這是有史以來的第一次，人類在體外構(gòu)建出了完整的人囊胚樣結(jié)構(gòu)。

北京時(shí)間3月18日凌晨，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）刊發(fā)這一重磅突破。來自澳大利亞莫納什大學(xué)解剖與發(fā)育生物學(xué)系教授Jose M. Polo團(tuán)隊(duì)，以及美國得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心助理教授吳軍等人率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，采用不同的路徑體外構(gòu)建出人囊胚樣結(jié)構(gòu)，并各自發(fā)表了論文。

這兩項(xiàng)突破性的工作，或?qū)⒆屓祟惻咛サ脑缙诎l(fā)育過程多了進(jìn)一步深入探究的可能性。吳軍在接受澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者專訪時(shí)表示，“目前對于人們來說，人類胚胎早期發(fā)育過程還是一個(gè)‘黑盒子’。”

我們對于胚胎發(fā)育的了解，大多是還是來自于對小鼠等各種模式生物的研究。究其原因，吳軍分析，“這主要是因?yàn)閮牲c(diǎn)：一、使用胚胎進(jìn)行研究，涉及很多倫理問題。二、能夠用于研究的人類胚胎主要來自于采取人工授精治療后的夫婦，將多余的胚胎捐贈用于研究。”然而，這些稀有的胚胎數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到進(jìn)行深入研究的需求。

包括吳軍在內(nèi)的科學(xué)家早就開始設(shè)想，如果能夠在體外獲得一種類似于人類胚胎的結(jié)構(gòu)，這將同時(shí)解決上述的兩個(gè)問題，使科學(xué)家們更加廣泛深入的研究人類早期胚胎發(fā)育變?yōu)榭赡堋?/p>

值得注意的是，就在4年之前的2017年2月，彼時(shí)還是美國索爾克生物研究所研究員的吳軍及其合作團(tuán)隊(duì)在頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表了另一項(xiàng)研究，他們把人類干細(xì)胞注入豬胚胎中，首次成功培育出人豬嵌合體胚胎，并在豬體內(nèi)發(fā)育了3到4周時(shí)間。該研究被認(rèn)為是干細(xì)胞研究領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。

2019年10月，吳軍等人在《細(xì)胞》發(fā)表研究，報(bào)道了利用擴(kuò)展多能性干細(xì)胞在體外構(gòu)建功能性的胚胎結(jié)構(gòu)，而不經(jīng)過傳統(tǒng)受精方式。這一新模型未使用配子，可以以高通量方式揭示早期胚胎的發(fā)育機(jī)制，并構(gòu)建機(jī)體各部分類器官。

2020年12月，吳軍等人再次在《細(xì)胞-干細(xì)胞》發(fā)表論文，他們首次在多個(gè)物種中培育出一種新型干細(xì)胞系，并在此基礎(chǔ)上生成世界首例馬鼠嵌合胚胎。

談及其多年來的研究，吳軍表示，其理想之一是希望通過干細(xì)胞技術(shù)，獲取有功能性的獨(dú)立的人體器官，從而為需要器官移植的患者提供合法有效的器官來源；另一個(gè)理想則是盡可能多的獲取不同物種的干細(xì)胞，特別是有不同特征的物種，研究這些物種的干細(xì)胞和早期發(fā)育有可能會幫我們發(fā)現(xiàn)抗癌、人工誘導(dǎo)冬眠等有效方法。

而回到科學(xué)界和公眾都討論廣泛的生物倫理問題，吳軍強(qiáng)調(diào)，其最新的這項(xiàng)研究獲得的并不是真正的胚胎，“類囊胚非常接近真正的囊胚，但是它和囊胚仍然不相同。”他表示，“從生物學(xué)角度，這個(gè)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)并不是胚胎，只是一個(gè)可以經(jīng)歷胚胎早期發(fā)育過程的胚胎干細(xì)胞的集合體。”

而即使在人類胚胎研究的框架下，他認(rèn)為他們的研究仍舊符合國際上的法律法規(guī)以及準(zhǔn)則。更重要的是，吳軍認(rèn)為，“通過對囊胚樣結(jié)構(gòu)來研究人類早期胚胎的發(fā)生和發(fā)育，可以不使用真正的人類胚胎來研究，這在一定程度上是對生命的保護(hù)。這些研究對解決出生缺陷和人類發(fā)展的許多其他重要且未被研究的方面打開了窗口。”

