我科学家培育的“绿色”猴子登上国际顶刊《细胞》封面

本文转自：人民日报客户端

黄晓慧

国际学刊《细胞》将于11月23日出版的最新一期的封面是一只可爱的绿色猴子。这只猴子是世界上首个高比例胚胎干细胞嵌合体猴，“诞生”于中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）。此前，世界上首个体细胞克隆猴“中中”和“华华”曾在该中心出生 。

11月10日零点，《细胞》杂志先以封面文章的形式在线发表题为《高比例胚胎干细胞贡献的出生存活嵌合体猴》的研究论文，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的贡献到所有组织（包括生殖细胞）以及胚外胎盘组织。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。

该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心刘真研究组、脑智卓越中心非人灵长类研究平台孙强研究团队和中国科学院广州生物医药与健康研究院米格尔·埃斯特班研究组合作完成。

胚胎干细胞是指由着床前囊胚的内细胞团在体外分离培养而来的多能性细胞，在模式动物构建、细胞治疗、器官再生、类器官模型等生物医药领域发挥着重要作用。科学家从囊胚中抽取胚胎干细胞注射到培养皿中，胚胎干细胞在培养皿环境中自我复制更新，再将这些培养皿中培养的胚胎干细胞注射回到早期胚胎中，由此培养出来的囊胚被称为胚胎干细胞嵌合体，即既有囊胚内分裂发育的细胞，也有来自体外分离培育的细胞。在这一过程中，科学家可以通过基因编辑技术，对胚胎干细胞进行遗传修饰。比如，“编辑”小鼠的胚胎干细胞的某个基因，让它模拟某种疾病，进而研究该疾病的发病机理及治疗药物的开发。

小鼠胚胎干细胞注射到囊胚并形成嵌合体的技术，是构建遗传修饰小鼠模型的关键技术。1984年，科学家首次实现小鼠胚胎干细胞胚胎注射形成嵌合体，2008年成功实现胚胎干细胞嵌合体的大鼠。然而，灵长类动物胚胎干细胞嵌合体研究一直进展缓慢。

“克隆、转基因等方法培育的猴，要么数量有限，要么不够精准，而胚胎干细胞嵌合体能够培育出品性稳定、可携带复杂基因修饰的猕猴，为相关研究提供高等动物模型。”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院士说，在基因突变引起的疾病上，灵长类动物与人类更为接近，因此，建立非人灵长类胚胎干细胞嵌合体技术对于生物医药研究具有非常重要的意义。

刘真研究员介绍，该研究的首要问题在于获得具有高效发育潜能的胚胎干细胞。针对这一问题，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，进而从克隆形态、免疫荧光、单细胞转录组、线粒体代谢、全基因组甲基化、核型分析和全基因组测序等多方面对处于不同培养条件下食蟹猴胚胎干细胞进行全面系统的评估。研究发现，三种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。

胚胎干细胞注射入受体胚胎后的快速凋亡，是影响胚胎干细胞成功嵌合的关键。为此，研究团队选用绿色荧光蛋白标记的4CL条件下的胚胎干细胞进行猴胚胎注射实验，通过测试干细胞注射入胚胎后的不同培养基和培养时间的组合，最终得到了既不影响胚胎正常发育又能保证干细胞存活的最优嵌合胚胎培养条件。看到这里，读者就会明白为什么《细胞》杂志封面的猴子会是绿色的，那代表着用于标识嵌合体的绿色荧光蛋白。

该研究项目始于2018年，直至2021年，研究团队总共得到10只出生或流产的仔猴，其中，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。研究团队发现，出生存活猴中胚胎干细胞的贡献比例高达70%左右，流产猴中胚胎干细胞的贡献比例约20%。

《细胞》杂志的学术同行评价，这项研究毫无疑问是迄今为止除了啮齿类动物之外，利用多能干细胞产生嵌合体动物的最佳证实。作者展示了广泛而令人信服的证据，包括遗传证据、GFP荧光标记和多个细胞谱系的单细胞测序，来证实4CL细胞在体外和体内对胚胎和胚胎外谱系的贡献。利用灵长类多能干细胞生产嵌合体是该领域长期追求的目标。原则上，该研究将为基础研究和非人类灵长类遗传修饰模型的产生开辟新的途径。具体来说，利用胚胎干细胞来实现基因修饰的能力，将使目前在受精卵或胚胎阶段使用基于CRISPR的技术难以完成的研究成为可能。

该工作建立了系统评估不同培养条件下猴胚胎干细胞的多能性状态的研究体系，并探索得到有利于胚胎干细胞存活的胚胎嵌合体的培养条件，显著提升了胚胎干细胞注入胚胎后的存活效率，最终得到了出生存活的高比例胚胎干细胞贡献的嵌合体猴，证实了注入的猴胚胎干细胞可以高效地贡献到包括胎盘和生殖细胞在内的各种不同组织和细胞。该研究对于理解灵长类胚胎干细胞全能性和发育潜能具有重要意义，为建立基于猴胚胎干细胞嵌合体的基因打靶和模型构建技术奠定了基础。

研究团队表示，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。