“人-猴混合胚胎”意味著什么？
中國新聞周刊記者/彭丹妮 李明子
發(fā)于2021.4.26總第993期《中國新聞周刊》
通過將人類干細胞植入其他動物的胚胎，我們有一天可能會為心臟或腎臟衰竭的病人在動物身上培育出新的器官。在向著這個終極目標邁進的過程中，中美科學家首次成功地培育了存活率較高的“人-猴混合胚胎”。
4月15日，昆明理工大學靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究院和省部共建非人靈長類生物醫(yī)學國家重點實驗室季維智、牛昱宇、譚韜、代紹興課題組及美國索爾克研究所研究人員在《細胞》雜志上發(fā)表文章，評估了人擴展多能性干細胞(hEPS)在食蟹猴中的嵌合能力，它在大眾當中引起了倫理討論與擔憂：這是“人-猴雜交”嗎？中科院北京生物物理所研究員王曉群向《中國新聞周刊》解釋說，與這種駭人聽聞的說法不同，這個實驗探究的是，少數(shù)的人胚胎干細胞，融合了猴子的早期胚胎以后能不能隨著胚胎一塊分化，這其實只是一個概念驗證。
異種嵌合體研究：從小鼠到猴子
自1970年代以來，世界各國的科學家們一直在以異種嵌合體，如綿羊-山羊嵌合體、大鼠-小鼠嵌合體等，來回答基礎發(fā)育生物學的問題，也有了一些令人興奮的成果。2017年，科學家們將小鼠干細胞發(fā)育成的胰臟，移植到了大鼠的胚胎中，治好了后者的糖尿病。含有不同物種來源細胞的胚胎，被稱為“嵌合體胚胎”。
目前小鼠是主要的混合胚胎宿主，但由于嚙齒動物和人之間的胚胎大小和妊娠期區(qū)別過大，需要尋找其他更為合適的嵌合宿主。首次在大型動物中開展嵌合研究的，是美國索爾克生物研究所的教授貝爾蒙特，他也是此次論文的作者之一。
2012年，日本研究人員山中伸彌憑借其在誘導多能干細胞(iPSCs)方面的研究獲得了諾貝爾獎。他的研究顯示，在成熟細胞中表達四種轉(zhuǎn)錄因子，能夠?qū)⒊墒旒毎D(zhuǎn)化為具有胚胎形態(tài)的誘導多能干細胞。這給了貝爾蒙特一個啟示，如果將這些人類誘導多能干細胞移植到動物體內(nèi)，是不是就可以在動物身上復制人類胚胎的發(fā)育過程？
2017年，貝爾蒙特和他的同事吳軍等人向豬胚胎中注射了人類干細胞，論文刊登于《細胞》雜志。當時，貝爾蒙特說，該研究的最終目標是在動物體內(nèi)培育出可供移植的人類細胞、組織和器官。但是因為二者親緣關(guān)系遠，有很大的進化差異，胚胎在母豬體內(nèi)發(fā)育3至4周后，大約每10萬個細胞里，只有1個細胞屬于人類，因此距離這一目標還很遙遠。
如果將人的干細胞放在與人親緣關(guān)系更近的猴子胚胎中，會發(fā)生什么？該論文作者之一、美國得克薩斯大學西南醫(yī)學中心分子生物學系助理教授吳軍告訴《中國新聞周刊》，發(fā)現(xiàn)人-豬嵌合的研究效果不好后，他們考慮轉(zhuǎn)向猴子，因而找到大洋彼岸的昆明理工大學的季維智、譚韜等教授。
中科院院士、昆明理工大學靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究院院長季維智團隊有較多的猴子資源，也做過猴和人胚胎發(fā)育的基礎研究工作。與此次研究相關(guān)的是，2019年10月，他們與貝爾蒙特合作，在《科學》上發(fā)表論文稱，建立了一個培養(yǎng)系統(tǒng)，能夠在長達20天的時間內(nèi)在體外培養(yǎng)食蟹猴的胚胎。
在這項最新的研究中，研究人員先從食蟹猴體內(nèi)分離出了受精卵，在培養(yǎng)皿里生長，體外受精、發(fā)育到第6天時，他們又給132個猴子胚胎注射了25 枚人類的擴展多能干細胞。隨后，研究人員觀察這些胚胎的發(fā)育情況、了解兩類細胞能否共存。
受精10天后，有103個嵌合胚胎還在繼續(xù)發(fā)育，將近八成，但之后，胚胎的生存率迅速下降：11天后，數(shù)量剩下91個；17天后，數(shù)量變成了12個；到了第19天，只有3個嵌合胚胎依舊存活，這也是目前體外培養(yǎng)食蟹猴胚胎技術(shù)的極限。第20天，所有胚胎死亡，胚胎體外培養(yǎng)結(jié)束。
英國劍橋大學的發(fā)育生物學家阿里亞斯認為，這項研究的數(shù)據(jù)不夠有說服力，胚胎的存活率在 15 天后迅速下降，說明這些嵌合體胚胎的狀況并不好。吳軍對此解釋說，沒有注射人類細胞的猴子胚胎，在體外也是15天之后不能發(fā)育，不是因為嵌合胚胎，而是因為胚胎培養(yǎng)系統(tǒng)本身還不是很成熟。