據(jù)學(xué)校官網(wǎng)介紹，吳軍分別于山東大學(xué)及田納西大學(xué)諾克斯維爾分校獲得臨床醫(yī)學(xué)學(xué)士學(xué)位和生物學(xué)博士學(xué)位。經(jīng)過南加州大學(xué)Martin Pera教授及索爾克生物學(xué)研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte教授實(shí)驗(yàn)室的博士后培訓(xùn)后，于2018年1月入職得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心，擔(dān)任分子生物學(xué)系助理教授。

其主要研究方向是利用多種技術(shù)手段開發(fā)新型干細(xì)胞，建立高效基因組和表觀基因組編輯工具，專注于利用種間嵌合體來研究進(jìn)化背景下的發(fā)育生物學(xué)、身體和器官大小的確定、物種的特定行為特征、抗癌性以及物種屏障的分子基礎(chǔ)。

以下為澎湃新聞對吳軍的采訪實(shí)錄：

澎湃新聞：這項(xiàng)最新研究描述了在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下獲得的人囊胚樣結(jié)構(gòu)，研究的初衷是什么？您希望與之相關(guān)的研究未來能解決哪些問題？

吳軍：目前對于人們來說，人類胚胎早期發(fā)育過程還是一個(gè)“黑盒子”。對于胚胎發(fā)育的了解，大多是還是來自于對各種模式生物的研究，比如小鼠等。這主要是因?yàn)閮牲c(diǎn)：一、使用胚胎進(jìn)行研究，涉及很多倫理問題。二、能夠用于研究的人類胚胎主要來自于采取人工授精治療后的夫婦，將多余的胚胎捐贈用于研究。然而，這些稀有的胚胎數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到進(jìn)行深入研究的需求。因此，如果能夠在體外獲得一種類似于人類胚胎的結(jié)構(gòu)，這將同時(shí)解決上述的兩個(gè)問題，使科學(xué)家們更加廣泛深入的研究人類早期胚胎發(fā)育變?yōu)榭赡堋?/p>

研究胚胎早期發(fā)育有助于我們更加了解一些人類早期重大疾病造成的流產(chǎn)，畸形兒，女性受孕障礙等疾病，并為其尋找可行的解決方案；此外，人造胚胎還可以建立藥物篩選模型，通過篩選對早期胚胎發(fā)育致畸的藥物，從而為進(jìn)入臨床應(yīng)用的孕婦藥品提供安全性模擬檢測。

澎湃新聞：這是首次獲得完整的人囊胚樣結(jié)構(gòu),能否介紹下關(guān)鍵的試驗(yàn)步驟？其中的難點(diǎn)和突破點(diǎn)是什么？

吳軍：人囊胚樣結(jié)構(gòu)主要包括三種細(xì)胞類型，上胚層細(xì)胞、原始內(nèi)胚層細(xì)胞、以及滋養(yǎng)層細(xì)胞。如何讓這三種類型的細(xì)胞，在構(gòu)建過程中，正確出現(xiàn)在其固定的位置上，是一個(gè)難點(diǎn)。

早期小鼠人造囊胚的構(gòu)建是直接將上胚層細(xì)胞以及滋養(yǎng)層細(xì)胞放在一起共培養(yǎng)，通過特殊的培養(yǎng)條件，使其構(gòu)建成囊胚結(jié)構(gòu)。但是在人類細(xì)胞中，科學(xué)家們經(jīng)過不斷嘗試，以三種細(xì)胞為來源去構(gòu)建人類囊胚并不能成功。原因在于人類胚胎干細(xì)胞與小鼠還是有很大差別，在小鼠中，細(xì)胞類型比較穩(wěn)定，但是人類的胚胎干細(xì)胞是處于一個(gè)不穩(wěn)定階段，其細(xì)胞類型可以互相轉(zhuǎn)化。

