胚胎實驗，為什么要遵從14天原則？

2021年4月，一個中美聯(lián)合團隊在Cell發(fā)表論文，研究了人擴展多能干細胞在猴胚胎中的嵌合能力，首次培養(yǎng)出人-猴嵌合體胚胎。研究一經(jīng)發(fā)表便引發(fā)爭論，研究人員認為該研究對未來藥物篩選，組織器官體外培養(yǎng)、移植等研究提供了通道。而許多相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜揖蛡惱韱栴}進行了討論。目前，國際公認的胚胎研究遵循“14天原則”，為什么要定為14天？該研究卻巧妙的避開了這個已經(jīng)誕生30多年的默認規(guī)則。未來的胚胎實驗，又將何去何從？

撰文 | 皮卡龍秒蛙

盡管生物醫(yī)學(xué)正在深刻影響著人們的生活，但最能體現(xiàn)技術(shù)的躍升，給人們帶來震撼感覺要屬科幻電影。回首過去，不得不說，一些好的科幻作品提前將我們帶到了未來幾十年后的世界并潛移默化地影響了人們對科技的態(tài)度。

1997年，電影《千鈞一發(fā)》(Gattaca) 描繪了這樣的未來世界：自然生育由于存在不同程度的基因缺陷問題，這是窮人才不得以的選擇；如果人們足夠有錢，可以去“優(yōu)生診所”里給孩子隨意挑選自己中意的基因——膚色、國別、性別再也不是人們互相評價的依據(jù)，只有基因能決定一個人的命運。1999年《黑客帝國》（Matrix）里，胚胎可以在充滿營養(yǎng)液體的玻璃罐子中被養(yǎng)大；在2005年的《逃出克隆島》（The Island）中，一批克隆人被制造并囚禁起來，為了在必要時給他們的“原型”提供換用的身體零件……這樣的科幻片不計其數(shù)，但有一個核心內(nèi)容很相似，那就是為了各種各樣的目的，科學(xué)家用技術(shù)改造或培養(yǎng)人類的胚胎。

圖1 電影《千鈞一發(fā)》（Gattaca）與《黑客帝國》（Matrix）海報，兩部電影分別描述了基因修飾與胚胎的體外培養(yǎng) | 來源：網(wǎng)絡(luò)

1 人-猴嵌合體胚胎

2008年，在美國總統(tǒng)生物倫理委員會（President's Council on Bioethics, PCBE）被取締之前，他們發(fā)布的最后一個長篇報告中寫了這樣一段話：

“我們正在獲得從胚胎中篩除掉壞基因的能力；我們也許有一天可以改變?nèi)祟惖幕蚪M，來提高對疾病的抗性，達到最優(yōu)的身高和體重，強化肌肉力量，延長壽命，讓感覺更加敏銳，讓智能更加高級，改變性格；我們也許有一天能在體外控制胚胎的發(fā)育，將人類胚胎放到動物或者人工子宮中去，或創(chuàng)造人-動物雜合體…….誰知道別的還有什么。但毫無疑問的是，這些改變雖然可以優(yōu)化人類本來并不完美的身體，但絕非所有生物醫(yī)學(xué)工程都是有益的、能被接受的?！?/p>

顯然，很多說法在當(dāng)時僅僅是幻想或者展望，但沒人會想到短短十幾年之后，其中一部分正在變成現(xiàn)實或者以某種方式已經(jīng)成了現(xiàn)實。2021年4月15日，《細胞》（Cell）雜志上發(fā)表了昆明理工大學(xué)靈長類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院與美國索爾克研究所（Salk Institute）合作的最新研究成果，通過結(jié)合該研究組之前建立的猴胚胎體外培養(yǎng)系統(tǒng)，研究人員首次將人擴展多能干細胞（hEPS）嵌合在食蟹猴（Macaca fascicularis）受精后第六天胚胎的內(nèi)細胞團中，制成了132個人-猴嵌合體胚胎。在嵌合胚胎的生長過程中，人源的干細胞在胚胎中表現(xiàn)出一定的分裂與分化能力，可以表達中胚層，內(nèi)胚層的部分標(biāo)記基因。不過，由于人猴的種間差異和體外培養(yǎng)系統(tǒng)存在的種種限制，人源干細胞在培養(yǎng)過程中逐漸丟失，嵌合體胚胎在生長過程中逐漸死亡，最后一個胚胎最終存活了20天之久。