盡管存活率并不高，但是在人-猴嵌合體囊胚持續(xù)生長的過程中，人類細胞所占百分比高達4%。“這個結(jié)果證明，人-猴嵌合體胚胎比人干細胞與其他物種嵌合有很高的效率”。該論文的通訊作者季維智在接受媒體采訪時表示，此前學術(shù)界報道的人-豬、人-鼠嵌合胚中，人干細胞占比只有千分之一到萬分之一左右。
不過，王曉群說，這些胚胎不可能繼續(xù)發(fā)育，因為細胞數(shù)量非常少，慢慢就被稀釋掉了；而且靈長類動物的免疫系統(tǒng)建立起來以后，識別到這不是它自己的細胞，就會把人類細胞殺死。
違反倫理規(guī)范嗎？
圍繞人-動物混合胚胎研究的倫理爭議一直沒有停止。
日本在2019年解禁了“人-動物嵌合體”管制。此前，日本規(guī)定，含有人細胞的動物胚胎不能培養(yǎng)超過14天，但新規(guī)則允許，在科學合理且必要的條件下，嵌合體胚胎不僅可以在14天后繼續(xù)培育，而且允許被移植到代孕動物體內(nèi)，但不能與人的生殖細胞進行任何結(jié)合。
目前，嵌合體胚胎的實驗在中國國內(nèi)沒有被禁止，但需要得到倫理審批。據(jù)西班牙《國家報》2019年8月報道，貝爾蒙特一直在與中國的研究人員合作。最新的這項研究資金來源是國家自然基金、云南地方基礎科研項目經(jīng)費、一所西班牙大學和一家美國基金會。
美國國立衛(wèi)生研究院規(guī)定，聯(lián)邦資金不能用于創(chuàng)造人-猴混合胚胎，不過，吳軍說，在美國是可以做人-猴嵌體的，但需要通過倫理委員會一層層審批才可以；資金方面，美國政府不給予經(jīng)費支持，但還有其他基金、個人捐款等其他來源。
論文另一位通訊作者、昆明理工大學生物學教授牛昱宇在接受媒體采訪時也表示：“我們的整個實驗是在體外進行的，沒有進入體內(nèi)。體外培養(yǎng)就像培養(yǎng)細胞一樣，不會產(chǎn)生個體。對我們的工作來說，這是一個重要的倫理界限�！痹谡撐闹校芯空咭哺缴狭私邮軅惱韺彶榈倪^程。
王曉群說，此前，有日本科學家用猴子來研究胚胎早期發(fā)育，用來提供卵、做代孕母親的猴子有上百只之多，可見這個問題之重要。而昆明理工大學季維智、牛昱宇等人建立的食蟹猴的胚胎體外培養(yǎng)系統(tǒng)，恰好可以解決這個倫理問題。
此次論文發(fā)表后，美國斯坦福大學亨利·格里利和杜克大學的妮塔·法拉尼發(fā)表評論文章《推進有關(guān)猴子/人類嵌合胚胎的倫理對話》指出，嵌合囊胚里的人細胞，可能會發(fā)育為胚胎的各個部分，然后分化為爭議更大的細胞，不過，這些都是后話，前提是含人細胞的嵌合體胚胎能夠且被允許發(fā)育。
解決移植器官數(shù)量缺口的方式包括：3D 打印、在體外培養(yǎng)類器官、直接從其他動物身上移植器官，或是讓嵌合體動物“長出”人的器官。盡管這項研究或許有助于促成嵌合體器官有朝一日的實現(xiàn)，但目前，它還承擔不了這么高的期待。
中科院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究員仇子龍告訴《中國新聞周刊》，這項研究完全符合科學界的科研倫理共識，不涉及人類受精卵的基因編輯、改造。而且該研究不是要將人和動物的混合胚胎生出來，是要把早期胚胎的發(fā)育原理搞清楚，為人類器官移植打下研究基礎。就他所知，著名華人科學家、哈佛大學張毅教授也做過類似研究。
王曉群說，這項研究不是簡單將人的胚胎發(fā)育過程觀察從14天推到了21天，而是觀察人的細胞在活體環(huán)境下的部分發(fā)育。就拿心肌細胞的發(fā)育過程來說，過去用培養(yǎng)皿也可以在體外分化出心肌細胞，但畢竟和體內(nèi)環(huán)境下還是不一樣的。此外，有了這個模型以后，如果能夠規(guī)�；�，其實是可以幫助進行小分子藥物篩選的。
雖然人猴嵌合獲得了較高的效率，但是，要真正培育出異體器官還有很長的路要走。以現(xiàn)在科學和技術(shù)發(fā)展的速度，最終實現(xiàn)這一目標，季維智估計，可能還要10年左右。
《中國新聞周刊》2021年第15期
聲明：刊用《中國新聞周刊》稿件務經(jīng)書面授權(quán)