由此，我們提出新方案，是否可以以一種細(xì)胞類型為起始點(diǎn)，通過讓其自我分化與組裝，從而構(gòu)建出具備三種細(xì)胞類型的囊胚。經(jīng)過測試，我們成功了。我們最終采用人初始多能性胚胎干細(xì)胞，在一個(gè)動態(tài)過程中向原始內(nèi)胚層細(xì)胞和滋養(yǎng)層細(xì)胞兩種細(xì)胞進(jìn)行分化。而且這個(gè)過程其實(shí)也更接近胚胎發(fā)生過程，是由均質(zhì)化的細(xì)胞，一步步發(fā)育成囊胚，而不是由不同細(xì)胞去構(gòu)建。

因此，這個(gè)過程本身就模擬了胚胎早期發(fā)育的過程，對于研究人類早期胚胎發(fā)育更加具有指導(dǎo)意義。

澎湃新聞：和天然的人類囊胚相比較，研究獲得的人囊胚樣結(jié)構(gòu)有哪些相同點(diǎn)？同時(shí)有哪些差異？這些差異會對帶來什么問題嗎？

吳軍：囊胚是指發(fā)育至第5第6天的胚胎。和天然的人類囊胚相比，人囊胚樣結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)主要在于：第一，它們的結(jié)構(gòu)類似，是一個(gè)有空腔的泡狀結(jié)構(gòu)，并且體積大小，細(xì)胞數(shù)目處于基本相同的范圍之中。第二，它們細(xì)胞組成類似，通過對關(guān)鍵蛋白的分析，發(fā)現(xiàn)在囊胚及類囊胚結(jié)構(gòu)中，都同時(shí)存在三種構(gòu)成囊胚的細(xì)胞，即上胚層細(xì)胞、原始內(nèi)胚層細(xì)胞、以及滋養(yǎng)層細(xì)胞。第三，基因表達(dá)水平類似，通過對結(jié)構(gòu)中每一個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)進(jìn)行分析，并且同真正人類囊胚中的細(xì)胞進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在類囊胚結(jié)構(gòu)中的部分細(xì)胞表達(dá)圖譜與真正的胚胎細(xì)胞高度重合。

以上各點(diǎn)雖然說明類囊胚非常接近真正的囊胚，但是它和囊胚仍然不相同。首先這個(gè)結(jié)構(gòu)完全是在體外形成的，這和真正的體內(nèi)環(huán)境完全不同，因此它的結(jié)構(gòu)，基因表達(dá)只是接近囊胚，而并非完全一致。第二，類囊胚結(jié)構(gòu)的形成并沒有經(jīng)歷過精卵結(jié)合，合子基因組激活等等對于胚胎發(fā)育至關(guān)重要的過程，因此它的表觀生物學(xué)信息一定與真正的囊胚有很大差別，這點(diǎn)需要我們在將來進(jìn)一步認(rèn)證，這些差異導(dǎo)致類囊胚結(jié)構(gòu)很難完成后續(xù)胚胎發(fā)育的完整過程。

其實(shí)任何事物都是有兩面性的。我們獲得了一種模型，它為人類早期胚胎發(fā)育的研究提供了新的可能。但是模型終究是模型，自然有它的局限性，因?yàn)椴荒芡耆〈鷮θ祟愓嬲咛サ难芯俊５峭ㄟ^這些與人真正囊胚最為接近的模型，進(jìn)行大規(guī)模實(shí)驗(yàn)，在獲得寶貴的線索之后，再回到真正胚胎進(jìn)行確認(rèn)，這樣提高了效率和結(jié)果的可靠性。科學(xué)家在這個(gè)過程中探尋人類早期胚胎發(fā)育的奧秘；科學(xué)也是在這樣一個(gè)不斷探尋，驗(yàn)證的過程中趨于完善。

澎湃新聞：團(tuán)隊(duì)未來進(jìn)一步的研究計(jì)劃是什么？

吳軍：目前制作類囊胚結(jié)構(gòu)的方法只是一個(gè)初步嘗試，獲得結(jié)構(gòu)的效率并不是很高，且并不穩(wěn)定，所以還有很大的優(yōu)化空間。團(tuán)隊(duì)目前正在繼續(xù)優(yōu)化方法，希望能夠開發(fā)出更加高效和穩(wěn)定的平臺供其他的研究者使用。

