Dev Cell | 吴军/黄佳团队利用Cas13减缓宿主增殖缓解异种嵌合障碍|体细胞|吴军(湖南省演员)|宿主|黄佳

异种嵌合体（ xenogeneic chimera ）是由不同物种细胞构成的个体，可作为研究哺乳动物发育和体内培育器官策略的重要平台。目前在进化关系较近的物种间已经实现了高效的嵌合：例如研究者先前的工作中，向破坏前脑发育关键基因的小鼠胚胎中注入大鼠多能干细胞可在小鼠体内生成大鼠前脑组织【1】。然而，当人类多能干细胞（ human PSC, hPSC ）引入更遥远物种（如猪、小鼠）的胚胎时，供体人细胞通常仅占嵌合胚胎细胞总数的万分之一左右【2,3】，限制了人源器官在异种宿主体内的形成。这种贡献率极低的主要原因是异种障碍（ xenogeneic barriers），包括发育进程不匹配、物种间信号/黏附差异，以及细胞竞争导致的人细胞被宿主细胞淘汰【2-5】。以往研究需要对供体人细胞进行基因改造（如导入外源抗凋亡基因），这不仅可能影响供体细胞的基因组稳定性和安全性，也引入了潜在的肿瘤发生风险。因此，亟需一种无需修改供体细胞即可普遍增强嵌合体中供体细胞贡献的方法。

Cas13是一类RNA靶向的CRISPR核酸酶【6,7】，但在识别目标RNA后会发生“旁切活性”（ collateral effect）：即除了特异切割靶标RNA外，还无差别地切割周围其它RNA。研究者先前的工作表明在小鼠体内长时间高表达Cas13，会造成小鼠体重下降并最终死亡【8】。另有研究表明，在细菌中Cas13的这种旁切效应被利用来对抗噬菌体入侵：大规模RNA切割使宿主细胞进入休眠状态，从而中止病毒感染周期【9】。这种“以守为攻”的原理启发研究者思考：能否适度利用Cas13的旁切效应，暂时削弱异种嵌合胚胎中的宿主细胞活力，为供体细胞创造竞争优势？如果可行，这将是一种不需改造供体细胞、而通过调控宿主-供体细胞动态来缓解异种嵌合障碍的全新策略。

2026年1月29日，美国德克萨斯大学西南医学中心（ UT Southwestern ）吴军团队联合南京大学现代生物研究院黄佳团队在DevelopmentalCell杂志发表题为

Mitigating xenogeneic barriers to chimerism through Cas13-induced host attenuation

的研究论文。该研究正是利用可诱导的Cas13系统来选择性抑制宿主细胞的增殖活力，从而显著提升了供体细胞在嵌合胚胎和动物体内的贡献。通过这一普适方法，研究者在无需修改供体人类细胞的情况下，将人类干细胞在小鼠胚胎中的嵌合比例提高到了历史新高，并验证了来源于供体的人细胞能够正常分化整合进宿主组织。该工作为跨物种器官发生中的关键障碍提供了新的解决思路，有望将人源器官在大型动物体内培育的愿景推进一步。

研究者利用PiggyBac转座系统将Dox诱导型Cas13d、mCherry报告基因（兼作靶标RNA）、其对应的mCherry sgRNA整合至小鼠细胞或胚胎中。在无Dox条件下，Cas13不表达、无旁切效应，细胞正常增殖；加入Dox后，Cas13表达并激活对mCherry的切割，从而触发旁切效应广泛降解细胞RNA。

研究者首先在Primed状态的小鼠外胚层干细胞（mEpiSC）中验证：Dox处理组细胞分裂显著减缓，克隆体积缩小。Cas13活化未引发凋亡或分化，细胞仍表达OCT4、SOX2等多能因子，且无Caspase-3激活。相反，细胞表现为Ki-67与BrdU信号下降的静息状态（G0）。该效应可逆，去除Dox后细胞增殖与mCherry表达逐步恢复，表明Cas13可暂时削弱细胞增殖而不损害多能性。随后，他们通过共培养实验评估此策略对供体细胞的影响。在同种体系中，iCas13-mEpiSC与EGFP标记的野生型mEpiSC共培养，Dox诱导使Cas13细胞增长减慢，比例下降。更关键的是在人-鼠异种体系中，该策略逆转了人细胞处于劣势的局面：人H9胚胎干细胞与小鼠iCas13-mEpiSC共培养，在Dox处理下，人细胞比例迅速上升，凋亡减少，BrdU掺入上升，而小鼠细胞的增殖活性显著降低。表明通过宿主减速可有效解除对人细胞的竞争抑制。