圖2 顯微鏡下的人-猴嵌合體。左圖發(fā)光部分與右圖中的紅色部分為用熒光分子標(biāo)記的人擴展多能干細胞 | 來源：課題組

如果僅從學(xué)術(shù)研究探討，本次進展在一定程度上回答了異種嵌合細胞如何相互作用，以及發(fā)育程序差異如何調(diào)節(jié)等問題，為解決異種嵌合效率低下等問題提供新的思路，對器官再生研究具有指導(dǎo)意義。研究了大半輩子再生醫(yī)學(xué)，作為本項研究通訊作者之一的Juan Carlos Izpisua Belmonte表示很興奮，“這項研究讓我們可以深入并重編那些影響人類細胞在其他動物體內(nèi)生長發(fā)育的細胞通路?！?/p>

而從臨床前景上考慮，以我國為例，器官移植的現(xiàn)況較為嚴(yán)峻，其中一個最大的原因就是缺乏器官的供者。因此，在更大的意義上，如果人-動物雜合胚胎可以正常發(fā)育，成長為攜帶人體器官的動物，似乎可以從根本上解決器官供體少的問題。

不過展望歸展望，我們在憧憬研究的美好前景的同時，還是要回到研究本身。不出意外地，不同領(lǐng)域的學(xué)者對此項研究有著不同的角度。牛津大學(xué)生物倫理學(xué)家Katrien Devolder對本項研究評論道，“（這個階段的胚胎）不會有疼痛的感覺，也沒有意識，可是如果這些嵌合體胚胎得以進一步發(fā)育，那就是另一回事兒了?！毖韵轮?，實驗做到這個地步，勉強可以接受，可如果這些胚胎再長一段時間，就要好好討論合理性了。更有學(xué)者直接表達了反對意見，認為可能帶來無法預(yù)見、無法估量的麻煩。來自O(shè)xford Uehiro Centre for Practical Ethics的Julian Savulescu教授在接受BBC的采訪時，形容這項研究是“打開了人-非人雜合體的潘多拉魔盒”。

事實上，這并不是近期唯一一個胚胎研究領(lǐng)域的突破性研究。僅僅在1個多月前的 3月21日，《自然》（Nature）同日刊登了兩篇文章，報道了兩種跳過受精卵階段獲得類似人早期胚胎結(jié)構(gòu)的可能性。其中一項研究利用一種特殊的培養(yǎng)系統(tǒng)，可以在體外誘導(dǎo)人類多能干細胞（PSC）聚集成為一個“類人早期胚胎（human blastoid）”，而另一項研究通過重編程人的成纖維細胞，也獲得了一種與人早期胚胎類似的結(jié)構(gòu)，作者稱之為“胚胚（iBlastoid）”。

圖3 兩種“類胚胎”的產(chǎn)生方法：第一種方法通過培養(yǎng)各種來源的人多能干細胞，使其聚集成類似人類早期胚胎的結(jié)構(gòu)；第二種方法則通過重編程體細胞實現(xiàn)類似目的。| 來源：Nature

這一系列眼花繚亂的研究，不禁引人發(fā)問：我們對人類胚胎的研究，有哪些限制？

2 胚胎與人胚胎干細胞研究的限制

大家對基因編輯嬰兒事件應(yīng)該還有印象。2018年11月26日，南方科技大學(xué)賀建奎宣布了一對特殊的雙胞胎的誕生，這兩個孩子的基因組天生與眾不同：研究團隊用基因編輯技術(shù)修改了一個與HIV感染相關(guān)的關(guān)鍵基因CCR5，并聲稱這樣的孩子天生就有抵抗HIV的能力。這一事件被各界評價與批評是非法的，極其不負責(zé)任與不符合道德的。2019年3月13號，來自7國的18位科學(xué)家與倫理學(xué)家在《自然》上發(fā)表文章呼吁暫停暫停生殖系基因編輯的臨床應(yīng)用，這其中既有技術(shù)性、科學(xué)性、安全性的考慮，也有倫理道上的考慮。

事實上，對于人類胚胎能不能用來做實驗這個問題，國際上大致有三種派別。最保守的一派，比如天主教徒，他們認為，人類胚胎與一個人在本質(zhì)上沒有區(qū)別；從道德上來講，用人類胚胎做實驗，從根本上來講就是錯誤的行為。而最激進的一派則認為，人類胚胎僅僅是一團細胞，沒有神經(jīng)，沒有感覺，用來做實驗，不會有問題。而人數(shù)最為眾多、最廣為接受、科學(xué)界最認可的觀點，是在這兩種極端之間尋求一種平衡：人類胚胎的研究在一定程度上有利于人類進步，但同時應(yīng)該有道德和倫理上的考慮，對相關(guān)實驗施加一定的限制。這一派別的代表理論，是“14天原則（14-day rule）”。

