人類器官培育緩步前行

編譯 張茜

一個(gè)美國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在一份預(yù)印本中報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)在猴子的胚胎中培育出了黑猩猩的干細(xì)胞。

成功的嚙齒類動(dòng)物嵌合體實(shí)驗(yàn)——正如這只小鼠胚胎中含有大鼠心臟細(xì)胞——很難在人類細(xì)胞中成功復(fù)制

由于人類移植器官的長(zhǎng)期短缺，研究人員將目光轉(zhuǎn)向了農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物。幾家生物技術(shù)公司正在對(duì)豬進(jìn)行基因工程改造，以提高它們的器官與人體的相容性。也有一些科學(xué)家正在尋求一種不同的解決方案：在豬、羊或其他動(dòng)物身上培育完全的人體器官，然后可以收獲這些器官用于移植。

這個(gè)想法在生物學(xué)上令人生畏，在倫理上也讓人擔(dān)憂。但一些研究小組正在攻克一個(gè)關(guān)鍵性障礙：讓一個(gè)物種的干細(xì)胞在另一個(gè)物種的胚胎中茁壯成長(zhǎng)。最近，一個(gè)美國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在一份預(yù)印本中報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)在猴子的胚胎中培育出了黑猩猩的干細(xì)胞。日本最新放寬的法規(guī)鼓勵(lì)研究人員尋求批準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以提高嚙齒動(dòng)物和豬胚胎中人類細(xì)胞的存活率。俄亥俄州克利夫蘭凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的生物倫理學(xué)家玄尹洙（Insoo Hyun）表示，這項(xiàng)工作正在平穩(wěn)地進(jìn)行中。在新的黑猩猩-猴子嵌合體等方面做出的努力代表著“緩步前行，一邊走一邊收集數(shù)據(jù)，”他表示，“我認(rèn)為這是一種明智的做法?！?/p>

最終，研究人員設(shè)想將一個(gè)人的細(xì)胞重新編程，使其處于原始發(fā)育狀態(tài)，可以形成大多數(shù)組織，并將這些誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（IPS）注射入另一個(gè)物種的胚胎。胚胎將被植入代孕母親的子宮內(nèi)，并允許其發(fā)育成正常大小，作為器官供體。IPS細(xì)胞可以來(lái)自等待移植的人，或者，用一種潛在的更省時(shí)省力的方法——人類器官可以提前從其他捐贈(zèng)者的細(xì)胞中生長(zhǎng)出來(lái)，與關(guān)鍵的免疫信號(hào)蛋白相匹配，以防止排異反應(yīng)。

到目前為止，這一壯舉只在嚙齒類動(dòng)物身上進(jìn)行了模擬。2010年，東京大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家中內(nèi)啟光和他的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，他們正在無(wú)法自身生長(zhǎng)出胰腺的大鼠體內(nèi)培育大鼠胰腺。在2017年，中內(nèi)和他的同事們通過(guò)移植生長(zhǎng)于大鼠體內(nèi)的能夠產(chǎn)生胰島素的小鼠胰腺組織來(lái)治療患有糖尿病的大鼠。

但是嚙齒類動(dòng)物身上試驗(yàn)的成功并沒(méi)有在體型較大和進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)的動(dòng)物中體現(xiàn)出來(lái)。2017年，加州圣地亞哥索爾克生物研究所的細(xì)胞生物學(xué)家吳軍（Jun Wu）及其同事報(bào)告稱，當(dāng)他們將人類IPS細(xì)胞注入豬胚胎，并將胚胎植入母豬體內(nèi)時(shí)，大約有一半的胚胎發(fā)育不良，生長(zhǎng)緩慢。那些發(fā)育到正常大小的胚胎在妊娠一個(gè)月后也僅存很少的人類細(xì)胞。

目前就職于達(dá)拉斯德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的吳軍教授已經(jīng)在培養(yǎng)皿中探索了人類干細(xì)胞與非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物、大鼠、小鼠、綿羊和奶牛的干細(xì)胞是如何相互作用的。他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)他認(rèn)為非常令人興奮的現(xiàn)象：不同物種細(xì)胞之間存在競(jìng)爭(zhēng)。在與進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)的動(dòng)物細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng)中，人類細(xì)胞往往會(huì)相繼死亡，研究小組目前正試圖了解其機(jī)理?！拔蚁胛覀円呀?jīng)快弄明白了。”吳軍說(shuō)。

但競(jìng)爭(zhēng)并不是唯一的問(wèn)題。靈長(zhǎng)類IPS細(xì)胞也比早期成功的嵌合體實(shí)驗(yàn)中使用的“原始”嚙齒類動(dòng)物干細(xì)胞在發(fā)育上更成熟，或者說(shuō)“更充分”一些。因此，它們?cè)谇逗吓咛ブ写婊畹目赡苄愿?。中?nèi)說(shuō)，他在加州帕洛阿爾托的斯坦福大學(xué)也有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。為了幫助靈長(zhǎng)類IPS細(xì)胞生長(zhǎng)，他在斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)和合作者給它們賦予了一種可以阻止細(xì)胞死亡的基因。在近期報(bào)道的實(shí)驗(yàn)中，他們測(cè)試了在一種親緣關(guān)系很近的靈長(zhǎng)類動(dòng)物的胚胎中，這種經(jīng)過(guò)修飾的細(xì)胞其存活狀況如何。

