升龍

含有不同物種來(lái)源細(xì)胞的胚胎，被稱為“嵌合體胚胎”。這聽起來(lái)像是邪惡科學(xué)家的瘋狂念頭;但實(shí)際上，不少科學(xué)家都希望，能用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)解決一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題——器官移植。

有大量的患者在等待器官移植手術(shù)，僅在中國(guó)，每年就有高達(dá)30萬(wàn)例器官移植的需求。然而，現(xiàn)有的器官捐獻(xiàn)遠(yuǎn)不能滿足這一需求?？茖W(xué)家正在探究一些替代方法，例如3D打印、在體外培養(yǎng)類器官、直接從其他動(dòng)物身上移植器官，或是讓嵌合體動(dòng)物“長(zhǎng)出”人的器官。如果能讓豬長(zhǎng)出人的心臟，那么這枚心臟用于移植時(shí)，引起的排異反應(yīng)可能比直接使用豬心臟時(shí)少得多。

小鼠胚胎長(zhǎng)出了大鼠的心臟

從左到右依次是：小鼠，與大鼠嵌合后的小鼠，與小鼠嵌合后的大鼠，大鼠。

在嚙齒動(dòng)物身上，這個(gè)理論已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。2010年，東京大學(xué)的中內(nèi)啟光團(tuán)隊(duì)制造了大鼠-小鼠嵌合體，讓小鼠長(zhǎng)出了大鼠的胰腺，而且這些胰腺能夠分泌胰島素。

但要產(chǎn)生可用于人的器官，這項(xiàng)技術(shù)才剛剛起步。

過(guò)去幾年，國(guó)外的研究團(tuán)隊(duì)曾嘗試制造人-豬胚胎、人-羊胚胎等，效果都不甚理想。例如2017年的人-豬胚胎研究中，只有約12%的嵌合體胚胎能夠繼續(xù)發(fā)育，而且人細(xì)胞在全部細(xì)胞中的占比不足0.001%。這可能是因?yàn)樨i、羊與人的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。

想要了解人細(xì)胞在嵌合體胚胎中發(fā)生了什么、如何才能提高嵌合成功率，研究者猜測(cè)，我們或許能從人-靈長(zhǎng)類動(dòng)物嵌合體胚胎中得到啟發(fā)。

制造人-猴胚胎

人-猴胚胎的產(chǎn)生，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將人的多能干細(xì)胞注射進(jìn)體外培養(yǎng)的食蟹猴胚胎中。理論上來(lái)說(shuō)，多能干細(xì)胞具有和胚胎干細(xì)胞一樣的分化潛能，能夠分化成為所有組織和器官。

作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的食蟹猴

嵌合體胚胎在體外培養(yǎng)不同階段的圖片

在本次實(shí)驗(yàn)中，研究者在每一個(gè)體外受精、發(fā)育到第6天的食蟹猴胚胎中，注射了25枚人的多能干細(xì)胞。注射1天后，全部132枚猴胚胎中都出現(xiàn)了人來(lái)源的細(xì)胞。胚胎發(fā)育到第10天，仍有111枚嵌合體胚胎能正常生長(zhǎng)。隨著時(shí)間推移，嵌合體胚胎的存活率逐漸降低，并在第15天銳減。第19天，僅有3枚嵌合體胚胎存活，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)至此結(jié)束。

除了存活率提升之外，人細(xì)胞在人-猴胚胎中的占比也達(dá)到了2%～7%，且在上胚層和下胚層中均有出現(xiàn)。上胚層與下胚層是囊胚（胚胎早期的一個(gè)階段）的兩個(gè)結(jié)構(gòu);隨著胚胎發(fā)育，這兩部分細(xì)胞將進(jìn)一步發(fā)展為外胚層、中胚層、內(nèi)胚層等，最終分化產(chǎn)生動(dòng)物體的全部器官。

也就是說(shuō)，如果后續(xù)有人繼續(xù)培養(yǎng)甚至移植人-猴胚胎，讓它們最終出生，那么嵌合體小猴子體內(nèi)的各處器官，可能都存在著來(lái)源于人的細(xì)胞。

在這項(xiàng)研究中，人-猴嵌合體胚胎只培養(yǎng)到第20天，避免了更大的倫理問(wèn)題。論文第一作者、昆明理工大學(xué)生物學(xué)教授譚韜表示，他們沒(méi)有移植胚胎的計(jì)劃，至于是否要繼續(xù)培養(yǎng)胚胎，也還需要后續(xù)廣泛的討論和倫理論證。

各國(guó)規(guī)定各不相同

制造“半人半動(dòng)物”的胚胎，是極大的倫理挑戰(zhàn)。為了規(guī)范這類實(shí)驗(yàn)，不少國(guó)家制定了相應(yīng)的規(guī)范，但目前各國(guó)的規(guī)范各不相同。

按照美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的規(guī)定，有關(guān)人-靈長(zhǎng)類動(dòng)物嵌合體胚胎的實(shí)驗(yàn)無(wú)法得到他們的資金支持;2015年，他們又宣布暫停資助人-非靈長(zhǎng)類動(dòng)物嵌合體胚胎的研究。

