人造嵌合体

1.8　人造嵌合体

嵌合体Chimera一词源自希腊语，古希腊神话中用它表示长着狮头、羊身和蛇尾这样一些由不同种类动物所拼凑成的怪物。它反映了古人企图改造自然的一种强烈愿望。用现代遗传学的话来说，嵌合体就是由两个或两个以上不同遗传组成的胚胎发育成的动物。这种动物的组织器官是由基因型不同的细胞组成的。在科学技术不发达的过去，神话中的嵌合体是不可能人工产生的。但20世纪60年代中期，由于生物工程技术的发展，高等哺乳动物得到了人造的嵌合体。昔日的神话，今天已经变成了现实。

根据嵌合体形成时间的不同，可以把嵌合体分为两类：原发性嵌合体，即在胚胎发育的很早期，如卵裂期甚至受精卵期所形成的嵌合体；次生性嵌合体，即在胚胎发育的较晚期，如胚层已分化或器官开始形成后，通过器官移植或血液输入所形成的部分组织器官嵌合的个体。牛的异性孪生不育母牛（Freemerfin）就是自然发生的一种次生性嵌合体。它是由于母牛怀异性双胎时由于胎儿之间发生血管吻合，使双胎犊的血液成分能在它们之间循环；由于雄性胎犊的睾丸形成早于雌性胎儿的卵巢，由睾丸分泌的雄性激素通过吻合的血管流入雌性胎犊，使卵巢发育不全，因此造成出生后的母牛不育。牛的异性孪生造成了生殖细胞的嵌合现象。下面介绍哺乳动物用试验方法所产生的原发性嵌合体（以下简称嵌合体）。

人造嵌合体的方法有聚集法和注射法两种。聚集法即将两个或多个不同遗传型的早期胚胎，在去掉透明带后，放在培养液里，使彼此靠拢并互相粘在一起培养过夜。通过胚胎间卵裂细胞的运动，最后使两个胚胎的卵裂细胞完全混合起来，共同形成一个嵌合的胚胎。将嵌合的胚胎移植到受体动物妊娠至足月出生。注射法是将一个胚胎的卵裂细胞分离出来，通过显微手术将分离出来的一个或几个卵裂细胞注射到另一个胚泡内，注入的卵裂细胞就有可能参与胚胎的形成；将已嵌合的胚胎移植，经妊娠足月出生。聚集法操作容易，主要适用于发育阶段相同或者相差不大的胚胎。一般说，8-细胞胚的聚集成功率最高，在以往的研究中，聚集成功率可达到65％。注射法需要用显微操作器和拉微管仪，技术难度较大，但实用范围较广，可用于种内或种间，供体胚胎与受体胚胎的发育阶段可同步，也可不同步。注射法还适用于去掉透明带的胚胎不能在子宫内着床发育的动物，如兔等。

1942年，Nicholas和Hall就曾用不同品系的大鼠，将其早期胚胎的卵裂细胞分开，然后进行组合，试图产生人造嵌合体，结果只得到一个死胎，未能证明为嵌合体。20世纪60年代初，波兰的Tarkowski和美国的Mintz用聚集法对人造小鼠嵌合体开始了系统的研究。Tarkowski（1961，1963）获得了嵌合的小鼠胎儿，但未能成活。Mintz于1965年第一次得到了活到成年的正常小鼠嵌合体。1968年Gardner创造了注射法，此方法成功地产生了小鼠嵌合体。从此，嵌合体技术受到了发育生物学家、遗传学家、育种家以及医生们的极大重视，并得到了迅速发展。还有许多人在其他哺乳动物（如绵羊、兔等）试作嵌合体，都得到了不同程度的成功。Markert等（1978）、Petter（1980）还得到了由3个或4个胚胎聚集而成的6个双亲和8个双亲的小鼠嵌合体及其后代。以上都是在同种动物中产生嵌合体的情形。

1973年，Gardner和Johnson用大鼠和小鼠制作种间嵌合胚以研究其早期发育。1980年，Rossant和Frels用亲缘关系密切的两种小鼠，培育出小鼠种间嵌合体，接受嵌合胚的受体中，有5只于妊娠期满生出48只仔鼠，其中38只是嵌合体。这是最早的一批能存活的哺乳类种间嵌合体。在我国利用胚胎细胞嵌合技术成功的动物有鼠（1982年，中科院发育所）、兔（1988年，中科院发育所）、山羊（1993年，西北农大）。

1984年报道，Fehilly、Willadsen和Tucker将绵羊和山羊的卵裂细胞用聚集法形成混合胚胎，用琼脂包埋这些嵌合胚，经移植至输卵管培养至胚泡后再取出，最后移植到受体（绵羊或山羊）子宫。这样既克服了绵羊和山羊的早期胚胎不能在体外培养到胚泡期的困难，又克服了绵羊和山羊种间生殖的不相容性。试验结果不仅使绵羊生出了山羊羔，也使山羊生出了绵羊羔，而且在世界上首次培育出8只绵山羊嵌合体。这也是世界上第一次种间动物之间培养成功的嵌合体。这种绵-山羊的各种特性都表明是一种嵌合体，它的头、尾似山羊的，躯体像绵羊的，绵羊的浓密卷曲的长毛，大片地分布于颈部、肩部和大腿部等处，山羊式的羊角扭曲得像是绵羊角，血液中含有绵羊和山羊的红细胞等。这些绵羊-山羊嵌合体已活了两年多了。

绵羊-山羊培育成功的消息传出后，人们对生物工程的神通广大更是赞不绝口。因为绵-山羊培育成功具有重大的意义。这表明人们可以利用嵌合体技术创造珍奇的生物，更重要的是可能创造出具有巨大经济价值的生物，如把多种生物的多种优良性状，通过嵌合体技术集中在一种嵌合体新家畜身上。这无疑更有益于人类。

虽然嵌合体在畜牧业上还没得到实际应用，目前人们还不能随心所欲地人造各种嵌合体，但这是不久的将来就可以做的。此外，利用嵌合体技术已经为哺乳动物试验胚胎学、发育遗传学、免疫学以及癌、遗传病的发病原因及其防治都提供了大量有价值的资料，这里就不一一详述。