科学家首次在实验室培育出人猴嵌合体胚胎(组图)

据外媒报道，在一项突破性的新研究中，科学家首次创造了人猴嵌合体胚胎。这些嵌合体为更精确的人类生物学和疾病模型铺平了道路，这可能会带来一系列新的医学好处。当然，它们也引发了一些复杂的伦理问题。简而言之，嵌合体就是包含来自多个个体的细胞的有机体。

它可以在发育过程中自然发生，如异卵双胞胎在早期融合也可以是一个人工过程--从技术层面上讲，器官移植可以产生嵌合体。

但它不一定是来自同一物种的细胞。几十年来，科学家们一直在试验异种嵌合，即将类似的动物如老鼠、绵羊和山羊融合在一起。在这项新研究中，来自索尔克研究所和昆明理工大学的研究人员成功地创造出了人类和猴子的嵌合体。

在实验室培养试验中，该团队从猴子囊胚开始。在受精后6天，它们被注射了25个人类扩展多能干细胞(hEPS)，这些细胞在胚胎发育时对组织有贡献。

当研究人员在24小时后检查这批胚胎时，他们在132个胚胎中检测到了人类细胞。10天后，还剩下103个嵌合胚胎，但到第19天，只有3个存活。在那之后，胚胎在进一步发育之前被终止。

这项成功的实验表明，人类细胞可以在猴子胚胎中存活和增殖且数量相对较高。该团队表示，其目标是为研究生物发育、进化、疾病进展和治疗建立了更好的模型。

该研究的论文资深作者Juan Carlos Izpisua Belmonte说道：“由于我们无法在人体上进行某些类型的实验，我们必须拥有更好的模型以便更准确地研究和理解人类生物学和疾病。实验生物学的一个重要目标是发展模型系统以便在体内条件下研究人类疾病。”

这并不是第一个被创造出来的人跟动物的嵌合体。2017年，同样是这些科学家中的一些人通过将人类干细胞植入猪胚胎并在代孕体内培育四周从而创造了人-猪嵌合体。这是人类细胞首次被证明能在另一种动物的胚泡内生长。

不过当时这项研究问题是，经过了数千万年的进化，人类和猪是完全不同的物种。现在选择使用猴子则是因为人类和猴子的关系更为密切，而这能够提高嵌合体成功的几率。

然而所有这些都回避了一些非常重要的问题--我们为什么要这么做？我们应该这样做吗？就嵌合猪而言，最终目标是培育用于移植的人体器官以减少漫长的等待名单。由于它们可以根据病人自身细胞的需求生长，所以其能消除排斥风险同时也能消除对免疫抑制药物的需求。

嵌合猴可能是类似的可移植组织载体，但它们也可能更有用，作为“人性化”试验对象以展开新药或医疗研究等，其结果将更接近于我们在人类身上所期望的结果。

这些都是高尚的事业，但它们值得踏入道德雷区吗？

新嵌合体的宣布无疑会被一些人贴上“非自然”或“扮演上帝”的标签--但许多科学突破也会被贴上同样的标签。

另外还有动物保护方面的问题--这些嵌合体是否足够健康以过上相对正常的生活或它们可能会遭受终生的健康问题吗？它们是否需要与其他动物隔离？这本身就是一种残忍。

值得肯定的是，猴子嵌合体研究的研究人员明白他们正在做的是什么--在工作之前和工作期间，他们咨询了在嵌合体政策方面有经验的生物伦理学家以确保他们所有的事情都是照章办事。这就是胚胎是在实验室里培养的而非代孕妈妈体内培养的原因，同时也是它们不被允许在20天之后发育的原因。

Izpisua Belmonte说道：“作为科学家，我们有责任在进行研究的过程深思熟虑、遵循所有的道德、法律和社会准则。伦理咨询和审查在机构层面和通过与非附属生物伦理学家的接触进行。这种彻底而详细的过程帮助指导了我们的实验。”

争论无疑还会继续，但无论如何，这项科学突破代表着一个重大突破。

19天的人-猴胚胎

跨物种嵌合体的研究始于上世纪70年代。在再生医学领域的应用前景是吸引科学家对嵌合体进行研究的原因之一。目前，全世界的器官移植主要来源是捐献，缺口巨大。而通过将人的多能干细胞嵌入其他动物的胚胎并进行培养，则有望在嵌合体上“养”出人类器官，挽救众多器官移植需求者的生命。

2017年，该研究团队曾尝试构建了人-猪嵌合体。这一研究主要出发点是，猪的器官大小、发育速度、养殖成本等都使其适合用于培养嵌合体并提供人类器官。然而这一研究的结果并不理想：嵌合体胚胎在猪体内培养3-4周之后，实现的嵌合效率很低，约每10万个猪细胞中只有1个人类细胞，这样的嵌合度几乎不可能形成真正的人类器官。

