在多个物种间建立中间态稳定干细胞系 拯救濒危动物

近日，关于世界上仅剩两头北部白犀牛的报道引发了人们对于濒危动物的关注。如何拯救濒危动物，也一直是科学家们关注的热点，但真正想要做到通过人为方式保留濒危物种并非易事。

哺乳动物的早期胚胎发育是一个动态且复杂的过程，而胚胎着床后在子宫内的发育进一步增加了其研究难度。美国得克萨斯大学西南医学中心分子生物学系助理教授吴军博士团队与深圳华大生命科学研究院顾颖博士团队，在多个物种中培育出一种新型干细胞系，并在此基础上生成世界首例马鼠嵌合胚胎。这一发现加深了人们对干细胞研究领域的理解，有益于创建疾病模型和推动干细胞疗法，同时在异种器官移植和濒危动物保护方面具有极大的应用潜力。

4月初，吴军博士团队和顾颖博士团队接受科技日报记者采访，详细介绍了相关情况。

在多个物种间建立中间态稳定干细胞系

1981年，剑桥大学生物学家马丁·埃文斯和马修·考夫曼首次报道了鼠胚胎干细胞。其后，科学家们又成功分离出鼠的上胚层多能干细胞，并将其划分为原态(Naïve)和始发态(Primed)，分别代表胚胎着床前后的两种状态。胚胎干细胞处于原态，而上胚层干细胞处于始发态。

2017年，英国剑桥大学干细胞研究所奥斯汀·史密斯教授首次提出，介于二者之间，可能存在一种新的中间状态。这种状态的细胞，应和早期着床时期的胚胎类似，它们既可嵌合到胚胎内细胞团，还可在体外进行原始生殖细胞诱导，这一状态被命名为始发前态(Formative)。但在本次研究之前，科学界还没有得到一种具备始发前态的主要特性的稳定细胞系。

“此次研究成功获得了这种理想中的细胞，可以让我们更好地研究干细胞，今后应用于科研和医学领域。”顾颖向科技日报记者介绍。

在这项研究中，科学家团队同时激活了3条信号通路，建立了具有始发前态特征的稳定细胞系，它同时具备原态和始发态的一些特征，可直接由原态转化而来，并且可以直接过渡到始发态。

“使用完全相同的培养条件，能够获得3个不同物种的干细胞是令人兴奋的，这意味着这种中间状态也许在物种之间更加保守。也许在不远的将来，我们能够获得来自不同物种的干细胞，这有助于我们从细胞及分子水平更好地了解物种间进化的差异。”论文第一作者于乐谦博士说。

值得注意的是，这种细胞系可以高效嵌合，并转化为原始生殖细胞。根据其特性，科学家们将这种全新的全能干细胞命名为XPSCs。

生成嵌合胚胎的过程充满创新

“由受精卵发育而来的动物，在发育的过程中，一部分细胞会形成胚外组织，如胎盘;而另一部分细胞会发育成最终的胚胎。”顾颖介绍，在囊胚期时，这部分能够发育成胚胎的细胞在囊胚中仅约10至20个。

在这个时期，如果将其他物种的干细胞注射到这些细胞附近，这些异种细胞就有可能随之一起发育，形成嵌合胚胎。

于乐谦介绍，整个技术过程存在诸多难点，包括技术、胚胎发育、细胞层面等。例如注射的细胞所处状态必须与胚胎所处时期相似，过早或过晚都会影响嵌合胚的形成。

他们使用完全相同的诱导培养条件，同时得到其他物种的XPSCs细胞系，并且从马和小鼠的胚胎中，分离出胚胎干细胞系。其中马的细胞系，是全球首次分离诱导的马胚胎干细胞及诱导多能干细胞，同时还产生了世界首例马鼠异种嵌合早期胚胎，证明马的多能干细胞系具有高效的种间嵌合效率。

本研究在严格遵守伦理规定的情况下，在多个物种中首次成功建立了具有中间态特征的稳定干细胞系，获得了首例马鼠异种嵌合早期胚胎。这意味着获得其他物种的嵌合胚胎成为可能，也为将来研究不同哺乳动物间体内胚胎发育的差异提供了技术基础，有助于从细胞及分子水平了解物种间进化差异。

“通过研究，我们发现始发前态细胞在物种间相对更加保守，这意味着通过始发前态细胞，或可更加高效地得到异种嵌合胚胎。”顾颖说，科学家团队通过不同的抑制剂和生长因子，来调控不同的信号通路，最终从鼠、马等哺乳动物中得到了稳定的始发前态细胞。这些细胞能够形成嵌合胚胎，并且在体外分化成原始生殖细胞。

“这种全新多能干细胞为研究哺乳动物多能性以及研究调控原始生殖细胞分化的分子机制开辟了新途径，而且我们的方法可能广泛适用于从其他哺乳动物物种中获得更多类似的干细胞。”吴军说。

利用这种全能干细胞可诱导原始生殖细胞的特点，将其用于濒危物种的保护与繁衍，是研究的另一重要亮点。

“在濒危动物保护领域研究方面，我们目前关注北部白犀牛的保护。”吴军介绍，2018年，世界上最后一头雄性北部白犀牛死亡引发全球关注，目前仅有两头雌性北部白犀牛存世。犀牛与马在进化上的差异很小，如果能够拿到北部白犀牛的干细胞，并分化成为原始生殖细胞，就为保存这一物种带来可能。