3 你，什么時候真正成為了你？

對于生殖醫(yī)學(xué)來說，1978年是不平凡的一年。在這一年，世界上首個通過體外受精和胚胎移植受孕的嬰兒在英國誕生。這一研究在當(dāng)時的英國乃至世界上引發(fā)了極大的轟動，公眾的反應(yīng)可以說是“又喜又怕”：“喜”在不孕不育癥患者有了新的希望；“怕”在用人類胚胎做實驗有無法預(yù)料的后果。

很快，英國政府召集了16位學(xué)者組成了 “沃諾克委員會（Warnock Commitee）”，其中不僅有醫(yī)生和科研人員，還有很多其他領(lǐng)域的杰出工作者，甚至連神學(xué)家都參與了進來。委員會成立目的很簡單，就是讓大家來一起商討，體外研究人類胚胎這條路，人類今后到底該怎么走。這個委員會看似魚龍混雜，事實上并非徒有其表，僅僅在成立的第一年內(nèi)，就收集了近千份來自各界的意見。1984年，委員會發(fā)布了第一份詳細報告（Warnock 1984），列舉了數(shù)條關(guān)于體外受精與人類胚胎研究的建議。其中最重要的一條是這么說的：

“我們強烈推薦，由體外受精產(chǎn)生的人類胚胎，無論是冰凍狀態(tài)下或非冰凍狀態(tài)下，如果沒有進行胚胎移植，不能在體外存活至超過受精后第14天。同時，我們推薦把任何用超出此期限的人類胚胎的做實驗的行為都定為刑事犯罪”。

這正是“14天原則”最原始的表述之一。

大家可能會好奇，為什么14天這個節(jié)點如此特殊？在此節(jié)點之前和之后的胚胎，有多大的不同？沃諾克委員會中唯一的發(fā)育生物學(xué)家McLaren曾說：“如果我必須指定一個時間節(jié)點，（在胚胎發(fā)育過程中）從這個節(jié)點以后我便開始成為了我，那我將會認為正是（第14天）這個時間?！?/p>

實際上，從受精卵形成開始到胎兒出生需要跨過的約38周共266天(在臨床上是一個平均的時間，并非每個人的出生都這么精確)，一般可以分為三個階段：胚前期（pre-embryonic period）、胚期（embryoic period）和胎期（fetal period）。

圖4 人類胚胎發(fā)育的三個時期，胚前期（pre-embryonic period）,胚期（embryoic period）和胎期（fetal period）| 來源：verywell

在受精卵形成的頭14天里，胚胎會完成數(shù)次卵裂，形成囊胚，在子宮腔內(nèi)完成著床。而在第14天，也是胚前期和胚期的分界點，一種名為“原條（primitive streak）”的結(jié)構(gòu)形成，標(biāo)志胚胎內(nèi)、中、外胚層發(fā)育的開始。選擇第14天這個節(jié)點，一來是因為原條的形成很容易被觀察到，利于判斷；二來人們認為，神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育始于受精后17天左右，把限制設(shè)置在14天，胚胎就感受不到痛覺，用來做實驗就不會有道德問題。

1990年，英國正式把生物醫(yī)學(xué)研究的相關(guān)規(guī)定寫在了法律中。到今天為止，“14天原則”被世界各國和各個組織廣泛采納，但并非完全一致。有的國家像英國一樣把相關(guān)條目寫在了法律里，有的國家仍然只是以“建議”的形式存在。除此之外，對14天的解讀也不盡相同。很多人認為這14天要從受精的那一刻開始算起，然而體細胞核移植的技術(shù)可以讓研究人員直接跳過受精卵這一步。所以有人認為，不管是什么來源的胚胎，這14天要從體外培養(yǎng)的第一天開始算起。比如我國在2003年由科學(xué)技術(shù)部、衛(wèi)生部聯(lián)合制定的《人胚胎干細胞研究倫理指導(dǎo)原則》中，是這樣規(guī)定的：利用體外受精、體細胞核移植、單性復(fù)制技術(shù)或遺傳修飾獲得的囊胚，其體外培養(yǎng)期限自受精或核移植開始不得超過14天。