目前，科学界达成的普遍共识是，当受体动物与人类在演化上的亲缘关系较远时，人类多能干细胞将无法持续、稳定地参与嵌合体的形成。因此，科学家将目光投向了与人类同为灵长类的猴子。研究人员还指出，这一研究能帮助人们理解早期人类发育和灵长类的演化，并且为培养人和与人亲缘关系较远的动物的嵌合体提供参考。

该研究的主要领导者，美国索尔克生物研究所的胡安·贝尔蒙特（Juan Belmonte）表示，他们并不打算将任何混合胚胎植入猴子体内，他们的目标是理解在胚胎发育早期，不同物种的细胞如何相互通讯。

 


本研究通讯作者之一贝尔蒙特教授。（图片来源：索尔克研究所）

在最新的研究中，研究团队选择了人类EPS细胞作为嵌合胚胎中人类细胞的来源。与以往的多能干细胞相比，EPS细胞与小鼠形成嵌合体的能力更强。研究人员先将食蟹猴的受精卵培养6天至早期囊胚阶段，然后向132个囊胚中注入EPS细胞，并在新近开发的猴胚胎体外培养体系中培养。这一体系是由来自昆明理工大学的研究人员开发的，其可以让体外培养的猴胚胎存活20天，这是目前猴胚胎体外培养的极限时长。

起初，这些嵌合体胚胎的存活数呈稳定的下降趋势：受精后第9天时存活的嵌合体胚胎数为111，而到第15天时这一数量为38。但此后嵌合体的存活率骤然下跌，第17天时存活数量较第15天下降超过2/3，仅剩12个。最终在第19天时，有3个嵌合体胚胎仍然存活。

 


研究流程概要。（图片来源：研究论文）

尽管最终存活的嵌合体胚胎比例不高，但本次实验的嵌合效率较高。总体上，人类细胞在外胚层中的比例达到了较高水平（第15天时达到最高值7.08%）；在内胚层中这一比例稍低，但仍达到4%左右。这些结果远远超过了之前的人-猪嵌合实验。

利用荧光染料和单细胞RNA测序技术，研究人员发现嵌合体中的人类细胞似乎已经与猴细胞整合，并开始分化为可发育为不同器官的细胞。贝尔蒙特还表示：“总的来说，每一个嵌合胚胎当中的人类细胞增殖和分化的程度各不相同。”

此外，研究人员还发现人和猴细胞之间存在通讯的信号通路。嵌合体中猴胚胎的微环境对人类细胞的转录状态产生了影响，反之亦然；人和猴的细胞都在表达特征上向对方“靠拢”，变得彼此相似。“这很有趣。”本研究的通讯作者之一，现任职于德克萨斯州立大学西南医学中心的吴军称，“这表明人细胞和猴细胞虽然在早期发育过程中存在差异，但细胞之间可能存在跨物种细胞协同，从而有助于人细胞在猴胚胎中的分化和存活。”

人-猴嵌合胚胎发育过程延时摄影。视频来源：研究论文

我们准备好了吗？

将人类细胞与近缘灵长类胚胎结合的做法同时也引发了人们关于研究伦理的讨论。该研究发表同日，《细胞》杂志上还发表了一篇关于人-猴嵌合胚胎研究伦理的评论文章。文章指出，生物医学的研究，总会不断推进伦理的边界；另一方面，我们也需要考虑不同的研究对人类、动物以及环境的影响。例如，美国国家科学、工程和医学院曾在一份报告中称，人类的细胞可能进入动物脑部，改变它们的智能。不过本研究中的胚胎还不具有神经系统，所以不会出现这一问题。

此外，嵌合体还可能引发对于其地位和身份的争议。凯斯西储大学的生物伦理学家仁秀贤（Insoo Hyun）指出：“有些人可能会认为你在创造道德上很难明确界定的实体。”但他也表示该研究团队在遵循现有的规章制度方面已经很尽责：“我认为他们花了很多工夫、做到了应有的谨慎，留意到了各种规定和伦理问题。”

与此同时，国际上也在跟进推行与这一研究领域相关的指南。下个月，国际干细胞研究学会（ISSCR）预计将会发布干细胞研究指南的修订版。仁秀贤正带领ISSCR的委员会讨论嵌合体研究，他表示修订后的版本会重点关注非人灵长类和人类的嵌合体。包括美国、英国和日本在内的许多国家都对涉及人类细胞的嵌合体研究出台过限制性规定。

在《细胞》的评论文章里还提到，其讨论仅限于本次研究自身。牛津大学的生物伦理学家卡特里恩·德沃尔德（Katrien Devolder）指出，“它们（本研究中的嵌合体）不能感受到疼痛，也不具备意识。但如果我们让人-猴嵌合体进一步发育，事情就会变得大不一样了。”此外，人们也应当开始思索，如果将来这些人-猴嵌合体进入了体内实验，发育成某种生物甚至最终被生下，我们应当如何应对这一伦理困境。 阅读原文