生物学家最近创造了一种同时具有人类和猴细胞的嵌合体,引起了一波人-动物嵌合体伦理的讨论。积极推进这类研究的科学家认为此类研究非常有潜力,未来可生产用于移植的人体器官,或更好地理解胚胎发育以解决生育问题或解释流产原因;但同时,作为人类又会产生本能的不适以及担忧——未来会不会出现人兽结合体?

目前,科学界也对这类研究的伦理进行了正反两面的讨论,但比较有共识的是,人们担忧的这个问题应该还不是问题。

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人-猴嵌合体胚胎

2021年4月15日,一支中美联合科研团队在《细胞》(Cell)发文,介绍了他们极具开创性,又颇引争议的新成果——体外培养的人-猴嵌合体胚胎。研究人员将人类多能干细胞(hPSCs)导入猴子的囊胚,然后将该嵌合囊胚进行体外培养,成功观察并记录下它的独特发育轨迹(包括分化出上、下胚层谱系),最终得到完整的人猴嵌合体胚胎。

从遗传学层面来看,引用论文作者的原话:“研究结果或许可以帮助我们更好地理解人类的早期发育和灵长类动物的进化,创建人类与其他生物的嵌合体。”从医学角度出发,嵌合体研究无疑会推动器官移植领域的发展,也有望成为构建疾病模型的重要基石。

但另一方面,嵌合体也会极为自然地引发我们的伦理焦虑。

奇美拉:人类器官的动物基地

实际上,人类很早就开始创造人兽结合的艺术形象,狮身人面、半人半马、美人鱼、龙首人身、人首蛇身,等等。


嵌合体一词的英文表达“chimera”(音译为“奇美拉”)则来自荷马史诗《伊利亚特》——“狮子头、山羊身、蛇尾的怪物”。

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公元前5世纪的奇美拉青铜雕塑

我们很早就开始琢磨创造这类“马赛克风格”(mosaic-style)的动物。

1984年,《自然》报道了一种山羊和绵羊的嵌合体,其研究团队给它取名“geep”(goat和sheep的结合)。该嵌合羊有着山羊的头部特征,身上却长着绵羊才有的羊毛。如前文所述,嵌合体的创建通常是通过将某种生物的干细胞转移至另一物种的胚胎来实现的。在某些情况下,外来细胞可以在其新宿主内生长且越长越兴旺。

当狂想中的奇美拉变成实验室的嵌合体,而且还是嵌合着人类细胞的胚胎,这种生命拼贴引起的伦理不安就极为强烈——虽然科学家很早就在干这些事儿,很多人也早就知道了这些事:研究者已经成功把人类胚胎干细胞导入到绵羊胎儿以及小鼠、兔子和猪的胚胎中;它们当中的一部分可存活数天。

很多嵌合体研究支持者的观点是:再生医学非常需要异种嵌合体。

目前,人体器官(如肾脏)的短缺使得许多本可避免的器官衰竭因无法及时获得供体而导致悲剧,而缺少供体的问题可通过在动物体内生长“人体”器官来解决,而人-动物嵌合体是实现这种“借鸡生蛋”操作的关键。

几年前,日本生物学家中内启光(Hiromitsu Nakauchi)和小林俊弘(Toshihiro Kobayashi)率先提出了一种培养器官的新方法。

他们选择某种动物的胚胎,对其进行基因改造,让它成为一个专门用于培养异种细胞的基地——更具体地说,来自其他物种的干细胞可以导入这个经过改造的胚胎并良好生长,最终发育成它所属物种的器官(例如肝脏),而这个胚胎相当于只提供生长环境,自己不再有发育成器官的能力。

研究者已成功应用该技术培养出在小鼠体内长成的大鼠器官以及在大鼠体内长成的小鼠器官(例如胰脏)。但终究,啮齿动物绝对不可能作为培养成熟人体器官的“基地”。研究人员需要更大的动物。

2017年,加州索尔克研究所的生物化学家胡安·贝尔蒙特(Juan Carlos Izpisua Belmonte)领导的团队表明,导入至猪胚胎内的人类干细胞可以存活长达4周。

但与大鼠-小鼠嵌合体不同的是,猪胚胎内的人体细胞只有很小且不断减少的一部分在生长,不足以形成人体组织和器官。

模棱两可的嵌合体生命触及伦理边界

对于只存活4周的时长,贝尔蒙特认为这可能是因为人类与猪之间的亲缘关系太远(9000万年前就已分道扬镳)。鉴于此,他和同事开始与昆明理工大学的季维智团队开展合作,致力于构建人猴嵌合体。

人类与猴子(研究人员选择了猕猴)的进化关系更为紧密(在2000万~3000万年前分开),因此季维智等人相信此二者的细胞应该能相处得更融洽,也有望从中发现更多关于“是什么促进了它们的相容性”的信息。

曾在索尔克研究所进行博士后研究的吴军表示:“如果我们能了解细胞之间的对话,或许就可以在人猪嵌合体方面取得进展。”

研究团队创建并培养了132个嵌合胚胎,其中大部分在胚胎受精后的17天内死亡。到第19天,只有3个嵌合体还活着。但总的来说,人类细胞与猕猴胚胎的整合似乎要比与猪胚胎的更好。到第15天的时候,几个仍活着的胚胎还有着约4%~7%的人类细胞。

这意味着人猴嵌合体是充满可能的,这两个物种的细胞有望以更多样的形式、更紧密的方式结合——不过其结合之路的终点,我们现在说不清它究竟会至于何处。

现在斯坦福大学的中内启光表示:如果这类实验产生了“模棱两可的动物,例如长着人脸或人脑的猪”,那么它们必然遭遇极大的伦理学困扰。考虑到猪与人之间的进化距离,即使从理论上讲,这似乎是不可能发生的,但如果换成猴,情况就不好说了。所以,我们应该避免制造包含大量人类成分的人-动物嵌合体,并尽可能使用那些无法发育出脑细胞(通过基因改造实现)的人类干细胞。

