在豬體內“種”出人源腎臟！中國團隊實現器官異種再生重要突破

　　中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學、戴禎、Miguel A. Esteban及潘光錦共同通訊在Cell Stem Cell 在線發表題為“Generation of a humanized mesonephros in pigs from induced pluripotent stem cells via embryo complementation”的研究論文，該研究發現通過胚胎互補誘導多能干細胞可以在豬體內產生人源化中腎。

　　為了產生具有優越生態位內競爭力的人類細胞，作者將優化的多能干細胞培養條件與誘導過表達兩種促生存基因(MYCN和BCL2)結合起來。所得到的細胞在種間嵌合囊胚的異種環境中具有顯著提高的生存能力，并在缺乏SIX1和SALL1的腎缺陷豬胚胎中成功形成有組織的人-豬嵌合中期腎(mesonephros)結構，直至胚胎第28天。該研究證明了在器官發生障礙的豬身上產生人源化原始器官的可能性，為再生醫學開辟了一條令人興奮的途徑，并為研究人類腎臟發育打開了一個人工窗口。

　　器官移植缺乏具有免疫組織相容性的供體是一個普遍存在的問題，沒有直接的解決辦法。一種有希望的替代方法是通過胚胎與多能干細胞(PSCs)的互補，產生具有人類組織的大型哺乳動物可存活的種間嵌合體，這種嵌合體可以接管通過基因編輯在宿主體內產生的特定器官發生缺陷的生態位。老鼠和大鼠之間已經成功地實現了胰腺、胸腺、腎臟等器官的種間器官發生。鑒于豬在生理和器官大小以及胚胎發育方面與人類相似，豬是培育人體器官的極具吸引力的目標。然而，獲得與嚙齒類以外的哺乳動物物種的高度嵌合一直是一個挑戰。雖然已經在ETV2或MYF5/MYOD/ MYF6缺失的豬胚胎中產生了人內皮和骨骼肌組織斑塊，但由于人PSCs來源的細胞對豬組織的總體貢獻較差，迄今為止還沒有產生實體器官。

　　種間嵌合率低的主要原因有兩方面：(1)胚泡內和組織壁龕內與供體細胞的競爭；(2)供體人PSCs來源細胞和宿主細胞之間的發育狀態差異，這阻礙了同步發育進程。注射的PSC中促生存途徑的激活可用于通過拮抗細胞競爭誘導的細胞凋亡來促進嵌合體作用。與單因子過表達相比，MYCN和BCL2 (N/B)的組合極大地增強了小鼠、兔和豬胚胎的生態位內競爭力。此外，最近開發了一種新的培養基，允許人類PSCs逐步回退到早期發育階段，在轉化過程中沒有明顯的基因組穩定性問題。該培養基(4CL)在胚胎10.5天(E10.5)允許高達1%的人小鼠嵌合，這與過度表達抗凋亡因子的引物PSCs的整合效率相當。

　　人體腎臟是世界上移植最多的實體器官之一，也是最早出現在胚胎發生過程中的器官之一。它經歷順序的前腎、中腎和腎間腎規范。前腎和中腎的形成和消退得到了很好的協調，隨后輸尿管芽侵入腎間充質，從而啟動腎間充質的形成。研究表明，SIX1調節中腎小管(mesonephroi)形成和輸尿管芽分支的后腎形成，，而SALL1維持后腎間質中腎元祖細胞和新生腎元。因此，作者假設，對SIX1/ SALL1缺失的豬胚胎進行工程改造，將產生從早期中腎到晚期后腎的腎臟缺陷生態位，這可能使人類PSCs填補整個腎臟發育程序。

　　該研究借助具有高分化潛能，強增殖及抗凋亡能力的早期胚胎樣人源多能干細胞在多基因修飾的器官缺陷豬模型體內再生了人源中腎。在世界范圍內首次證明了借助胚胎補償技術實現實質性功能器官異種體內再生的可行性。這一重要突破不僅為人源器官異種體內再生奠定了重要的理論及技術基礎，也將為未來解決供體器官短缺這一世界級難題提供了極大價值。