2021年4月，一个中美联合团队在Cell发表论文，研究了人扩展多能干细胞在猴胚胎中的嵌合能力，首次培养出人-猴嵌合体胚胎。研究一经发表便引发争论，研究人员认为该研究对未来药物筛选，组织器官体外培养、移植等研究提供了通道。而许多相关领域专家就伦理问题进行了讨论。目前，国际公认的胚胎研究遵循“14天原则”，为什么要定为14天？该研究却巧妙的避开了这个已经诞生30多年的默认规则。未来的胚胎实验，又将何去何从？

 

撰文 | 皮卡龙秒蛙

 

尽管生物医学正在深刻影响着人们的生活，但最能体现技术的跃升，给人们带来震撼感觉要属科幻电影。回首过去，不得不说，一些好的科幻作品提前将我们带到了未来几十年后的世界并潜移默化地影响了人们对科技的态度。

 

1997年，电影《千钧一发》(Gattaca) 描绘了这样的未来世界：自然生育由于存在不同程度的基因缺陷问题，这是穷人才不得以的选择；如果人们足够有钱，可以去“优生诊所”里给孩子随意挑选自己中意的基因——肤色、国别、性别再也不是人们互相评价的依据，只有基因能决定一个人的命运。1999年《黑客帝国》（Matrix）里，胚胎可以在充满营养液体的玻璃罐子中被养大；在2005年的《逃出克隆岛》（The Island）中，一批克隆人被制造并囚禁起来，为了在必要时给他们的“原型”提供换用的身体零件……这样的科幻片不计其数，但有一个核心内容很相似，那就是为了各种各样的目的，科学家用技术改造或培养人类的胚胎。

图1 电影《千钧一发》（Gattaca）与《黑客帝国》（Matrix）海报，两部电影分别描述了基因修饰与胚胎的体外培养 | 来源：网络

 

1 人-猴嵌合体胚胎

 

2008年，在美国总统生物伦理委员会（President's Council on Bioethics, PCBE）被取缔之前，他们发布的最后一个长篇报告中写了这样一段话：

 

“我们正在获得从胚胎中筛除掉坏基因的能力；我们也许有一天可以改变人类的基因组，来提高对疾病的抗性，达到最优的身高和体重，强化肌肉力量，延长寿命，让感觉更加敏锐，让智能更加高级，改变性格；我们也许有一天能在体外控制胚胎的发育，将人类胚胎放到动物或者人工子宫中去，或创造人-动物杂合体…….谁知道别的还有什么。但毫无疑问的是，这些改变虽然可以优化人类本来并不完美的身体，但绝非所有生物医学工程都是有益的、能被接受的。”

 

显然，很多说法在当时仅仅是幻想或者展望，但没人会想到短短十几年之后，其中一部分正在变成现实或者以某种方式已经成了现实。2021年4月15日，《细胞》（Cell）杂志上发表了昆明理工大学灵长类转化医学研究院与美国索尔克研究所（Salk Institute）合作的最新研究成果，通过结合该研究组之前建立的猴胚胎体外培养系统，研究人员首次将人扩展多能干细胞（hEPS）嵌合在食蟹猴（Macaca fascicularis）受精后第六天胚胎的内细胞团中，制成了132个人-猴嵌合体胚胎。在嵌合胚胎的生长过程中，人源的干细胞在胚胎中表现出一定的分裂与分化能力，可以表达中胚层，内胚层的部分标记基因。不过，由于人猴的种间差异和体外培养系统存在的种种限制，人源干细胞在培养过程中逐渐丢失，嵌合体胚胎在生长过程中逐渐死亡，最后一个胚胎最终存活了20天之久。

图2 显微镜下的人-猴嵌合体。左图发光部分与右图中的红色部分为用荧光分子标记的人扩展多能干细胞 | 来源：课题组

 

如果仅从学术研究探讨，本次进展在一定程度上回答了异种嵌合细胞如何相互作用，以及发育程序差异如何调节等问题，为解决异种嵌合效率低下等问题提供新的思路，对器官再生研究具有指导意义。研究了大半辈子再生医学，作为本项研究通讯作者之一的Juan Carlos Izpisua Belmonte表示很兴奋，“这项研究让我们可以深入并重编那些影响人类细胞在其他动物体内生长发育的细胞通路。”

 

而从临床前景上考虑，以我国为例，器官移植的现况较为严峻，其中一个最大的原因就是缺乏器官的供者。因此，在更大的意义上，如果人-动物杂合胚胎可以正常发育，成长为携带人体器官的动物，似乎可以从根本上解决器官供体少的问题。

 

不过展望归展望，我们在憧憬研究的美好前景的同时，还是要回到研究本身。不出意外地，不同领域的学者对此项研究有着不同的角度。牛津大学生物伦理学家Katrien Devolder对本项研究评论道，“（这个阶段的胚胎）不会有疼痛的感觉，也没有意识，可是如果这些嵌合体胚胎得以进一步发育，那就是另一回事儿了。”言下之意，实验做到这个地步，勉强可以接受，可如果这些胚胎再长一段时间，就要好好讨论合理性了。更有学者直接表达了反对意见，认为可能带来无法预见、无法估量的麻烦。来自Oxford Uehiro Centre for Practical Ethics的Julian Savulescu教授在接受BBC的采访时，形容这项研究是“打开了人-非人杂合体的潘多拉魔盒”。

