11月10日，一只通体发绿的小猴子登上了国际著名期刊《细胞》的封面，这是由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（以下简称“脑智卓越中心”）牵头的联合团队经过5年攻关，培育出的胚胎干细胞嵌合体猴的卡通寓意图。

　　该研究在国际上首次成功构建了高比例胚胎干细胞贡献的出生存活嵌合体猴，并证实了猴胚胎干细胞可以高效地贡献到胚外胎盘组织和生殖细胞。这对于理解灵长类胚胎干细胞全能性具有重要意义，为遗传修饰模型猴的构建奠定了技术基础。

　　重要性不亚于克隆猴

　　2017年年底，脑智卓越中心博士后刘真作为第一作者，成功培育了世界首例体细胞克隆猴“中中”“华华”，被称为“生物技术领域近20年来的里程碑事件”。5年后，脑智卓越中心牵头的联合团队又成功构建出了高比例胚胎干细胞嵌合体猴，刘真是该论文的通讯作者。

　　在中国科学院院士、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心学术主任蒲慕明看来，嵌合体猴的研究成果对于生物医药的重要性不亚于克隆猴技术，“嵌合体猴有着更好的应用前景，是构建非人灵长类疾病模型的里程碑发现。特别是对于单个基因突变造成的疾病，比如渐冻症，如果有了更好的疾病模型猴，人们就可以对其采取干预手段和药物研究。”

　　被誉为“神奇细胞”的胚胎干细胞，不仅可以无限自我复制更新，还能分化为多种不同类型的体细胞。嵌合体指的是同一生物体内同时具有多套遗传物质，从而呈现出多种不同性状的现象。胚胎注射形成嵌合体是评估胚胎干细胞多向分化潜能的金标准。

　　1984年，科学家们首次实现小鼠胚胎干细胞胚胎注射形成嵌合体。这一原创发现使得批量产生性状表现大致相同的小鼠疾病模型成为可能。“嵌合体小鼠技术的发展，是品系稳定的实验小鼠模型得以发展的重要基石。”蒲慕明介绍，如今几乎所有生物医学研究都离不开实验小鼠。

　　但是用实验鼠等非灵长类动物模型来研究人类的疾病必然存在偏差，非人灵长类动物与人最为接近，如果能够建立非人灵长类胚胎干细胞嵌合体技术将为生物医药研究带来重大突破。

　　然而，非人灵长类胚胎干细胞嵌合体研究一直进展缓慢。

　　攻坚克难，变不可能为可能

　　嵌合体猴，就是把一只猴子的胚胎干细胞，注入到另一只猴子的胚胎中，最终产生的后代身上就“嵌合”了两只猴子的后代细胞，其基因互不相融。

　　但嵌合体猴的研究并不像嵌合体鼠那样顺利，科学家们绞尽脑汁，想尽各种办法都没能成功培育出理想的嵌合体猴。2012年，美国科学家在《细胞》杂志上发表论文，认为猴胚胎干细胞无法像小鼠那样产生嵌合体。

　　直接编辑胚胎干细胞注射胚胎，更容易得到大量的疾病猴模型，是产生稳定品系疾病猴模型的理想途径之一，灵长类模型构建领域期待该技术得到突破。“这是基础研究领域一个极其重要的科学问题，且具有潜在的重要应用价值。”刘真表示，凭借多年对非人灵长类动物的研究优势，研究团队选择挑战嵌合体猴，就是要把不可能变为可能。

　　2018年，研究团队就开始了前期研究，要想成功建立嵌合体猴，首先要获得具有高效发育潜能的胚胎干细胞。相对于小鼠，猴的嵌合体胚胎的需求更加复杂。“当时只要将胚胎干细胞注入另一个胚胎，总是‘一注射细胞就死’。”论文第一作者曹静回忆说，一直到2020年前，研究团队都在摸索干细胞和胚胎的培养条件。

　　研究团队建立了处于6种不同培养体系下的食蟹猴胚胎干细胞，并进行了全面系统的评估。经历了多次失败和复盘后，他们终于发现，5iLAF、4CL和PXGL体系下培养的食蟹猴胚胎干细胞具有较高的多能性，而且4CL体系下的干细胞具有更好的传代稳定性和基因组稳定性。

　　随后，科研人员将注射了绿色荧光标记的干细胞的胚胎移植到代孕母猴。在总共得到的10只出生或流产的仔猴中，有一只出生存活猴和一只流产猴检测到胚胎干细胞的嵌合。

　　那只出生存活猴的手指、尾巴和眼睛都发出荧光绿，显示出明显的嵌合。“正因为此，研究团队为《细胞》封面设计的嵌合体猴身上的毛发是绿色的，暗含胚胎干细胞被绿色荧光染色之意。”刘真解释。

　　通过一系列严格的嵌合体分析流程，测出其胚胎干细胞的贡献比例高达70%左右，而流产猴中胚胎干细胞的贡献比例达20%。

　　研究团队还在两只嵌合体猴的胎盘组织中均发现了胚胎干细胞。“这说明灵长类胚胎干细胞可能具有不同于啮齿类的独特发育全能性特征。”刘真介绍说，鼠胚胎干细胞几乎不会贡献到胎盘组织。

　　此外，两只嵌合体猴的生殖细胞中也发现了胚胎干细胞，这对后续基于该技术的遗传修饰模型构建至关重要。

　　“这些研究结果是非凡的，因为提供了强大的证据，证实灵长类胚胎干细胞可以产生高比例的嵌合体动物，这在之前没有得到明确证实。”国际同行认为，利用胚胎干细胞修饰基因的能力，将使目前在受精卵或胚胎阶段使用基因编辑成为可能。

　　该研究严格遵守生物伦理规范，所有实验均符合国际干细胞研究学会的研究指南，并经过脑智卓越中心伦理委员会审核。

来源 卢力媛 科普时报记者 王春 2023年11月17日

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