4 不斷被挑戰(zhàn)的胚胎倫理

多年以來，所有研究人類胚胎體外培養(yǎng)的實驗室共同遵守著“14天原則”。說來有趣，大家這么守規(guī)矩的一個主要原因是，人類胚胎在體外根本培養(yǎng)不到14天。精子和卵子在輸卵管內(nèi)相向運動，一般在輸卵管的壺腹部相遇形成受精卵后，一邊發(fā)育，一邊慢慢朝向子宮移動，在受精后6~7天到達子宮上段。這個階段的胚胎是一個大概有200多個細胞的細胞團塊，發(fā)生一系列復(fù)雜的變化后逐漸嵌入子宮內(nèi)膜，也就是“著床”。而在體外培養(yǎng)胚胎的過程中，“著床”可以說是分水嶺——在這之前可以通過在體外培養(yǎng)基中加入各種物質(zhì)，讓胚胎相信自己就是在子宮內(nèi)生長；而過了這6~7天，體外生長的胚胎似乎就察覺到了不對勁：本該出現(xiàn)的子宮內(nèi)膜的環(huán)境并沒有出現(xiàn)，從而中止進一步發(fā)育。所以很長時間里，受精后第6~7天已經(jīng)是體外胚胎培養(yǎng)的極限。雖然不同的團隊做出了相當(dāng)多的嘗試，比如摸索培養(yǎng)基中各種有機物和無機物的配比，嘗試各種材質(zhì)的培養(yǎng)容器，嘗試加入其他種類的細胞與胚胎進行共培養(yǎng)等等，但似乎都無法“欺騙”胚胎，體外培養(yǎng)的效果都不盡理想。

圖5. 受精卵形成后在輸卵管和子宮內(nèi)的移動 | 來源：ScienceDirect

極限終將是會被突破的。2016年5月，來自英國劍橋大學(xué)和美國洛克菲勒大學(xué)的兩個研究組分別在《自然》和《自然·細胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）發(fā)表研究，前者通過改造他們之前設(shè)計的小鼠胚胎體外培養(yǎng)的方法，讓人類胚胎在體外發(fā)育到了受精后第13天，后者通過給囊胚階段的胚胎提供附著底物，讓其可以至少在體外發(fā)育到受精后第12天。而且兩個研究組都聲明，根據(jù)國際廣泛認可的相關(guān)倫理原則，自己在胚胎發(fā)育到受精后14天之前終止了實驗。換句話說，如果他們想繼續(xù)培養(yǎng)胚胎，完全有希望超過14天。

除了逐漸逼近倫理底線的科學(xué)研究，在開篇介紹的三項研究中，研究團隊全部都以各種方式直接避開了已有的限制。比如，我國2003年頒布的《人胚胎干細胞研究倫理指導(dǎo)原則》規(guī)定，“不得將人的生殖細胞與其他物種的生殖細胞結(jié)合”，然而在人猴嵌合體胚胎研究里，人和猴的細胞并沒有真正“結(jié)合”。更準(zhǔn)確地來說，它們僅僅是“靠在一起”，分別生長而已。而之前提到的，跳過受精卵階段直接獲得類似人早期胚胎結(jié)構(gòu)的另兩個研究中，本質(zhì)上根本沒有真正的人類胚胎的產(chǎn)生，而是通過改變培養(yǎng)環(huán)境來“仿制”人類胚胎，對于這樣的研究來說，還沒有相關(guān)規(guī)定和法律作出限制。

5 胚胎倫理，何去何從？

生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進展，如同潮浪一樣，一波又一波地沖擊著人們對生命的理解。在這一過程中，我們都在重新認識自己，重新思考人類與其他物種，與整個自然的關(guān)系。對于每一項有希望應(yīng)用于人類自身的新技術(shù)，我們都要有兩方面的考慮：一要考慮風(fēng)險和收益，也可以說是安全性；二要考慮倫理和道德。安全性終究是客觀的，并且隨著時間的推移可以逐漸提高。而道德和倫理上的底線，很多時候并不完全明確。我們每個人都有發(fā)言權(quán)，去探討技術(shù)與倫理道德的邊界。

參考資料

[1] https://bioethicsarchive.georgetown.edu/pcbe/index.html

[2] https://repository.library.georgetown.edu/handle/10822/559350

[3] 科學(xué)技術(shù)部、衛(wèi)生部關(guān)于印發(fā)《人胚胎干細胞研究倫理指導(dǎo)原則》的通知，http://www.most.gov.cn/fggw/zfwj/zfwj2003/200512/t20051214_54948.htm

[4] https://www.nature.com/news/embryology-policy-revisit-the-14-day-rule-1.19838#b1

[5] https://www.nature.com/articles/s41586-021-03356-y

[6] https://www.nature.com/articles/s41586-021-03372-y

[7] https://www.nature.com/articles/nature17948

[8] https://www.nature.com/articles/ncb3347