研究团队进一步构建了iCas13小鼠品系。Cas13活化可延缓早期胚胎发育（如囊胚形成被推迟），但未阻碍整体发育或着床。将EGFP标记的小鼠ESC注入iCas13囊胚中发育的嵌合鼠显示更广泛的白色毛发和更高的供体细胞器官贡献率（如心脏、胰腺等），比对照组提高数倍。重要的是，iCas13胚胎能如常发育至足月，且新生鼠生长发育正常。

在人-鼠嵌合实验中，注入hiPSC至iCas13囊胚并施加Dox，成功实现了较高比例的人细胞嵌合。E8.5胚胎显示EGFP+人细胞广泛分布于神经外胚层（PAX6+）、中胚层（CNN1+）和内胚层（SOX17+）。qPCR检测显示人细胞贡献最高约达1%，为以往万分之一水平的100倍。这为异种模型中构建人源器官提供了重要验证与策略依据。

综上所述，该研究开发了一种普适、高效且可时控的宿主细胞“衰减”策略，成功缓解了横亘在人源细胞跨种嵌合领域的多个障碍。与直接改造供体细胞的方法不同，这一策略不改变供体基因组，而是通过暂时降低宿主细胞增殖活力来为供体细胞“让路”。在实现显著提高嵌合效率的同时，也降低了供体细胞潜在异常增殖的风险。这种“改造宿主胜过改造供体”的思路拓宽了异种器官发生研究的思维方式。更重要的是，此平台具有良好的拓展性：由于Cas13旁切效应针对的是转录本丰度而非特定物种基因，本研究选用的外源报告基因mCherry仅作为通用触发开关，使该系统理论上可应用于任意物种的宿主胚胎。在未来，研究人员希望将此策略用于大型动物（如猪）的胚胎中，与传统囊胚互补方法结合，以培育接近人体大小且无需长期免疫抑制的人源化功能器官。总而言之，该研究提供了跨物种嵌合与器官再生领域的一项重要技术突破，为实现利用动物体培育可用于移植的人体器官这一目标带来了新的希望。

美国德克萨斯州西南医学中心终身教授吴军和南京大学现代生物研究院研究员黄佳为论文的共同通讯作者。UT Southwestern博士后贺冰冰和上海交通大学医学院仁济医院吕世剑博士为论文的共同第一作者。

原文链接：https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(26)00001-8

Cas13介导的宿主细胞抑制策略示意图，用于提升异种嵌合体中供体细胞的整合效率。在四环素诱导下，宿主小鼠胚后干细胞中的Cas13触发RNA旁切降解，导致宿主细胞增殖能力可逆性下降（红色、向下箭头），但多能性得以保持。这种短暂的竞争力抑制为供体人类多能干细胞（紫色、向上箭头）提供了有利的扩增环境，使其更有效地参与胚胎发育。图像展示了如何通过调控供宿关系，缓解异种器官发生过程中的物种屏障。

贺冰冰现为南京大学现代生物研究院研究员，长期致力于高精度、高安全性DNA和RNA编辑工具的开发，优化与应用RNA编辑工具Cas13（Nature Biotechnology， PMID: 35953673；Protein & cell， PMID: 32185621），新RNA编辑器Cas13X和Cas13Y的开发与应用（Nature methods，PMID: 33941935），优化DNA碱基编辑器（Nature Methods， PMID: 32424272），并将基因编辑工具应用于异种嵌合体模型的构建（Cell，PMID: 38670071）和低丰度转录本的监测（Nature cell biology，PMID: 33398178）。实验室致力于基因编辑工具的优化和应用和类器官、类胚胎模型的建立。欢迎应聘科研助理或咨询硕士、博士名额。

制版人：十一

参考文献

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