吴军认同这一观点,同时也强调,他们从未打算将任何嵌合体胚胎植入某处而使其进一步生长——他们并没打算在猴子体内生长人体器官。他认为,如果不知道人类细胞将终结于何时何处,研究就不应该考虑启动。

在剑桥大学从事胚胎发育研究的生物学家玛塔·沙巴齐(Marta Shahbazi)表示:“对我来说很重要的是人类的细胞在哪里以及有多少。如果我们把它们限定于特定器官(如胰腺)内,那就没问题——拥有含人类细胞组成的胰腺的小鼠在任何意义上都不具备‘人类’的含义。然而,对于体内所有组织都遍布人类干细胞的小鼠来说,定义就会变得困难;如果换成猴子,情况更复杂。”

西班牙庞培法布拉大学的发育生物学家阿方索·阿里亚斯(Alfonso Martinez Arias)对于这一研究进展更乐观。他认为,即使是贝尔蒙特等人的说法也是被夸大了的,他们的研究工作真正传达给我们的信息是,当某些人类细胞被放入猴子的胚胎中时,它们会死掉。

“如果新来的异种细胞让胚胎更难生存,那你能从这病态的生物实体中得到什么?(很多人想象中的)人猴嵌合体不会很快出现,甚至可能永远不会出现。”

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从左到右依次为小鼠、大鼠-小鼠嵌合体、小鼠-大鼠嵌合体以及大鼠

嵌合体研究有监管吗?

阿里亚斯的观点只反映一方面,人类-动物嵌合体研究虽伴着巨大争议和压力,但无疑会带来更多引起新争议的嵌合体。当然,许多国家/地区都禁止嵌合体研究。

中内启光从日本移居美国以避开此类限制,不过讽刺的是,2015年,美国联邦政府暂停了对此类研究的资助,而日本的禁令则于2019年解除——但中内启光表示,新的指南实际上很难让嵌合体研究真正获得批准。他感到沮丧:“动物器官可以改变成千上万面临器官衰竭问题的人的生活。我只是不明白为什么它仍会遭遇阻力。”

贝尔蒙特则坚持认为,他在猴-人类嵌合体方面的工作“最大程度地考虑了伦理问题”。

除了科学界内不同科学家的声音,各国也制定了相关法规。

美国现有法规对嵌合体研究提出了一些限制,例如关于动物福利的法规指出:如果猪因为被用来生长人体器官而受伤害,那么这将是不道德的。而且由于人类胚胎干细胞通常是从捐赠用于科研的剩余试管婴儿(IVF)胚胎中提取的,因此应当事先告知捐献者这一事实。

斯坦福大学的生物伦理学和法律学专家汉克·格里利(Hank Greely)表示:“捐赠者可能会特别讨厌自己的身体组织被用于这种特殊用途。”

英国,于1990年成立的人类受精和胚胎学管理局(HFEA)负责规范人类胚胎方面的工作,但如果研究内容涉及将人类干细胞转移至动物胚胎,HFEA就无权管辖了。而根据沙巴齐的说法,这需要英国干细胞库指导委员会的批准。

这些框架不关心嵌合体的“人类化”程度;但沙巴齐表示,有着80%人类细胞的动物胚胎与有着5%人类细胞的动物胚胎是完全不同的实体;更重要的是,从理论上说,让动物胚胎单纯作为一个给人类细胞提供发育环境的“壳”是可能实现的,而要将这种嵌合体植入牛或大猩猩的子宫里,也是可能实现的。

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人类细胞(红色)散在实验室生长的猕猴胚胎中

或许甚至都不需要子宫。

最近,一个来自以色列的研究团队于《自然》发表文章介绍了他们用装满营养培养基的玻璃容器对小鼠胚胎进行体外培养的工作成果。体外培养占整个妊娠期一半的时间,在此过程中,研究者观察到小胎鼠心脏跳动,四肢开始形成。沙巴齐指出:“理论上,可以将这套方法应用于培养人鼠嵌合体胚胎,令其进入胎儿阶段。”

在沙巴齐看来,只要把嵌合体胚胎的发育阶段限制在较早期的阶段,伦理问题就不大。“如果将人类-鼠嵌合体胚胎移植到雌性小鼠体内并使其发育到足月,我心里会不舒服吗?确实会不舒服,我心里是有底线的。”

尽管人脑猪身的科幻狂想让人对“嵌合体”三字心生恐惧,但人类并无合理动机去尝试此种疯狂实验。当嵌合体研究具有积极的人道主义目标,例如:生产用于移植的人体器官,或更好地理解胚胎发育以解决生育问题或解释流产原因,那么我们就不能完全凭着本能的反感去选择禁令,更要考虑其潜在的重大价值。

格里利表示:“如果能在猪体内生长人体器官,许多人的生命将因此被挽救。”而用贝尔蒙特的话说:“我们进行这些研究是为了理解和改善人类健康。”

同时,我们不能单纯地希望所有科学家都抱着最理想的动机。例如希腊塞浦路斯某位生物学家曾于2003年声称自己创建了一种人牛嵌合体胚胎,理论上可植入女性的子宫中。所以,相关法规需要跟进制定并落实,同时,科学家群体也应该积极发挥对这项研究的监督功能。

-菲利普·鲍尔(Philip Ball)是一位科学作家-

资料来源:

Mixed messages: is research into human-monkey embryos ethical?

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