全世界每年大概有 200 萬人需要器官移植，但器官捐獻的數量遠低於需求，怎麼辦？科學家將目光投向了大師兄（猴子）和二師兄（豬）。

這裡有兩條路徑，其一是異種器官移植，即把豬器官移植到人體內，目前正用猴子來試驗其可行性；其二是本文主題，異種嵌合體，即將人的幹細胞注射到豬胚胎中，在豬體內培養人的器官，目前正在用猴子或小鼠來檢驗其可能性。

圖 | 首例 “豬猴嵌合體” 活產。（來源：《新科學家》）

如今，世界上首例 “豬猴嵌合體” 產生了。研究人員把猴子的胚胎幹細胞注射到了豬的胚胎中，產生了 2 只“豬猴嵌合體”。這項研究於今年 11 月底發表在《蛋白質與細胞》（Protein ＆ Cell）上。

論文有 3 位通訊作者，均來自中國科學院動物研究所幹細胞與生殖生物學國家重點實驗室，他們是從事人源化豬模型構建的海棠博士，幹細胞與生殖生物學國家重點實驗室副主任李偉研究員和中國科學院院士、動物所所長周琪。

4359 個囊胚，2 只活產

圖 | “豬猴嵌合體”的產生過程。（來源：《蛋白質與細胞》）

圖 | 嵌合體活產豬的心臟、肝臟、脾臟、肺、面板和子宮中綠色熒光蛋白的免疫熒光影象。（來源：《蛋白質與細胞》）

這 2 只小豬看起來與正常的豬並無異樣，只是其體內一部分細胞來自食蟹獼猴。這是世界上首次豬猴嵌合體活產，但 1 周內均死亡。

研究人員在食蟹猴細胞中加入了熒光蛋白 GFP，這樣就可以追蹤細胞及其繁衍的後代。在得到可追蹤的胚胎幹細胞後，研究人員將之注射到了受精 5 天后的豬胚胎中。他們共注入了 4359 個囊胚，獲得 3 個嵌合體胚胎。

不過其中 1 只嵌合體發生了流產。在生產的 10 只仔豬中，2 只經過特異性序列引物的 PCR 確認是豬 - 食蟹猴的嵌合體。

嵌合體器官的最大障礙是目標器官嵌合率太低。研究人員檢測發現，在嵌合體仔豬的體內，包括心臟、肝臟、脾臟、肺和面板在內的多種組織內均有食蟹猴細胞，但其比例很低，在千分之一到萬分之一之間。

研究人員懷疑仔豬的死亡與體外顯微注射有關，而並非與嵌合體有關，因為非嵌合體的仔豬也都死掉了。

據《新科學家》，加州大學戴維斯分校的幹細胞生物學家 Paul Knoepfler 評價說，鑑於所有動物的嵌合率很低，且都死亡，這個結果令人沮喪。

仔豬全部死亡是否與體外顯微注射有關，尚不能確認。得克薩斯大學達拉斯西南醫學中心助理教授吳軍對 DeepTech 表示，該研究中仔豬活產數量太少，還不能下此結論。

研究人員在論文中表示，這個研究證實了食蟹猴 - 豬的嵌合體可以在豬體內生長出具有功能性的肝細胞和腎細胞，這些細胞可以用來進一步臨床應用研究。

研究人員認為，異種嵌合體到臨床還有兩個障礙：其一，需要提高嵌合率；其二，需要了解異種進化差異的分子機制，這種進化差異影響了異種嵌合體的發育效率。

他們希望下一步能製造出完全由猴子細胞組成的器官。

最大障礙是嵌合率

圖 | 一個攜帶大鼠心臟細胞（紅色）的小鼠胚胎。（來源：索爾克生物研究所）

在解剖學、生理學以及器官發育和疾病作用機制方面，豬與人類有諸多相似性，所以是器官替代較理想的動物模型。

製備嵌合體大都用顯微注射，也就是透過顯微操作將目的幹細胞注入豬的早期胚胎中。

2010 年，日本東京大學和美國斯坦福大學聯合團隊負責人、幹細胞學家 Hiromitsu Nakauchi 製造出了含有大鼠胰臟的小鼠，這是一種改造後無法發育出自己胰臟的小鼠，他打算利用誘導多能幹細胞（iPS 細胞）在小鼠體內培育人類胰臟。

2017 年，還在加州索爾克生物研究所做研究員的吳軍制造了豬 - 人嵌合體。他們向豬胚胎注射了多種人類誘導性多能幹細胞，首次用中間多能態的幹細胞成功培育出人豬嵌合體胚胎。由於倫理原因，胚胎僅在豬體內發育了 3 到 4 周時間。最終的結果顯示，不同組織和器官嵌合度有差異，比如心臟和肌肉嵌合度明顯要高於其他組織，但從整個胚胎來講，大約每 10 萬個豬細胞中有 1 個人細胞。