為了避免引起倫理上的擔(dān)憂，研究小組決定不使用人類的IPS細(xì)胞。如果允許加入了人類細(xì)胞的非人類靈長(zhǎng)類胚胎在代孕母親體內(nèi)發(fā)育，并且人類細(xì)胞存活且能增殖，結(jié)果將會(huì)獲得一個(gè)前所未有的靈長(zhǎng)類嵌合體?！叭藗儞?dān)心人類和動(dòng)物之間的界限可能變得模糊?！比毡揪┒即髮W(xué)的生命倫理學(xué)家藤田文雄說(shuō)道。他最近在日本公眾中進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于對(duì)動(dòng)物-人類嵌合體態(tài)度的調(diào)查。受訪者尤其擔(dān)心這些動(dòng)物可能具有更高的智力或者攜帶人類的精子和卵子。

中內(nèi)的研究小組改造了與人類具有最近親緣關(guān)系的黑猩猩的IPS細(xì)胞，并將它們植入恒河猴的胚胎中。他們發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)修飾的黑猩猩IPS細(xì)胞相比，帶有促進(jìn)生存基因的細(xì)胞在植入5天大的猴子胚胎后的2天內(nèi)更容易存活。很難讓一個(gè)猴子胚胎在培養(yǎng)皿中存活超過(guò)一周，中內(nèi)說(shuō)道，但他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在“不久的將來(lái)”將嵌合體胚胎植入雌性恒河猴的子宮，從而進(jìn)一步培育嵌合體。

中內(nèi)還向日本的一個(gè)政府委員會(huì)提交了一份提案，要求將促進(jìn)生存的基因植入人類干細(xì)胞，并將它們注射入小鼠、大鼠和豬的胚胎——而不是非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的胚胎——這些胚胎缺乏對(duì)胰腺發(fā)育至關(guān)重要的基因。研究人員希望，就像在早期的嚙齒動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中一樣，人類細(xì)胞將會(huì)開(kāi)始形成缺失的胰腺。他的團(tuán)隊(duì)將會(huì)把胚胎植入代孕動(dòng)物體內(nèi)，但在足月前將它們?nèi)〕鲞M(jìn)行研究。這些提議是對(duì)日本新法律準(zhǔn)則的初步檢驗(yàn)。2019年3月，日本徹底解除了一項(xiàng)禁止培育超過(guò)14天的人獸嵌合體胚胎或?qū)⑵渲踩胱訉m的禁令。

其他研究小組正在研究適合嵌合體干細(xì)胞的不同方案。2019年1月，一個(gè)來(lái)自耶魯大學(xué)和位于康涅狄格州哈姆登的Axion研究基金會(huì)的團(tuán)隊(duì)，描述了用一種化學(xué)物質(zhì)培養(yǎng)猴的IPS細(xì)胞的過(guò)程。這種化學(xué)物質(zhì)引發(fā)的基因表達(dá)模式就像在小鼠胚胎干細(xì)胞中一樣，這些細(xì)胞更有可能在嵌合體中存活。2019年4月，耶魯大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家亞歷杭德羅·德洛杉磯（Alejandro De Los Angeles）報(bào)道稱，這項(xiàng)技術(shù)促使人類IPS細(xì)胞的基因表達(dá)模式發(fā)生了類似的變化。他現(xiàn)在正在考慮測(cè)試這些細(xì)胞在小鼠或其他非人類胚胎中是如何存活的。

這些工作在美國(guó)面臨障礙。雖然目前還沒(méi)有明確的禁令，但在2015年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）凍結(jié)了對(duì)涉及將人類多能干細(xì)胞——無(wú)論是IPS細(xì)胞還是來(lái)自于人類胚胎的細(xì)胞——植入非人類脊椎動(dòng)物早期胚胎的研究申請(qǐng)的審查。自從一些研究者抗議后，該機(jī)構(gòu)于2016年提出在全面解除禁令的同時(shí)，繼續(xù)對(duì)特定的嵌合體實(shí)驗(yàn)實(shí)施資金禁令，包括將人類干細(xì)胞植入非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物早期胚胎和繁育可能攜帶有人類卵子或精子細(xì)胞的嵌合體動(dòng)物。NIH發(fā)言人表示，該提議“仍在考慮之中”。

加州大學(xué)戴維斯分校從事嵌合體研究的生殖生物學(xué)家帕布羅·羅斯（Pablo Ross）說(shuō)：“這項(xiàng)禁令對(duì)這一領(lǐng)域的進(jìn)展產(chǎn)生了非常大的沖擊。衍生出的一些擔(dān)憂的確應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待，但我認(rèn)為我們有工具能做到這一點(diǎn)，而這些擔(dān)憂不應(yīng)阻止我們追求這一目標(biāo)。”

由于嵌合體研究進(jìn)展緩慢，甚至一些支持者預(yù)測(cè)異種移植——使用非人類組織，如經(jīng)過(guò)修飾的豬器官來(lái)進(jìn)行移植——將會(huì)阻礙它們進(jìn)入臨床。“異種移植現(xiàn)在已經(jīng)來(lái)到了黃金時(shí)代，”吳說(shuō)，“我們落后了?！钡?，能夠創(chuàng)造出更適合人類受體的器官的可能性這一信念，讓他和其他人的實(shí)驗(yàn)室一直致力于干細(xì)胞和胚胎的研究，希望能縮小物種分化。