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猪猴嵌合活体?未来会有哪些奇异生物?

刘迪一 世界科学 2023-02-15

在中科院动物研究所里诞生的两只猪猴嵌合体将该领域的研究又向前猛推了几尺,在此之前,还有未发育足月的人猪嵌合体胚胎、人猴嵌合体胚胎,在与伦理问题的纠缠中,人类会把这一类极度敏感的科学研究推到多远?


没活过7天的两只小猪

嵌合体对应的英文是chimera,而chimera则是希腊神话中狮头、羊身、蛇尾的怪物,这种怪奇动物所能激发的诡谲狂想往往也是大多数外行听到“人猴嵌合体”或“人猪嵌合体”时会产生的。


2019年的收尾,中科院动物研究所干细胞与生殖生物学实验室里的研究人员用两只活了不到一周的“猪猴嵌合体”再次激发了一阵狂想以及——再生医学领域与相伴而行的伦理话题中的激荡。


刊载未达两周,文章的下载量便超过3700次,转发次数达到64次;号称世界第一科学/科技新闻杂志的《新科学家》(NewScientist)率先报道了这项进展,且该新闻到现在还位居杂志热度榜第5位;美国新闻周刊、雅虎新闻、CBC News等外媒都报道了此研究……

这篇于11月28日发表在《蛋白质与细胞》(Protein & Cell)上的文章所告诉我们的技术内容大概可以归纳成以下几点:
周琪、李伟、海棠等人的团队将食蟹猕猴的胚胎干细胞cmESC通过显微注射方法注入到了猪的囊胚中;这些cmESC事先通过基因编辑加入了荧光蛋白GFP用以细胞追踪,而注入了cmESC的囊胚进行了特殊的体外培养;特殊之处在于所用的细胞培养基更接近于胚胎培养基,这个凝聚了研究者无数心血的 “培养秘方”使得囊胚以及囊胚中的cmESC能够以更高的存活率、更健康的状态进入到猪的胚胎中进行体内发育;共有4359个囊胚注入,得到了3个嵌合体胚胎,因为流产最终生产出2只猪-食蟹猴的嵌合体(共10 只仔猪)嵌合体猪和其他仔猪都在一周内死去,研究者怀疑是体外显微注射导致了它们早夭。

通过荧光蛋白发现嵌合体的心脏、肝脏、脾脏、肺和皮肤等多种组织均有食蟹猴细胞,比例在千分之一到万分之一之间。

来自于德克萨斯大学达拉斯西南医学中心的助理教授吴军表示:“对于嵌合体研究来说,首要技术问题就是如何让跨物种的胚胎干细胞更有效地进入到另外一个物种的早期发育胚胎里,且能够参与到各种器官的早期发育中。海棠等人针对此难点的解决方案就是把猪胚胎的培养液和中间阶段期的多能干细胞(intermediate PSC)的培养液混合到一起,用以培养食蟹猴的胚胎干细胞,从而帮助其在体外的培养基中就提前适应了猪胚胎内的环境。




大小鼠嵌合、人猪嵌合以及人猴嵌合

吴军的另一个身份是加州索尔克研究所的研究员。他和西班牙裔干细胞生物学家胡安•贝尔蒙特(Juan Carlos Izpisúa Belmonte)一道于2017年建构了惊世骇俗的人猪嵌合体胚胎。不过这个嵌合体因伦理问题在代孕母体内发育了3~4周即中止了。


贝尔蒙特在2019年与中国科学家牵手,共同开展灵长类动物的嵌合体研究。不过西班牙权威媒体《国家报》认为这位闻名再生医学界的抗衰老研究大咖主要是为了规避在美国和西班牙遇到的灵长类动物研究的法律问题才走向东方的,而他与中国的合作目标则是创造人猴嵌合体。

到了7月底,这个目标被实现了。虽然同样因为规则所限而发育未足月,但人与猴的嵌合体真真实实地将伦理红线推出了一个前所未有的距离。作为行业外人士,我们会很自然地联想:下一个嵌合对象会是猩猩吗?会允许嵌合体胚胎发育得更久吗?


不过抛开伦理话题,贝尔蒙特等人所做的工作都是极具开创性和重大意义的。


一开始,他与加州大学戴维斯分校的巴勃罗•罗斯(Pablo Ross)合作在小鼠体内成功培养出了大鼠的胰腺。具体的技术流程可以归纳成两大块:
1. 借助基因编辑剪除小鼠胚胎前体上能够使得细胞分化为胰腺、心脏或眼睛的基因;

2. 用大鼠干细胞填补这些“空白”,使它们可以在自身基因的引导下在宿主体内发育成胰腺。


之后,贝尔蒙特等人将啮齿类小家伙身上的成功放大到了人猪嵌合体的尺度。当然,胚胎的嵌合率很低,每10万个嵌合体胚胎中只有1个细胞会发育成人类体细胞。

到他们建构人猴嵌合体胚胎时,用的也是相同的套路:将人类干细胞插入到已经去除了引导分化形成特定器官的相关基因的猴胚胎细胞中。


从2010年发育出大鼠胰腺的小鼠,到2017年的人猪嵌合胚胎,到2019年7月的人猴嵌合胚胎,再到如今的这两只被生下来的猪猴嵌合生物,区区十年的研究历史当然只能算一个重大研究领域的胚胎期,但这个胚胎却奇巧鬼魅,为我们奉送了不少惊喜,也令人畅想它会创建怎样的未来图景。不过另一方面,伦理胎膜的紧缚会否允许这个魔性胚胎恣意生长呢?它最终能够分化出什么?


