Cell封面文章！我国科学家新突破，成功培育世界首个胚胎干细胞嵌合体猴子

经过5年科研攻关，中国科学家培育出世界上首只高比例胚胎干细胞“嵌合猴”。

2023年11月9日的Cell期刊封面论文刊发“Live birth of chimeric monkey with high contribution from embryonic stem cells”。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）研究员刘真、孙强和中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员Miguel A. Esteban研究组合作报道了一只猴子的活产，这只猴子体内含有大量来自猴子胚胎干细胞系的细胞。这只“嵌合体”猴子是由来自同一个猴子物种的两个基因不同的胚胎的细胞组成。这一点之前之前在大鼠和小鼠身上得到证实，但是在此之前，还没有在包括非人灵长类动物在内的其他物种身上得到证实。

论文共同通讯作者、中国科学院神经科学研究所研究员刘真（Zhen Liu）说，“这是该领域长期追求的目标。这项新的研究不仅对了解包括人类在内的其他灵长类动物的原始态多能性（naive pluripotency）有意义，而且对基因工程和物种保护也有相关的现实意义。具体来说，这项新研究可能帮助我们生成更精确的猴子模型，用于研究神经系统疾病以及其他生物医学研究。”

这项新研究中使用的猴子是食蟹猴或长尾猴，是生物医学研究中常见的灵长类动物。这些作者首先利用从七天大的囊胚中取出的细胞建立了九个胚胎干细胞系。然后，他们将这些胚胎干细胞系放入培养液中培养，以增强它们分化成不同细胞类型的能力。

他们对这些胚胎干细胞进行了一系列不同的测试，以确认它们具有多能性，即能够分化成制造活体动物所需的所有细胞类型。这些胚胎干细胞还被标记上绿色荧光蛋白标签，这样他们就能确定在任何发育和存活的动物中，哪些组织是由这些胚胎干细胞生长出来的。最终，他们选择了其中的一部分胚胎干细胞，将它们注入早期猴子桑椹胚（胚胎4至5天大）中。这些桑椹胚随后被植入雌性猴子体内，结果有12只雌性猴子怀孕，6只活产。

他们的分析证实一只活着出生的猴子和一个流产的胎儿基本上是嵌合的，它们全身都含有由胚胎干细胞产生的细胞。这两者的性别均为雄性。他们使用绿色荧光蛋白标签来确定哪些组织含有由植入的胚胎干细胞产生的细胞。他们还利用基因测序和其他测试来自确认不同器官中存在胚胎干细胞衍生组织。

他们测试的含有胚胎干细胞衍生细胞的组织类型包括大脑、心脏、肾脏、肝脏和胃肠道。在这只活着出生的猴子体内，植入的胚胎干细胞在不同组织类型中的贡献率从21%到92%不等，在26种不同类型的组织中，平均贡献率为67%。这个流产的猴子胎儿中相应的贡献率较低。在这只活着出生的猴子和这个流产的猴子胎儿中，他们还证实了睾丸和最终发育成精子的细胞中存在胚胎干细胞衍生细胞。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.10.005。

论文共同通讯作者、中国科学院和华大基因研究院的Miguel Esteban说，“在这项新的研究中，我们提供了强有力的证据，表明原始态猴子多能干细胞（胚胎干细胞）有能力在体内分化成组成猴子身体的所有各种组织。这项研究加深了我们对多能干细胞在灵长类物种中的发育潜力的理解。”

论文共同通讯作者、中国科学院神经科学研究所研究员孙强（Qiang Sun）补充说，“这项新研究有助于我们更好地理解灵长类细胞的原始态多能性。在未来，我们将尝试通过优化这些干细胞的培养条件、植入这些干细胞的囊胚的培养条件或这两者，来提高这种方法产生嵌合体猴子的效率。”

据介绍，首只胚胎干细胞系“嵌合猴”仅存活了10天，其背后的原因目前研究团队尚不清楚。他们仅发现嵌合体中由胚胎干细胞发育而来的细胞和由受体胚胎细胞发育而来的细胞在表观遗传修饰上存在一些差别。

这些作者还计划进一步探索胚胎在宿主动物体内存活的机制，他们认为这将有助于提高嵌合体动物的产生效率。

参考资料：

1. Jing Cao et al. Live Birth of Chimeric Monkey with High Contribution from Embryonic Stem Cells. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.10.005.

2. First live birth of a chimeric monkey using embryonic stem cell lines
https://medicalxpress.com/news/2023-11-birth-chimeric-monkey-embryonic-stem.html