據今年 7 月西班牙《國家報》（El País）報道，西班牙武康大學與索爾克生物研究所的研究人員正在中國進行人 - 猴嵌合體的研究，目前尚未有結果公佈。

異種移植專家、南京醫科大學特聘教授戴一凡此前對 DeepTech 表示，這幾年反覆的試驗發現，異種嵌合體研究遠遠沒有人們當初想象的那麼容易，主要是人的幹細胞和豬胚胎髮育的不匹配，人的細胞和豬的細胞之間不能很好的互動，很難存活或發揮應有的功能。

至於倫理問題，美國、西班牙和一些其他國家允許製造人 - 動物嵌合體，只要其沒有繁衍能力且不會發育成大腦即可。

然而據《新科學家》報道，新加坡生物醫學研究所發育學家 Davor Solter 的看法是，這是一種可笑的擔憂，人腦細胞在老鼠大腦中也只能做老鼠該做的事情，它不會具備人類的思想。因為大腦的結構決定了人類之所以為人，而非單個的細胞所決定。

吳軍同意 Davor 的觀點， 也表示這些擔憂缺乏科學依據，人類細胞在老鼠和豬大腦中會怎樣，需要研究來證實，哪怕是用大小鼠或其他靈長類細胞驗證也可以佐證。

專訪吳軍：異種嵌合體器官移植路線圖是怎樣的？

圖 | 吳軍。（來源：得克薩斯大學達拉斯西南醫學中心）

吳軍，畢業於山東醫科大學獲得臨床醫學學士學位，後獲得田納西大學諾克斯維爾分校生命科學博士學位，之後在南加州大學做博士後，在索爾克研究所做研究員，他於 2018 年 1 月加入得克薩斯大學達拉斯西南醫學中心，擔任分子生物學助理教授。

他在異種嵌合體領域做了一些開創性的工作，海棠等人的這篇論文也多次引用了其成果，而且也證明了之前他關於中間多能狀態幹細胞有異種嵌合優勢的發現。

DeepTech：如何看待這項研究的價值？

吳軍：從十萬分之一到萬分之一、千分之一，最終的異種嵌合率比以前的研究有些提高，但是實際上還是比較低的，說明物種之間生成嵌合體的過程中還是有一定的障礙。

這篇文章沒有做相關機理方面的研究，主要是技術方面的突破。他們透過將豬胚胎的培養液和中間多能狀態幹細胞的培養液混合到一起，讓猴子幹細胞在豬胚胎裡面能夠更適應，這可能對將來的嵌合體實驗有所幫助。

DeepTech：從十萬分之一到萬分之一、千分之一，這是一個很大的進步嗎？

吳軍：不管是我們之前預估的十萬分之一，還是萬分之一、千分之一，都屬於一個非常低的嵌合率。它還沒有達到能夠有效在體內產生功能性組織的水平。而且，異種嵌合很可能會面臨組織偏差的問題，也就是說，因為物種間發育過程等的不同，即使整體胚胎嵌合度提高，可能有些組織會有很少的或者沒有任何嵌合。

異種細胞發育快慢是不一致的，其發育程式也不同，另外就是細胞與細胞之間可能有互相競爭的關係。

大鼠跟小鼠的整體嵌合可以達到 20%-30%。透過互補，在某些器官嵌合可以達到 90% 以上。因為大鼠和小鼠是兩個相近的物種，都屬於齧齒類，發育程式比較類似，但人與豬或者是猴子與豬在進化關係上就很遠，猴子細胞或者人的細胞可能在豬胚胎髮育過程中不能接受到相容的發育訊號。

DeepTech：與傳統細胞生物學領域相比，異種嵌合體的研究似乎不夠熱鬧，有什麼原因嗎？

吳軍：有幾個原因。

其一，雖然有很多實驗室會用到幹細胞，但是真正透過異種嵌合做胚胎幹細胞再生醫學研究的不是特別多。

其二，嵌合體涉及到體內實驗，比如顯微注射，甚至用到不同的動物，這不是每個實驗室都能夠去做的。

其三，我覺得是這個領域還處於很早期階段，還有很多的技術上跟倫理上的障礙。比如人的細胞會不會轉移到豬腦系統或者生殖系統裡面。將來如果嵌合率提高的話，就可能需要解決人的細胞避免進入倫理敏感的器官中，尤其是生殖系統和神經系統。另外我想強調的一件事是，即使是大小鼠之間的互補，現在成功的器官也只有胰腺。其他器官，比如腎臟，雖然最近有報道小鼠幹細胞來源的腎臟可以在大鼠新生兒體內生成，但器官大小比同期的大鼠腎臟要小，而且其功能並沒有被完全測試。這些都說明該領域還處於探索階段，離臨床應用還很遙遠。