澎湃新聞：關(guān)于此類試驗(yàn)，科學(xué)界和公眾都會關(guān)注其倫理性，您如何看待這項(xiàng)研究的倫理問題？

吳軍：首先，我們必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，我們研究的并不是真正的胚胎。這個(gè)結(jié)構(gòu)只是一種與胚胎具有相似結(jié)構(gòu)的細(xì)胞集合體，他并沒有生命形成的必須的受精過程，并且目前為止，不能證明該結(jié)構(gòu)具有和胚胎一樣具有發(fā)育到更復(fù)雜胚胎結(jié)構(gòu)的特性，比如產(chǎn)生心肌細(xì)胞，神經(jīng)細(xì)胞等等。因此，從生物學(xué)角度，這個(gè)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)并不是胚胎，只是一個(gè)可以經(jīng)歷胚胎早期發(fā)育過程的胚胎干細(xì)胞的集合體。

其次，即使在人類胚胎研究的框架下，我們的研究仍舊符合國際上的法律法規(guī)以及準(zhǔn)則。關(guān)于人類胚胎的研究，國際通用的準(zhǔn)則為“14天準(zhǔn)則”，即體外研究應(yīng)在受精后14天結(jié)束——大約是子宮內(nèi)植入正常完成的時(shí)間。法律和國際規(guī)范禁止科學(xué)家在14天后，或在“原始條紋”結(jié)構(gòu)出現(xiàn)之后培養(yǎng)人類胚胎，該結(jié)構(gòu)定義了人體主要組織開始形成的時(shí)期，且胚胎不能再分裂成同卵雙胞胎。我們培養(yǎng)出的人囊胚樣結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于胚胎發(fā)育的第5-7天，在此基礎(chǔ)上，我們讓其分化了四天，加起來總共10-11天。

此外，我們使用的細(xì)胞系是美國NIH批準(zhǔn)的胚胎干細(xì)胞系。

因此，不論從任何層面，我們的研究從法律道德上符合倫理要求。

更重要的是，通過對囊胚樣結(jié)構(gòu)來研究人類早期胚胎的發(fā)生和發(fā)育，可以不使用真正的人類胚胎來研究，這在一定程度上是對生命的保護(hù)。這些研究對解決出生缺陷和人類發(fā)展的許多其他重要且未被研究的方面打開了窗口。

澎湃新聞：您多年的工作都致力于干細(xì)胞基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化研究，此前還成功培育了人豬嵌合體，這次在人胚胎模型技術(shù)方面又獲得進(jìn)展，能聊一聊您在科學(xué)研究上的理想嗎？在您的設(shè)想中，希望您的研究能帶來哪些領(lǐng)域的突破？或者在實(shí)際應(yīng)用中解決哪些問題？

吳軍：人類器官移植是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一個(gè)很重要的發(fā)展，通過將生病壞死的器官移除，用健康有活力的器官替代，可以使有生命危險(xiǎn)的病人再次獲得生機(jī)。當(dāng)前社會背景下，器官移植最重要的制約不是技術(shù)，而是器官來源。器官需要在離開母體一定時(shí)間內(nèi)重新移入新的生命體內(nèi)才有可能存活，而大多數(shù)意外死亡事件必須在生前簽訂捐贈協(xié)議，并且個(gè)體沒有重大疾病，這些苛刻的條件使我們很難獲得可以更換的器官來源。

我的理想之一是希望通過干細(xì)胞技術(shù)，獲取有功能性的獨(dú)立的人體器官，從而為需要器官移植的患者提供合法有效的器官來源。當(dāng)然，這個(gè)只是終極目標(biāo)，這條路目前看起來還任重道遠(yuǎn)，我們的研究只是為這些未來打開了一扇門，更多的研究需要世界各國的科學(xué)研究者們共同努力。

另外我覺得干細(xì)胞還具有很大的潛力來挖掘發(fā)育生物學(xué)中未知的奧秘，我的另一個(gè)理想是盡可能多的獲取不同物種的干細(xì)胞，特別是有不同特征的物種，比如很少得癌癥的裸鼴鼠和冬眠時(shí)間最長的北極地松鼠。研究這些物種的干細(xì)胞和早期發(fā)育有可能會幫我們發(fā)現(xiàn)抗癌和人工誘導(dǎo)冬眠的有效方法。