Cell封面论文：刘真/孙强团队等构建首只胚胎干细胞系“嵌合体猴”

胚胎干细胞是指由着床前囊胚的内细胞团在体外分离培养而来的多能性细胞，在模式动物构建、细胞治疗、器官再生、类器官模型等生物医药领域发挥着重要作用。胚胎干细胞具有体外无限自我复制更新、诱导实现多向分化、胚胎注射形成嵌合体等关键特征，其中胚胎注射形成嵌合体被公认为是评估胚胎干细胞多向分化潜能的金标准。

小鼠胚胎干细胞注射到囊胚并形成嵌合体的技术是构建遗传修饰小鼠模型的关键技术。1984年首次实现小鼠胚胎干细胞胚胎注射形成嵌合体，2008年成功实现大鼠胚胎干细胞胚胎注射形成嵌合体。建立非人灵长类胚胎干细胞嵌合体技术对于生物医药研究具有非常重要的意义，然而非人灵长类胚胎干细胞嵌合体研究一直进展缓慢。

2023年11月10日，中科院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）研究员刘真研究员、孙强研究员及华大基因研究院Miguel Esteban等人在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Live Birth of Chimeric Monkey with High Contribution from Embryonic Stem Cells 的研究论文，该论文还被选为当期封面论文。

该研究在国际上 首次成功构建了高比例胚胎干细胞贡献的出生存活的嵌合体猴，并证实了猴胚胎干细胞可以高效的贡献到胚外胎盘组织和生殖细胞。 这对于理解灵长类胚胎干细胞全能性具有重要意义，为遗传修饰模型猴的构建奠定了技术基础。

论文通讯作者刘真研究员表示，这是该领域长期追求的一个目标，这项研究不仅对理解包括人类在内的灵长类动物的原始多能性有意义，而且对基因工程和物种保护也有实际意义。具体来说，这项工作可以帮助我们产生更精确的猴子模型，用于神经系统疾病以及其他生物医学研究。

该研究使用的食蟹猴，是一种生物医学研究常用的灵长类动物。研究人员首先利用7天大的囊胚胚胎细胞建立了9个干细胞系。然后，他们将这些细胞系置于培养环境中，以增强它们分化成不同细胞类型的能力。他们对这些细胞进行了多种测试，以确认它们是多能性的。这些干细胞也被标记上绿色荧光蛋白，这样研究人员就能确定在发育和存活的动物中，哪些组织是从它们中生长出来的。

最终，研究人员选择了一个特定的干细胞子集注射到早期的猴子桑葚期胚胎（4~5天大的胚胎）中。这些胚胎被植入雌猴体内，结果有12只怀孕，6只活产。

进一步分析证实，一只活产的猴子和一个流产胚胎是嵌合的，它们全身都含有从上述干细胞中生长出来的细胞。而且，这两个都是雄性。

研究人员使用绿色荧光蛋白（GFP）标签确定了哪些组织含有注射干细胞来源细胞。他们还使用基因测序和其他测试确认了在不同器官中存在干细胞来源的组织。结果显示，含有干细胞来源细胞的组织类型包括大脑、心脏、肾脏、肝脏和胃肠道。在活体猴子中，干细胞在不同组织类型中的贡献从21%-92%不等，在测试的26种不同组织类型中平均为67%。相比之下，流产胚胎的这一数字较低 。

嵌合体猴的脸和手指上发绿，这表明其组织来自于被注入受体胚胎的胚胎干细胞

在这两个动物身上，他们还证实了在睾丸和最终发育成精子的细胞中存在干细胞来源的细胞。

论文共同通讯作者Miguel Esteban表示，这项研究提供了有力的证据，证明猴子多能干细胞具有在体内分化成猴子各种组织的能力，也加深了我们对灵长类动物多能干细胞发育潜力的理解。

论文共同通讯作者孙强研究员表示， 这项工作有助于我们更好地理解灵长类细胞的原始多能性。在未来，我们将通过优化干细胞培养条件，以及干细胞植入囊胚后的培养，或两者兼有，提高产生“嵌合猴“的效率。

研究团队还计划进一步探索胚胎在宿主动物体内存活的机制，这将有助于提高嵌合体产生的效率。

论文链接：

https://cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01087-5