DeepTech：可否簡單描述一下，嵌合體研究到最終能夠實現器官移植應該是一個怎樣的路線圖？

吳軍：首先要解決整體胚胎嵌合率低下的技術問題，怎麼讓跨物種的胚胎幹細胞更有效地進入到另外一個物種的早期發育胚胎，而且能夠參與到各種器官的早期發育中。

如果這個問題解決了，下一步就是怎麼控制，特別是讓人的胚胎幹細胞避免進入我們不想讓它進入的器官，這是一個倫理的問題。

第 3 點就是，異種嵌合體器官的功能性是不是與人的器官相似，這可能需要去做一些移植實驗。當然這個階段早期可能是用猴子來測試。

第 4 點是製造一個完整的器官。現在我們製造的不是一個完整的器官，比如其中有些血管、神經和間質細胞主要還是宿主的。

DeepTech：感覺你描述的每一步都是挑戰性很大，能不能估計一下，10 年之內有可能實現到哪一步？

吳軍：我覺得現在沒辦法去預估，有可能明年就有一個非常激動人心的進展，也有可能一直都會有一些困難，10 年、20 年不一定能夠達到預期。

因為這是一個非常新的領域，很多實驗室都處在摸索的階段，沒有之前的研究可借鑑。但是我比較樂觀，5 年到 10 年應該會有一個概念驗證，比如說異種生產人的功能性細胞，如胰島細胞。

DeepTech：能不能預測一下，對於心臟、肝、肺、胰島這些器官，你覺得哪種器官可能會有更快進展？

吳軍：我覺得是胰島。因為做的最多的嵌合體工作就是胰島，包括日本做了大鼠、小鼠的胰島的生成，之前我在索爾克研究所也做了小鼠胰島研究。另外，胰島的發育在各個物種中比較保守，有一些保守的基因在調控，那麼就更容易控制。

另外肌肉也可能進展很快。肌肉主要組成是肌肉細胞，一些關鍵基因的研究也比較清楚，並且我們人豬嵌合實驗的初步實驗結果也發現，肌肉組織嵌合度相對其他組織比較多。

DeepTech：有器官移植的專家說，與嵌合體器官相比，異種器官移植可能會更快上臨床。

吳軍：我同意這個說法。異種器官移植早在 1990 年代就開始了，研究基礎很好，特別是現在有了基因編輯，就更加簡單和方便，所以異種器官移植可能在最近幾年就會有臨床實驗。

DeepTech：那麼除了器官移植，異種嵌合體研究在生物學和臨床上還有什麼價值？

吳軍：這也是我自己的實驗室專攻這個方向的一個原因。因為嵌合體研究不僅是為了器官移植，異種嵌合可以給基礎研究帶來一些新的認識。比如說大鼠與小鼠是兩個完全獨立的物種，它們在千萬年前就已經分開了，但是如果可以把大鼠的幹細胞放到小鼠體內，讓它去經歷小鼠發育的整個過程，這個系統就非常有意思。

我們可以研究一些進化的保守的或者不保守的發育程式，比如說器官大小的控制，壽命的控制。有的齧齒類物種可以生活 30 年，而同為齧齒類的小鼠只有 2 年到 3 年壽命，那麼如果能夠產生嵌合體，就可以用來研究長壽問題。

甚至包括癌症，有一些物種幾乎不會患癌症，那麼研究有其細胞的嵌合體是不是會發現一些新的抗癌機理呢？

DeepTech：能不能介紹一下你們現在做的工作？

吳軍：我們現在主要想解決嵌合率的問題。主要是透過建立一些體外的系統來研究早期發育機理，包括細胞與細胞之間的相互作用、細胞粘附、細胞通訊以及發育時程、細胞週期。另外是細胞分化的速度，人類細胞比小鼠、大鼠和豬的細胞要慢很多，我們在體外可以重現體內發育的過程，希望可以讓人的細胞分化加快或者讓動物細胞分化放緩。

另外我們比較感興趣的是，在早期發育過程中，人類細胞和其他物種細胞之間的通訊。

機理研究在體內比較難做，因為體內實驗週期比較長，影響因素也較多，所以希望建立起一種體外的研究系統，這也是我們主攻的一個方向。

DeepTech：我看到今年 7 月份有報道說索爾克研究所與西班牙武康大學合作，在中國進行猴子嵌合體的研究。他們為什麼選擇中國呢？

吳軍：不是因為在中國可以做，其他國家不能做。我覺得他們之所以在中國做，可能是因為中國近些年在靈長類研究領域有突飛猛進的進展，研究中心比較多，猴子種類比較多，數量也比較多。要知道，第一個克隆猴是在中國出生的，第一批具有針對性突變的猴子也是在中國出生的。