 

事实上，这并不是近期唯一一个胚胎研究领域的突破性研究。仅仅在1个多月前的 3月21日，《自然》（Nature）同日刊登了两篇文章，报道了两种跳过受精卵阶段获得类似人早期胚胎结构的可能性。其中一项研究利用一种特殊的培养系统，可以在体外诱导人类多能干细胞（PSC）聚集成为一个“类人早期胚胎（human blastoid）”，而另一项研究通过重编程人的成纤维细胞，也获得了一种与人早期胚胎类似的结构，作者称之为“胚胚（iBlastoid）”。

图3 两种“类胚胎”的产生方法：第一种方法通过培养各种来源的人多能干细胞，使其聚集成类似人类早期胚胎的结构；第二种方法则通过重编程体细胞实现类似目的。| 来源：Nature

 

这一系列眼花缭乱的研究，不禁引人发问：我们对人类胚胎的研究，有哪些限制？

 

2 胚胎与人胚胎干细胞研究的限制

 

大家对基因编辑婴儿事件应该还有印象。2018年11月26日，南方科技大学贺建奎宣布了一对特殊的双胞胎的诞生，这两个孩子的基因组天生与众不同：研究团队用基因编辑技术修改了一个与HIV感染相关的关键基因CCR5，并声称这样的孩子天生就有抵抗HIV的能力。这一事件被各界评价与批评是非法的，极其不负责任与不符合道德的。2019年3月13号，来自7国的18位科学家与伦理学家在《自然》上发表文章呼吁暂停暂停生殖系基因编辑的临床应用，这其中既有技术性、科学性、安全性的考虑，也有伦理道上的考虑。

 

事实上，对于人类胚胎能不能用来做实验这个问题，国际上大致有三种派别。最保守的一派，比如天主教徒，他们认为，人类胚胎与一个人在本质上没有区别；从道德上来讲，用人类胚胎做实验，从根本上来讲就是错误的行为。而最激进的一派则认为，人类胚胎仅仅是一团细胞，没有神经，没有感觉，用来做实验，不会有问题。而人数最为众多、最广为接受、科学界最认可的观点，是在这两种极端之间寻求一种平衡：人类胚胎的研究在一定程度上有利于人类进步，但同时应该有道德和伦理上的考虑，对相关实验施加一定的限制。这一派别的代表理论，是“14天原则（14-day rule）”。

 

3 你，什么时候真正成为了你？

 

对于生殖医学来说，1978年是不平凡的一年。在这一年，世界上首个通过体外受精和胚胎移植受孕的婴儿在英国诞生。这一研究在当时的英国乃至世界上引发了极大的轰动，公众的反应可以说是“又喜又怕”：“喜”在不孕不育症患者有了新的希望；“怕”在用人类胚胎做实验有无法预料的后果。

 

很快，英国政府召集了16位学者组成了 “沃诺克委员会（Warnock Commitee）”，其中不仅有医生和科研人员，还有很多其他领域的杰出工作者，甚至连神学家都参与了进来。委员会成立目的很简单，就是让大家来一起商讨，体外研究人类胚胎这条路，人类今后到底该怎么走。这个委员会看似鱼龙混杂，事实上并非徒有其表，仅仅在成立的第一年内，就收集了近千份来自各界的意见。1984年，委员会发布了第一份详细报告（Warnock 1984），列举了数条关于体外受精与人类胚胎研究的建议。其中最重要的一条是这么说的：

 

“我们强烈推荐，由体外受精产生的人类胚胎，无论是冰冻状态下或非冰冻状态下，如果没有进行胚胎移植，不能在体外存活至超过受精后第14天。同时，我们推荐把任何用超出此期限的人类胚胎的做实验的行为都定为刑事犯罪”。

 

这正是“14天原则”最原始的表述之一。

 

大家可能会好奇，为什么14天这个节点如此特殊？在此节点之前和之后的胚胎，有多大的不同？沃诺克委员会中唯一的发育生物学家McLaren曾说：“如果我必须指定一个时间节点，（在胚胎发育过程中）从这个节点以后我便开始成为了我，那我将会认为正是（第14天）这个时间。”

 

实际上，从受精卵形成开始到胎儿出生需要跨过的约38周共266天(在临床上是一个平均的时间，并非每个人的出生都这么精确)，一般可以分为三个阶段：胚前期（pre-embryonic period）、胚期（embryoic period）和胎期（fetal period）。

图4 人类胚胎发育的三个时期，胚前期（pre-embryonic period）,胚期（embryoic period）和胎期（fetal period）| 来源：verywell

 