日本則相反，他們?cè)?019年放開了管制。原本，含有人細(xì)胞的動(dòng)物胚胎不能培養(yǎng)超過(guò)14天。但隨著新規(guī)出臺(tái)，在科學(xué)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(dòng)物體內(nèi)，但不能與人的生殖細(xì)胞進(jìn)行任何結(jié)合。

當(dāng)嵌合體胚胎遇到靈長(zhǎng)類動(dòng)物時(shí)，問(wèn)題則變得更復(fù)雜——由于親緣關(guān)系更近，人猴胚胎的嵌合更有可能成功;但也由于親緣關(guān)系更近，靈長(zhǎng)類動(dòng)物可能具有更高級(jí)的智慧和情緒，涉及它們的實(shí)驗(yàn)總是要顧及更多倫理因素。

譚韜表示，他們的這項(xiàng)研究是按照國(guó)家法規(guī)要求來(lái)進(jìn)行的。在我國(guó)，嵌合體胚胎的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有被禁止，但需要經(jīng)過(guò)倫理審批。本研究是和美國(guó)的索爾克生物研究所合作的，在研究的前期、中期和結(jié)束后，中國(guó)和美國(guó)方面都對(duì)研究的科學(xué)性和倫理進(jìn)行了數(shù)輪咨詢和審查。

倫理標(biāo)準(zhǔn)需要細(xì)化

如果以“嵌合體胚胎是否繼續(xù)發(fā)育”為標(biāo)準(zhǔn)，這次的人-猴胚胎沒(méi)有踩到倫理的紅線。這些胚胎從受精起就只在體外培養(yǎng)，而且只培養(yǎng)到第20天。通訊作者之一、美國(guó)索爾克生物研究所的胡安·卡洛斯·伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特表示，他們的目標(biāo)不是制造任何怪物，他們也沒(méi)有這么做。

嵌合體的英文chimera來(lái)源于古希臘，是一種上半身像獅子、中間像山羊、下半身像毒蛇的會(huì)噴火的怪物。

另一位通訊作者、昆明理工大學(xué)的生物學(xué)教授牛昱宇則表示：“我們的整個(gè)實(shí)驗(yàn)是在體外進(jìn)行的，沒(méi)有進(jìn)入體內(nèi)。體外培養(yǎng)就像培養(yǎng)細(xì)胞一樣，不會(huì)產(chǎn)生個(gè)體。對(duì)我們的工作來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)重要的倫理界限?！?p>

胡安·卡洛斯·伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特，同時(shí)也是2017年人-豬胚胎的負(fù)責(zé)人。

但未來(lái)呢？如果要利用嵌合體制造發(fā)育成熟的、可移植的器官，很可能還是躲不開嵌合體胚胎的繼續(xù)發(fā)育，甚至出生。正如《細(xì)胞》的評(píng)論文章所說(shuō)，生物醫(yī)學(xué)越發(fā)地面臨兩難境地：我們需要更好的模型來(lái)了解人體生理和疾病，但要想獲得與人體接近的模型，卻往往是在挑戰(zhàn)倫理。

如果希望嵌合體生物產(chǎn)生可移植器官，一種理想的情境是，科學(xué)家能有辦法嚴(yán)格控制人細(xì)胞在嵌合體中出現(xiàn)的位置，讓它們只出現(xiàn)在最有必要的地方——倫理與科技的死結(jié)，或許可以寄希望于更新的技術(shù)來(lái)解開。

不過(guò)，也有科學(xué)家對(duì)這項(xiàng)研究提出質(zhì)疑。劍橋大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家阿方索·馬丁內(nèi)斯·阿里亞斯認(rèn)為，這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)不夠有說(shuō)服力，胚胎的存活率在15天后迅速下降，說(shuō)明這些嵌合體胚胎的狀況并不好。另外，如果想要培育可用于移植的器官，可以通過(guò)體外類器官培養(yǎng)，這可以避免實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的倫理問(wèn)題;而就算要用嵌合體動(dòng)物，豬、牛等動(dòng)物也比靈長(zhǎng)類動(dòng)物更有希望，并且不會(huì)挑戰(zhàn)倫理問(wèn)題。

牛昱宇也認(rèn)為，從倫理角度出發(fā)，未來(lái)可用于產(chǎn)生器官的，很可能是人-非靈長(zhǎng)類動(dòng)物嵌合體;目前的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，更多在于了解人細(xì)胞在嵌合過(guò)程中發(fā)生了什么。為此，他們?cè)敿?xì)評(píng)估了人-猴嵌合體胚胎的發(fā)育過(guò)程，找出了那些在嵌合體胚胎中發(fā)生改變的基因表達(dá)和信號(hào)通路。這些信息，有助于人-非靈長(zhǎng)類動(dòng)物嵌合體胚胎的研究和可再生醫(yī)學(xué)研究。譚韜則表示，后續(xù)更重要的問(wèn)題，是要詳細(xì)研究如何提高嵌合效率。