IF=80+！上海交通大学陈赛娟院士/程林/陈竺团队综述异种囊胚补偿器官生成新进展

终末期器官衰竭患者的唯一希望是器官移植，全球每年等待移植的患者超过两百万，而可供使用的供体器官严重不足。体外器官合成技术如3D生物打印、脱细胞再细胞化和类器官培养等方式，均面临血管化困难、尺寸受限和可重复性差等问题。2026年8月24日，上海交通大学附属瑞金医院陈赛娟院士、程林、陈竺团队在《Signal Transduction and Targeted Therapy》期刊上发表题为“The making of cells and organs in xenogeneic animal bioreactor”的综述文章，系统梳理了以异种动物作为体内生物反应器生成功能性细胞、组织和器官的研究进展。

囊胚补偿技术是该领域最受关注的方法，研究者将供体多能干细胞注射到器官发育关键基因敲除的宿主囊胚中，供体细胞填补空缺的器官龛位并生成供体来源的组织器官。2010年，Nakauchi团队将大鼠诱导多能干细胞注射到Pdx1基因敲除小鼠囊胚中，首次在小鼠体内获得大鼠来源的完整功能性胰腺，并且这些嵌合体动物能够正常生长至成年。随后Yamaguchi等人将小鼠多能干细胞注射到Pdx1缺失的大鼠囊胚中，获得的小鼠胰岛在大鼠体内长到足够大的尺寸，分离后移植到糖尿病小鼠体内能够在无免疫抑制条件下维持正常血糖超过370天。Isotani团队将大鼠胚胎干细胞注入Foxn1敲除的无胸腺小鼠囊胚，获得的胸腺主要来源于大鼠细胞，移植到裸鼠后检测到CD4和CD8单阳性T细胞。Coppiello团队采用Nkx2.5-Cre;R26-DTA选择性细胞消融系统建立了完整的心脏发育空位，注射大鼠多能干细胞后观察到几乎完全由大鼠来源心肌细胞构成的搏动心脏，但血管隔室形成失败导致嵌合胚胎在E10.5后死亡。Goto团队将小鼠多能干细胞注射到Sall1缺失的无肾大鼠囊胚中，获得了能够分泌尿液的小鼠来源肾脏，但嵌合体因Sall1突变导致嗅球发育不全在出生后很快死亡，研究团队强调了靶向器官特异性基因和条件性敲除的重要性。

在大型动物中，猪因其解剖结构和生理特征与人高度相似而被视为最理想的人类器官培育宿主。2023年Wang团队将过表达MYCN和BCL2的人诱导多能干细胞注入SIX1/SALL1双基因敲除的猪囊胚，在胚胎发育第28天获得了高达65%的人源细胞比例的中肾，中肾小管和中肾间质均含有人源细胞。Maeng团队将TP53敲除的人诱导多能干细胞注入MYF5/MYOD/MYF6三基因敲除的猪胚胎，在E20和E27猪胚胎中检测到人源骨骼肌细胞，但嵌合贡献率波动较大。Garry团队将过表达BCL2的人诱导多能干细胞注入ETV2敲除猪囊胚，在E17猪胚胎中所有TIE2阳性内皮细胞均来源于人诱导多能干细胞。上述研究表明，通过联合敲除多个器官发育关键基因并优化供体细胞状态，人源细胞在异种嵌合体中的贡献率正逐步提高，但实现全器官水平的人源化替代仍需克服发育不同步和细胞竞争等障碍。

器官发生龛位方法为肾脏再生提供了另一种途径。Yamanaka团队利用Six2-iDTR小鼠模型在体外培养E13.5后肾，注射大鼠肾祖细胞并在白喉毒素培养基中完全替代了小鼠肾祖细胞，移植到免疫缺陷小鼠后形成了成熟肾小球和肾小管并与宿主血管建立功能性连接。Fujimoto等人进一步构建了Six2/Foxd1-iDTR小鼠模型实现了肾祖细胞和基质祖细胞的共同替代，获得了含有大鼠来源肾小管和间质的嵌合肾脏。Matsunari团队在E13.5小鼠胚胎原位注射同种异体肾祖细胞和白喉毒素后回植到母体子宫，移植细胞整合率约为29%。Fujimori团队将人诱导多能干细胞分化的肾祖细胞与解离的胎猪肾单细胞重聚，在体外获得了人-猪嵌合肾类器官。此类方法避免了供体细胞对非靶器官尤其是生殖细胞和神经系统的贡献，具有更好的靶向性。

利用出生后异种动物进行细胞扩增方面，FRG小鼠模型通过敲除Rag2、IL2rg和Fah基因实现了人肝细胞高达90%的替代和150倍的扩增。Zhang团队在此基础上优化了NTBC给药方案，在FRG大鼠中使人原代肝细胞扩增超过1200倍。在造血细胞领域，Boettcher团队将人脐带血CD34阳性造血干细胞注射到ART/IL2RG缺陷猪胎腹腔，新生仔猪脐带血中检测到人CD45白细胞和人CD47红细胞。Sper团队在RAG2/IL2RG双基因敲除猪中获得了更高水平的人造血重建，外周血中人细胞比例在第三周达到8%，胸腺中高达80%。Yang团队通过局部照射、全身骨髓清除和移植后清洁护理，在IL2RG/RAG1/CD47三基因敲除猪中实现了高达95%的人T细胞嵌合率，这些T细胞具备成熟TCR功能并可体外改造为CAR-T细胞。

供体细胞的多能性状态对嵌合效率至关重要。小鼠胚胎干细胞来源于植入前囊胚内细胞团并处于原始态，能够高效形成嵌合体，而人胚胎干细胞虽然同样来源于植入前囊胚却呈现始发态，嵌合能力有限。研究团队通过4CL、PXGL、Si/L/A等不同培养条件将始发态人多能干细胞逆转为原始态，但长期培养中的基因组印记丢失和染色体异常风险不容忽视。4CL培养基能够在维持高水平原始态基因表达的同时保持基因组稳定性，被用于全球首例猪肾缺陷囊胚中人源化中肾的生成。形成态多能干细胞处于原始态和始发态之间，在猪和牛囊胚嵌合实验中的贡献率已有报道。扩展多潜能干细胞具备分化为胚内和胚外谱系的潜力，在小鼠四倍体互补实验中单个细胞可生成完整成体小鼠，但在猪和牛中的稳定细胞系建立仍面临挑战。

基因编辑受体动物为器官龛位构建提供了关键工具。体细胞核移植和受精卵显微注射是两种主要构建方法，显微注射后的嵌合体现象和基因修复的不确定性影响了纯合突变体的获得。Watanabe团队向猪受精卵中注射靶向SALL1的TALEN和CRISPR/Cas9，所得个体携带小片段框内突变未能诱导肾发育缺陷。Wu团队提出的C-CRISPR囊胚补偿方法通过设计四个间距30至55bp的sgRNA靶向特定外显子区域，使小鼠基因敲除效率达到100%并得到纯合突变体。向猪受精卵中共注射靶向PDX1基因两个位点的sgRNA后突变囊胚比例达到59%，其中双等位基因突变占23%。猪多能干细胞的稳定获取仍存在困难，原始态猪胚胎干细胞尚未成功建立，限制了利用猪进行人源化器官生成研究的进展。

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