《Animals》:Health Status of Adult Cynomolgus and Rhesus Monkeys Produced by Embryo Splitting
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由胚胎分割(embryo splitting)产生的动物已在畜牧业成功获得,其奶和肉产品已进入人类食品市场。然而,尽管通过相同技术已获得猴,其成年健康状态仍研究不足。在此,研究人员对5只成年食蟹猴(cynomolgus monkeys)和2只恒河猴(rhesu
由胚胎分割(embryo splitting)产生的动物已在畜牧业成功获得,其奶和肉产品已进入人类食品市场。然而,尽管通过相同技术已获得猴,其成年健康状态仍研究不足。在此,研究人员对5只成年食蟹猴(cynomolgus monkeys)和2只恒河猴(rhesus monkeys)——均由胚胎分割获得——进行了全面而系统的评估,包括血液学与生化分析(hematological and biochemical analyses)、葡萄糖代谢评估(glucose metabolism assessment)、心血管评估(cardiovascular evaluation)、骨密度(bone mineral density, BMD)检查、脑磁共振成像(brain MRI)以及生殖性能评估(reproductive performance assessment)。在食蟹猴中(5 vs. 4),胚胎分割来源猴(sp-monkeys)与对照之间所测参数未发现显著差异,恒河猴中趋势相似。由于仅可获得2只恒河猴sp-monkeys和3只恒河猴对照,恒河猴数据未进行统计学比较。这些结果未提供胚胎分割对成年健康产生明显不良影响的证据,并为该技术在生物医学研究中的安全性提供了初步支持。
研究背景:生命始于全能受精卵,早期胚胎(卵裂期至囊胚期)具有显著发育可塑性,可自我修复并适应外界扰动,例如损伤补偿、胚胎聚集和人工分割。胚胎分割(embryo splitting,将早期胚胎分为两个或多个等份以产生遗传相同子代的技术)即基于此,通过酶处理和显微操作产生单卵双胎或多胎。该技术在畜牧业已用于优良家畜扩繁,羊、猪、马和牛均有单卵双胎或多胎出生;牛二分胚胎妊娠率与完整胚胎相当,单卵双胎率可达66.6%,其肉奶产品已进入人类食品市场。非人灵长类(non-human primates, NHPs)在遗传、身体结构、生理、免疫和生殖方面与人类相似,是医学研究、药物开发和人体试验前测试的重要模型,但繁殖慢、生殖周期长。因此需要研究胚胎分割能否帮助NHP繁殖,同时保证子代长期健康与安全。此前NHP中应用有限,既往研究仅显示子代与对照在妊娠周期和出生体重上无差异;前研究通过优化胚胎分割获得6只食蟹猴(cynomolgus monkeys)和4只恒河猴(rhesus monkeys),并首次从单个胚胎获得健康活产及遗传匹配的自体胚胎干细胞系,观察到1年内体重和身高正常,但成年长期健康未充分评估。本研究即对6岁成年sp-monkeys进行多系统评估。
研究概述:研究人员评估7只6岁sp-monkeys和7只同龄对照,包括5只食蟹猴sp-monkeys与4只食蟹猴对照、2只恒河猴sp-monkeys与3只恒河猴对照。评估包括血液学和生化分析、葡萄糖代谢、心血管、骨密度、脑MRI和生殖性能。食蟹猴中测量参数无显著差异,恒河猴趋势相似但因样本量小未作统计比较。结论:未发现胚胎分割对成年健康有明显不良影响的证据;结果为该技术在生物医学研究中的安全性提供初步支持。意义:补充成年NHP多系统健康数据,但样本量限制确定性结论。
主要关键技术方法:队列来自既往胚胎分割研究:5只食蟹猴sp-monkeys、2只恒河猴sp-monkeys及自然受孕对照(4只食蟹猴、3只恒河猴),饲养于昆明理工大学灵长类转化医学研究院,前6年条件相同。6岁时采集后肢静脉血,行血液学(Sysmex XN-1000V)和血清生化(Cobas 311)分析;行IVGTT测血糖、胰岛素和C肽;行超声心动图、12导联心电图;行DXA测骨密度和体成分;行3T脑MRI及DAPBI灰白质体积分析;对食蟹猴行超促排卵、卵母细胞收集、ICSI、胚胎培养与移植,并行精液采集及精子活力、顶体完整性、DNA完整性和线粒体膜电位评估;统计用t检验或Mann–Whitney U检验。
研究结果:
3.1 胚胎分割来源猴(sp-monkeys)生长正常(Sp-Monkeys Show Normal Growth):通过逐年体重、6岁体长、双能X线吸收法(dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)体成分和骨密度比较,食蟹猴sp-monkeys与对照无差异;Android/Gynoid(A/G)比值无差异;平均体脂率数值较高但无统计学差异,主要来自两只sp-monkeys(一雌一雄),其余与对照相当;头、上肢、大腿、躯干、肋骨、脊柱、骨盆和全身BMD一致;恒河猴生长、脂肪分布和BMD与对照相似。结论:胚胎分割可能不影响整体生长或骨骼发育,但样本小限制结论。
