灵长类胚胎体外培养的“14天规则”是否应该修改？

2019年10月31日，中科院动物研究所李磊、王红梅和中科院昆明动物研究所郑萍为共同通讯，以及昆明理工大学牛昱宇、季维智、谭韬和SALK研究所Juan Carlos Izpisúa Belmonte为共同通讯分别在Science 发表题为“In vitro culture of cynomolgus monkey embryos beyond early gastrulation”和“Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture”的文章。

在这两篇文章中，作者均将食蟹猴的胚胎体外培养长达20天，虽然“14天规则”的限制主要是针对人类胚胎，但是由于食蟹猴为与人类比较接近的灵长类，还是引发了一些争议。另外，文章中也表明了猴子胚胎与人类胚胎的一些差异，也是引发了人们关于到底应该允许人类胚胎在实验室中培育多久的争议。Nature也是同期发表了题为“Primate embryos grown in the lab for longer than ever before”的评论文章。

14-day rule:14天的限制是由美国卫生、教育和福利署的伦理咨询委员会在1979年首次提出。至少有12个国家将这个限制编写在管理辅助生殖和胚胎研究的法律中。这其中就包括了中国2003年人类胚胎干细胞研究的伦理准则。

中国的两组实验室均成功在体外将食蟹猴的胚胎培养至最多20天。这是灵长类胚胎在体外培养的最长记录。

为了更好的了解发育的早期阶段，研究人员会在体外进行胚胎培育。2016年，来自美国的生物学家成功的在实验室将人类胚胎培养到了13天，但是由于国际上的巨大争议以及“14天规则”的限制，该研究最终被终止。猴子作为与人最密切的物种，是我们了解人类早期发育的重要窗口，但之前的科研人员仅能将灵长类胚胎培养至第9天。

在这两篇文章中，实验室培养的食蟹猴胚胎经过了几个非常关键的发育过程，包括原肠胚形成阶段，发育为不同组织和器官的细胞类型就出现在这个阶段，大约是胚胎发育的第14天。

来自帕萨迪纳加州理工学院的发育生物学家Magdalena Zernicka-Goetz表示，“这两项研究中最让人兴奋的部分就是他们建立了一个良好的体外培养系统，可以让人们在一个与人类非常相似的模型中研究原肠胚发育阶段”。

法国布朗干细胞与脑研究所的干细胞生物学家Pierre Savatier评论称，“尽管研究表明，猴子的早期发育可以很好的反应人类前两周胚胎发育的很多方面，但是，这其中也有些非常微妙的差异。这就说明，猴子胚胎不一定适合用来研究人类胚胎发育的更后期过程。”他还预测，这两篇文章可能再次引起人们关于延长“14天规则”政策的争论。

研究人员可以将猴子胚胎培养比之前更长的时间，可能也会促进另外一个热门但仍有争议的领域的进展，即人与猴杂交胚胎（也成为嵌合体）的培养，其目的是研究人类细胞如何分化为各个器官。这个领域之所以进展缓慢，主要就是之前研究人员无法将猴子胚胎培养足够时间，从而无法观察注入人类干细胞后的发育情况。所以这两篇文章描述的培养技术对于这个领域的发展非常重要，Savatier也表示，他后续会使用该技术来研究注入人类干细胞的猴子胚胎。

这两个团队都在一种凝胶基质上培养猴子胚胎，这种基质可以提供比子宫内环境更高的氧气水平。这种培养技术最早是由Zernicka-Goetz团队开发出来的，该团队是在2016年成功将人类胚胎培育到了13天的两个美国团队之一。

季维智等人的文章显示，在其实验室中，200个猴子胚胎有46个存活到了20天。而另外一篇李磊等人的文章则显示，他们将三个胚胎培养到了第20天。

研究人员通过追踪体外受精形成的胚胎的发育情况，来监测他们是否会像在子宫里那样生长。另外还研究了胚胎中的时空和形态特征、支持胚胎生长的结构特征、细胞在不同阶段所表达蛋白质的类型和之后会变成卵子或者精子的原始生殖细胞情况。之后研究人员将这些结果与该物种之前的研究结果进行了对比，之前的实验主要通过从怀孕的猴子中取出不同发育阶段的胚胎得到的，最长的时间是17天。

两篇文章的研究人员都表示，他们体外培养的胚胎与子宫中胚胎的发育情况相同。所以，将体外培养观察到的情况代表体内发生的发育过程是没有问题的。

两组研究人员在第20天的时候停止了实验，因为当时胚胎已经开始变黑了，并且有部分细胞开始脱落，这表明支撑他们发育的结构正在坍塌。这其中的原因目前还不清楚。研究人员表示，设计更好的体外培养体系来模拟子宫内的情况可能有助于胚胎存活更长时间。他们希望后续能将胚胎培养到原始神经系统开始形成的时间点，大约也是在20天左右。

研究人员表示，两篇文章中的数据都表明，猴子和人类的胚胎早期发育之间存在细微但至关重要的差异，因此非人类的灵长类胚胎并不能完全取代对人类相关细胞进行研究的需求。所以，体外培养的人类胚胎仍然是我们研究和了解人类发育不可替代的系统。

在文章中提及的一个差异就是，形成胚胎的猴子细胞和人类细胞所表达的基因是不同的，所以，为了能够研究人类胚胎发育的后期阶段，监管机构取消将胚胎培养超过14天的禁令就显得非常必要了。

自从美国的团队于2016年将人类胚胎培养至13天之后，诸多科学家和伦理学家都呼吁修订14天政策。2017年在英国进行的一项民调显示，公众也是强烈支持延长这一限制的。这两篇文章的结果也表明人类胚胎发育有自己独特的特征，这也有利于加强人们对于改变相应政策的争论。毫无疑问，这些结果也将迫使道德委员会和监管机构重新审视14天规则。

研究人员也表示，如果规则能够改变，现有的凝胶基质可以将人类胚胎培养至更高级的阶段。季维智等研究人员也表示，他们研究所的另一个课题组也已经拟定了关于人类胚胎的协议，并且会很快发布。并且他们表示，目前虽然可以，但还不会利用该系统将人类胚胎培养至20天。

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参考资料：

1.Niu, Y. et al. Science

https://doi.org/10.1126/science.aaw5754 (2019).

2.Ma, H. et al. Science

https://doi.org/10.1126/science.aax7890 (2019).

3.Deglincerti, A. et al. Nature 533, 251–254 (2016).

4.Shahbazi, M. N. et al. Nature Cell Biol. 18, 700–708 (2016).

5.Nakamura, T. et al. Nature 537, 57–62 (2016).