中间全能干细胞来拯救濒危动物或有新的方法

最近，世界上只剩下两只北方白犀牛的报道引起了人们对濒危动物的关注。如何拯救濒危动物一直是科学家们关注的焦点，但通过人工手段拯救濒危物种并不容易。

哺乳动物早期胚胎发育是一个动态复杂的过程，植入后子宫内胚胎的发育进一步增加了其研究难度。美国德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和深圳大学生命科学研究所顾瑛博士在多个物种中培育了一个新的干细胞系，并在此基础上产生了世界上第一个马鼠嵌合胚胎。这一发现加深了人们对干细胞研究领域的认识，有利于建立疾病模型和促进干细胞治疗，在异种移植和濒危动物保护方面具有巨大的应用潜力。

4月初，吴军博士团队和顾瑛博士团队接受了《科技日报》记者的采访，详细介绍了相关情况。

多物种间中性稳定干细胞系的建立

1981年，剑桥大学的生物学家马丁埃文斯和马修考夫曼首次报道了小鼠胚胎干细胞。此后，科学家成功分离出小鼠上胚层多能干细胞，并将其分为原始状态(na？Ve)和Primed代表胚胎植入前后的两种状态。胚胎干细胞处于原始状态，上层胚胎干细胞处于原始状态。

2017年，剑桥大学干细胞研究所的奥斯汀史密斯(Austin Smith)教授首次提出，两者之间可能存在一种新的中间状态。这种状态的细胞应该和植入初期的胚胎差不多。它们不仅能嵌合成胚胎细胞团，还能在体外诱导原始生殖细胞。这种状态被称为原始状态。然而，在这项研究之前，科学界还没有获得一个稳定的以预初始状态为主要特征的细胞系。

“这项研究成功地获得了这种理想的细胞，这使我们能够更好地研究干细胞，并在未来将其应用于科学研究和医学领域。”顾瑛向《科技日报》记者介绍。

在这项研究中，科学家团队同时激活了三条信号通路，建立了一个稳定的具有预初始状态特征的细胞系。它同时具有原始状态和初始状态的一些特征，可以从原始状态直接转换，也可以直接转移到初始状态。

“能够在完全相同的培养条件下从三种不同的物种中获得干细胞是令人兴奋的，这意味着这种中间状态在物种之间可能更加保守。也许在不久的将来，我们将能够从不同物种中获得干细胞，这将有助于我们从细胞和分子水平上更好地理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，该细胞系可以高效嵌合并转化为原始生殖细胞。根据其特点，科学家们将这种全新的全能干细胞命名为XPSCs。

产生嵌合胚胎的过程充满了创新

“动物由受精卵发育而来，在发育过程中，一些细胞会形成胚外组织，如胎盘；另一部分细胞将发育成最终的胚胎。”顾瑛介绍说，在胚泡阶段，胚泡中只有大约10到20个细胞可以发育成胚胎。

在此期间，如果将其他物种的干细胞注射到这些细胞附近，这些异质细胞可能会一起发育并形成嵌合胚胎。

余乐茜介绍说，整个技术过程有很多难点，包括技术、胚胎发育、细胞水平。例如，注射的细胞必须处于与胚胎阶段相似的状态，嵌合胚胎的形成会过早或过晚受到影响。

他们使用了完全相同的诱导培养条件，同时获得了其他物种的XPSCs细胞系，并从马和小鼠的胚胎中分离出胚胎干细胞系。其中，马细胞系是世界上第一批分离诱导的马胚胎干细胞和诱导多能干细胞。同时，它还产生了世界上第一个马科小鼠异嵌合体早期胚胎，这证明了马科多能干细胞

本研究在严格遵守伦理规范的情况下，首次在许多物种中成功建立了具有中间状态特征的稳定干细胞系，获得了第一批马和小鼠异嵌合体早期胚胎。这意味着有可能获得其他物种的嵌合胚胎，也为今后研究不同哺乳动物在体内胚胎发育的差异提供了技术基础，有助于从细胞和分子水平理解物种间的进化差异。

“通过研究，我们发现预起始细胞在物种间相对更保守，这意味着通过预起始细胞可以更有效地获得异种嵌合胚胎。”顾瑛说，科学家团队使用不同的抑制剂和生长因子来调节不同的信号通路，最终从小鼠和马等哺乳动物中获得稳定的前体细胞。这些细胞可以形成嵌合胚胎，并在体外分化为原始生殖细胞。

“这种全新的多能干细胞为研究哺乳动物的多能性和调节原始生殖细胞分化的分子机制开辟了新的途径，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以诱导原始生殖细胞，并将其用于濒危物种的保护和繁殖是另一个重要的研究热点。

“在濒危动物保护研究领域，我们目前关注的是对北方白犀牛的保护。”吴军介绍，2018年，世界上最后一只雄性北白犀牛的死亡引起全球关注，只有两只雌性北白犀牛幸存。犀牛和马的进化差别不大。如果能获得北白犀的干细胞，并分化为原始生殖细胞，就有可能保存这个物种。