，季维智希望能够将胚胎培养至原始神经系统开始形成的时间点，大概在20天左右。细微差异

密歇根大学安娜堡分校的生物工程师傅剑平一直在尝试培养合成人类胚胎，他认为两项研究中的数据均表明猴子和人类的早期发育存在细微但至关重要的差异，这也让非人灵长类动物胚胎无法完全替代人细胞的研究。他说：“体外培养的人胚胎仍然是研究和理解人类发育所不可替代的系统。”

Savatier说，季维智和Ispizua Belmonte的这篇论文中指出了一个差异，那就是猴子细胞中表达的最终会形成胎盘的基因与人类的不同。但要研究人胚胎的后期发育过程，监管机构必须先解除14天的禁令。

美国团队在2016年将人胚胎培育至13天之后，一些科学家和伦理学家提出应修改14天政策。2017年的一项英国民意调查也显示公众强烈支持延长这一期限。Savatier等人认为，揭示人胚胎发育具有独特特征的研究结果将为政策改革增添新论据。他表示：“毫无疑问，这项工作将迫使伦理委员会和监管机构就14天规则重新展开讨论。”

研究人员相信，如果规则改变，就能用胶状基质把人胚胎培养到更后期的阶段。季维智表示他们研究所的另一个小组已经开发了一种专门针对人胚胎的实验方法，不久将发表。他说：“这个系统或能用于将人胚胎培养至20天，但我们尚未打算这么做。” 阅读原文