在受精卵形成的头14天里，胚胎会完成数次卵裂，形成囊胚，在子宫腔内完成着床。而在第14天，也是胚前期和胚期的分界点，一种名为“原条（primitive streak）”的结构形成，标志胚胎内、中、外胚层发育的开始。选择第14天这个节点，一来是因为原条的形成很容易被观察到，利于判断；二来人们认为，神经系统的发育始于受精后17天左右，把限制设置在14天，胚胎就感受不到痛觉，用来做实验就不会有道德问题。

 

1990年，英国正式把生物医学研究的相关规定写在了法律中。到今天为止，“14天原则”被世界各国和各个组织广泛采纳，但并非完全一致。有的国家像英国一样把相关条目写在了法律里，有的国家仍然只是以“建议”的形式存在。除此之外，对14天的解读也不尽相同。很多人认为这14天要从受精的那一刻开始算起，然而体细胞核移植的技术可以让研究人员直接跳过受精卵这一步。所以有人认为，不管是什么来源的胚胎，这14天要从体外培养的第一天开始算起。比如我国在2003年由科学技术部、卫生部联合制定的《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》中，是这样规定的：利用体外受精、体细胞核移植、单性复制技术或遗传修饰获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天。

 

4 不断被挑战的胚胎伦理

 

多年以来，所有研究人类胚胎体外培养的实验室共同遵守着“14天原则”。说来有趣，大家这么守规矩的一个主要原因是，人类胚胎在体外根本培养不到14天。精子和卵子在输卵管内相向运动，一般在输卵管的壶腹部相遇形成受精卵后，一边发育，一边慢慢朝向子宫移动，在受精后6~7天到达子宫上段。这个阶段的胚胎是一个大概有200多个细胞的细胞团块，发生一系列复杂的变化后逐渐嵌入子宫内膜，也就是“着床”。而在体外培养胚胎的过程中，“着床”可以说是分水岭——在这之前可以通过在体外培养基中加入各种物质，让胚胎相信自己就是在子宫内生长；而过了这6~7天，体外生长的胚胎似乎就察觉到了不对劲：本该出现的子宫内膜的环境并没有出现，从而中止进一步发育。所以很长时间里，受精后第6~7天已经是体外胚胎培养的极限。虽然不同的团队做出了相当多的尝试，比如摸索培养基中各种有机物和无机物的配比，尝试各种材质的培养容器，尝试加入其他种类的细胞与胚胎进行共培养等等，但似乎都无法“欺骗”胚胎，体外培养的效果都不尽理想。

图5. 受精卵形成后在输卵管和子宫内的移动 | 来源：ScienceDirect

 

极限终将是会被突破的。2016年5月，来自英国剑桥大学和美国洛克菲勒大学的两个研究组分别在《自然》和《自然·细胞生物学》（Nature Cell Biology）发表研究，前者通过改造他们之前设计的小鼠胚胎体外培养的方法，让人类胚胎在体外发育到了受精后第13天，后者通过给囊胚阶段的胚胎提供附着底物，让其可以至少在体外发育到受精后第12天。而且两个研究组都声明，根据国际广泛认可的相关伦理原则，自己在胚胎发育到受精后14天之前终止了实验。换句话说，如果他们想继续培养胚胎，完全有希望超过14天。

 

除了逐渐逼近伦理底线的科学研究，在开篇介绍的三项研究中，研究团队全部都以各种方式直接避开了已有的限制。比如，我国2003年颁布的《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》规定，“不得将人的生殖细胞与其他物种的生殖细胞结合”，然而在人猴嵌合体胚胎研究里，人和猴的细胞并没有真正“结合”。更准确地来说，它们仅仅是“靠在一起”，分别生长而已。而之前提到的，跳过受精卵阶段直接获得类似人早期胚胎结构的另两个研究中，本质上根本没有真正的人类胚胎的产生，而是通过改变培养环境来“仿制”人类胚胎，对于这样的研究来说，还没有相关规定和法律作出限制。

 

5 胚胎伦理，何去何从？

 

生物医学领域的进展，如同潮浪一样，一波又一波地冲击着人们对生命的理解。在这一过程中，我们都在重新认识自己，重新思考人类与其他物种，与整个自然的关系。对于每一项有希望应用于人类自身的新技术，我们都要有两方面的考虑：一要考虑风险和收益，也可以说是安全性；二要考虑伦理和道德。安全性终究是客观的，并且随着时间的推移可以逐渐提高。而道德和伦理上的底线，很多时候并不完全明确。我们每个人都有发言权，去探讨技术与伦理道德的边界。

 

参考资料

 

[1] https://bioethicsarchive.georgetown.edu/pcbe/index.html

 

[2] https://repository.library.georgetown.edu/handle/10822/559350

 

[3] 科学技术部、卫生部关于印发《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》的通知，http://www.most.gov.cn/fggw/zfwj/zfwj2003/200512/t20051214_54948.htm

 

[4] https://www.nature.com/news/embryology-policy-revisit-the-14-day-rule-1.19838#b1

 

[5] https://www.nature.com/articles/s41586-021-03356-y

 

[6] https://www.nature.com/articles/s41586-021-03372-y

 

[7] https://www.nature.com/articles/nature17948

 

[8] https://www.nature.com/articles/ncb3347