怎样“变成更好的人类”?




全世界每年大概有200万人需要器官移植,每天有18人会在等待移植的过程中死亡,每10分钟就有一名新病人加入器官移植名单——但全球平均器官供需比却只有1∶20至1∶30。


与此同时,目前全世界的痴呆人口有5000万之巨,其中60%为阿尔茨海默病患者,中国则有1000多万阿尔茨海默患者。


科技与伦理间的博弈,或者说——“变成更好的人类”与“让动物变得更像人类”间的交锋,在每一次嵌合体或基因编辑领域出大新闻时都会引起巨大震荡。


美国国立卫生研究院(NIH)禁止为人猴嵌合体研究提供资助,但日本却于今年7月允许研究者把人类-动物胚胎送入代孕动物子宫用以培育人体器官。


巴塞罗那再生医学中心主任安琪儿•莱雅(Ángel Raya)高声质问:“如果人体干细胞逃逸,并在动物大脑中形成人类神经元,会发生什么?它会有意识吗?”


而新加坡生物医学研究所的达沃•索特(Davor Solter)则对此不屑地笑笑:“人脑细胞在老鼠大脑中也只能做老鼠该做的事情,不会让老鼠具备人类的思想。人类的思维由大脑结构决定,而非单个细胞。”


吴军同意索特的观点,不过他也依然在媒体面前表示实现嵌合体器官移植的最关键难点之一就是怎样避免人的胚胎干细胞进入“我们不想让它进入的器官”。


欧美对嵌合体研究的底线号称“只要其没有繁衍能力且不会发育成大脑即可”,不过耶鲁大学医学院的亚历杭德罗•德•安吉利斯(Alejandro De Los Angeles)及其同事却似乎对人猴组合大脑很有兴趣:

“在理论上,人猴嵌合体能够提供一个比纯灵长类动物更优秀的大脑疾病模型,有关阿尔茨海默病的150多个失败试验,可能就与缺乏良好的疾病模型有关。”


而在通过猴脑解密人脑疾病这件事儿上,中科院昆明动物研究所非常实干地选择将人类MCPH1基因(对大脑发育至关重要)编辑入11个猴子胚胎,然后在《国家科学评论》(National Science Review )上刊载了5只短期记忆、反应时间和大脑发育都有提升的恒河猕猴的故事。


我们渴望不再有死于等待器官移植途中的人,也渴望不再有认不出自己挚爱的痴呆患者,我们渴望自己会成为更好的人类。但这份渴望在科技马力的驱动下,反而与伦理道德的缰绳纠缠在一起。


目前来说,人类与动物之间的基因天堑是现阶段的嵌合体技术无法跨越的,许多科学家口中的那一团“细胞球”短期内也很难真正把人类置于伦理困境,但忒修斯之船式的哲学疑问会始终萦绕在狮头蛇尾的chimera身边。


参考资料:
Rui F, Yu D W, Ren J L, et al. Domesticated cynomolgus monkey embryonic stem cells allow the generation of neonatal interspecies chimeric pigs[J]. Protein & Cell, 2019: 1-11.
Exclusive: Two pigs engineered to have monkey cells born in China.(2019-12-06)[2019-12-12]. https://www.newscientist.com/article/2226490-exclusive-two-pigs-engineered-to-have-monkey-cells-born-in-china/#ixzz67TulIe24
世界首例“猪猴嵌合体”诞生中国,大师兄和二师兄合体了 | 专家解读. (2019-12-11)[2019-12-12].https://mp.weixin.qq.com/s/wc51NCskCCIF3gZ13f312w
西班牙科学家在中国创造首个人猴嵌合体. (2019-08-08)[2019-12-12].http://news.mydrivers.com/1/640/640556.htm
Wait, What? The First Human-Monkey Hybrid Embryo Was Just Created in China. (2019-08-13)[2019-12-12]. https://singularityhub.com/2019/08/13/wait-what-the-first-human-monkey-hybrid-embryo-was-just-created-in-china/
Kobayashi T, Yamaguchi T, Hamanaka S, et al. Generation of rat pancreas in mouse by interspecific blastocyst injection of pluripotent stem cells[J]. Cell, 2010, 142(5): 0-799.

扩展阅读:

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