全球首个人-猴嵌合胚胎诞生!伦理边界还扛得住吗?
人-猴嵌合体胚胎(红色为人类细胞)。(图片来源:季维智/昆明理工大学)

  4月15日,一支由中外科学家组成的科研团队在《细胞》杂志上发表了他们在嵌合体生物培养上的最新成果:人的扩展多能干细胞(Extended Pluripotent Stem Cells,EPS细胞)被注入132个食蟹猴(Macaca fascicularis)的早期囊胚内并进行了体外培养。胚胎发育到第19天后,仍有3个嵌合胚胎存活。这是人们首次实现人和猴嵌合体(chimera)胚胎的培养。
  耶鲁大学的干细胞生物学家亚历山德罗·安吉列斯(Alejandro Angeles)认为“这篇论文在干细胞和跨物种嵌合体研究领域具有里程碑式的意义。”不过,在取得突破性进展的同时,这一研究也引发了人们对于研究伦理问题的讨论。
  编译丨李诗源
  审校丨杨心舟 
  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。”
  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。