3.2 sp-monkeys血液参数和葡萄糖动力学的轻微改变(Minor Alterations in Blood Parameters and Glucose Dynamics in Sp-Monkeys):血液学大多数指标无显著差异,血小板分布宽度(platelet distribution width, PDW)和白细胞计数(white blood cell count, WBC)有显著差异,淋巴细胞(lymphocytes, LYMPH)差异更明显;可能反映个体变异或采样因素而非胚胎分割真实效应,但该解释不能由现有数据确定;生化参数无显著差异。静脉葡萄糖耐量试验(intravenous glucose tolerance test, IVGTT)显示基线胰岛素和C肽(C-peptide)显著高于对照,空腹血糖无差异;30和60 min血糖显著低于对照,120 min近基线;葡萄糖曲线下面积(area under the curve, AUC)数值较低、胰岛素和C肽AUC数值较高,但组间均无统计学差异。结论:食蟹猴sp-monkeys基础胰岛活性升高、早期葡萄糖清除加快,但总体糖耐量正常;提示胚胎分割可能通过基础和早期胰岛素分泌影响葡萄糖动力学。
3.3 未检测到sp-monkeys心脏和脑异常(No Detectable Cardiac and Brain Abnormalities in Sp-Monkeys):超声心动图显示心脏结构尺寸、壁厚、大血管直径、二尖瓣流入速度E/A比值、组织多普勒成像(tissue Doppler imaging, TDI)e′/a′比值、左室舒张末期容积(EDV)、每搏量(SV)、射血分数(EF)、缩短分数(FS)及主动脉血流峰速(AV)无显著差异;心电图PR间期和QRS时限无显著差异;脑MRI显示脑长宽及基于图谱的灰白质区域体积无显著差异。结论:未检测到心脏结构、功能、电活动或脑大体结构/区域体积异常。
3.4 sp-monkeys生殖能力评估(Assessment of Reproductive Capacity in Sp-Monkeys):卵母细胞数量和形态无差异;食蟹猴和恒河猴sp-monkeys成熟卵母细胞与对照精子行卵胞浆内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection, ICSI)后受精率和囊胚率与对照相当,囊胚内细胞团明显、发育时序一致;9只食蟹猴dpf6胚胎移植至4只代孕雌性,25天超声确认2例妊娠(1单胎、1双胎);精子活力、顶体完整性和线粒体膜电位无显著差异;2只食蟹猴sp-monkeys精子与15个对照成熟卵母细胞行ICSI,14个受精、6个发育至dpf6囊胚,4个囊胚移植至2只代孕雌性获1例双胎妊娠并成功分娩。结论:初步证明sp-monkeys配子功能和胚胎发育能力正常;但配子并非总来自sp-monkeys、无雄性恒河猴sp-monkeys、妊娠由代孕雌性建立,故非正常生育力的确定确认。
讨论部分总结:本研究系统评估7只6岁胚胎分割来源成年猴的生长、体成分、BMD、血液学、糖代谢、心血管、神经和生殖功能,未发现胚胎分割对多数生理参数有不良影响,例外为血液参数和糖代谢细微改变。糖代谢变化表现为基线胰岛素/C肽高、空腹血糖正常、早期血糖清除快、AUC无差异,所有值均在正常范围,无高血糖或糖耐量受损,可能反映代谢可塑性而非功能障碍。PDW、WBC、LYMPH差异小、无临床异常或一致血液学改变,可能为个体变异或采样因素。心血管、脑、骨密度无差异。生殖评估提供初步证据;胚胎移植妊娠和活产直接证明sp-monkeys配子来源胚胎可在代孕雌性建立妊娠,但不单独确认sp-monkeys正常生育力;此前无研究系统确认该技术NHP子代生育力。理论机制包括表观遗传重编程、基因组印记、胎盘发育和长期健康。局限:样本量小(sp-monkeys n=7,对照n=7)且统计仅食蟹猴;未覆盖完整衰老轨迹,晚发代谢综合征、肿瘤和年龄相关认知下降待评估;脑仅MRI无深入神经行为分析;未用双方sp-monkeys配子并移植到sp-monkeys雌性代孕;精液分析男性少,未系统记录精液量、外观和详细精子形态,仅评估功能参数。
研究结论翻译:总之,对6岁NHP子代的多系统评估提供初步证据,表明胚胎分割与正常生长和器官发育相容,未发现该队列生殖功能明显受损。总体糖耐量保留下的细微葡萄糖变化可能反映代谢可塑性而非病理。然而,由于样本量小、仅两只恒河猴sp-monkeys、sp-monkeys配子使用不一致、无雄性恒河猴以及使用代孕雌性,这些发现应谨慎解释。因此结果提供支持性而非结论性安全数据;需要更大队列和更长随访。