利用Cas13 “驯化” 宿主细胞，黄佳团队与吴军团队合作开辟异种嵌合新路径

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工具。然而，当供体细胞与宿主物种进化距离较远时——例如将人类多能干细胞（hPSCs）植入小鼠或猪的早期胚胎——人源细胞往往因发育节奏、细胞信号和生存竞争上的巨大差异而迅速被淘汰，其贡献率通常低于万分之一，这构成了跨物种器官生成的主要障碍。以往的研究大多聚焦于改造人源细胞本身，例如通过导入抗凋亡基因（如BCL2）或干扰细胞竞争通路来增强其生存力。然而，这些遗传操作不仅复杂，还可能影响细胞基因组稳定性，并带来潜在的致瘤？风险。因此，领域内亟需一种更安全、更普适的策略。

2026年1月29日，南京大学现代生物研究院的黄佳研究员团队与美国德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern）的吴军教授团队在《Developmental Cell》上合作发表了一项突破性研究。他们独辟蹊径，不再强化供体细胞，而是选择暂时性削弱宿主细胞。研究团队巧妙地利用了CRISPR-Cas13系统一个常被视为副作用的特性——“旁切活性”，成功构建了一个可精准调控宿主细胞增殖的开关，从而在无需对人源细胞进行任何基因修饰的前提下，将其在小鼠嵌合胚胎中的贡献率提升了一个数量级，为异种器官再生领域带来了全新的技术思路。

巧妙借力：将Cas13的“副作用”转化为可控工具

Cas13是一种靶向RNA的CRISPR核酸酶。其独特之处在于，当它识别并切割特定的目标RNA后，会被激活并“滥杀无辜”，无差别地切割细胞内的其他RNA分子，这一现象被称为“旁切活性”。在基因治疗和体内应用中，这种不可控的RNA降解是需要极力避免的副作用。然而，研究团队从细菌抵御噬菌体的“流产感染”机制中获得灵感：细菌通过激活类似机制，使被感染的细胞“休眠”乃至死亡，从而保护整个群体。他们设想，能否在哺乳动物细胞中可控地、暂时性地诱导这种“休眠”状态？

基于此，团队构建了名为“iCas13”的诱导系统。该系统通过转座子技术整合到宿主小鼠的基因组中，包含四个核心组件：一个由Dox控制的“开关”（启动子）、Cas13d蛋白、一个作为“诱饵”的标记蛋白mCherry的基因、以及靶向mCherry mRNA的向导RNA（sgRNA）。在未添加Dox时，系统沉默，宿主细胞正常生长。一旦加入Dox，Cas13d蛋白大量表达，并在sgRNA引导下切割mCherry的mRNA。这一过程立即触发了Cas13d强大的旁切活性，导致宿主细胞内大量正常的转录本被降解，蛋白质合成全局性降低，从而使细胞主动进入一种可逆的增殖停滞状态。

从体外到体内：一套可逆的“细胞减速器”

研究首先在小鼠多能干细胞（mEpiSCs）中验证了这一系统的有效性。Dox诱导后，携带iCas13系统的细胞增殖显著放缓，克隆体积远小于对照组。深入分析显示，这些细胞并未死亡（凋亡标志物阴性）或发生异常分化（多能性标志物阳性），而是大量停滞在细胞周期的G0/G1期，表现为增殖标志物Ki-67和DNA合成标志物BrdU的急剧下降。重要的是，这种抑制是完全可逆的：撤除Dox后，细胞的增殖活力和报告基因表达能在几天内逐渐恢复。这表明，iCas13系统如同一套精密的“细胞减速器”，可实现对宿主细胞增殖状态的“临时管控”。

紧接着的共培养竞争实验证明了该策略的强大效力。在混合培养中，当iCas13宿主细胞被Dox“减速”后，与其共培养的、未受任何处理的野生型小鼠细胞迅速占据生长优势。更关键的是，在人-鼠异种共培养中，这一策略成功扭转了人源细胞的竞争劣势。通常情况下，小鼠细胞在竞争中会挤压人源细胞的生存空间，导致后者大量凋亡。然而，当宿主的小鼠细胞（携带iCas13）在加入Dox被抑制后，共培养体系中的人源胚胎干细胞（H9 hESCs）的存活率和增殖率大幅提升，凋亡信号显著减少。这直接证明，通过削弱宿主，可以有效为外来的人源细胞“腾出生态位”。

创新性突破：大幅提升小鼠及人-鼠嵌合胚胎中供体贡献

团队将这一系统应用于活体胚胎。他们成功培育了全身细胞都携带iCas13系统的转基因小鼠。在种内嵌合实验中，将正常的绿色荧光（EGFP）小鼠干细胞注入iCas13小鼠的囊胚，并通过母体饮水持续提供Dox以在胚胎发育期激活Cas13。结果显示，出生后的嵌合小鼠中，供体来源的绿色细胞在皮肤（表现为更大面积的白色毛斑）、心脏、胰腺等多个器官中的贡献比例，均数倍于使用野生型宿主囊胚的对照组。

最终，研究迎来了最激动人心的挑战——人-鼠嵌合。团队将处于“原始态”的人诱导多能干细胞（hiPSCs）注入iCas13小鼠囊胚，并在移植后持续给予Dox。实验取得了重大进展：在发育至E8.5天的嵌合胚胎中，研究人员清晰地观察到了广泛分布的人源细胞，这些细胞成功地整合进了小鼠胚胎的外胚层、中胚层和内胚层，并表达相应的分化标记物。通过高灵敏度的人源特异性线粒体DNA定量分析，证实iCas13组嵌合胚胎中人源细胞的平均贡献率达到了约1%，这相较于以往文献中万分之一左右的水平，实现了近百倍的提升，创造了人源细胞在远缘物种（小鼠）胚胎中嵌合效率的新纪录。

总结与展望：一条更安全、更通用的新路径

这项研究开创性地提出并验证了“宿主减负，供体获益”的异种嵌合新范式。与直接修改供体细胞（可能引入安全风险）的传统思路不同，该策略通过精准、可逆地调控宿主内环境，为人源细胞减小了竞争障碍。这种“不碰供体，只调宿主”的方法具有更高的安全性和普适性，因为其核心——Cas13的旁切效应——是针对细胞的基础转录活动，理论上可应用于任何物种组合的宿主。

尽管在大型动物（如猪）体内培育完整功能性人源器官仍面临巨大挑战，但此项工作无疑为解决最前端的“细胞嵌合”难题提供了强有力的全新工具。它将CRISPR技术从“基因编辑”拓展至“细胞状态调控”，为再生医学和发育生物学领域开辟了充满想象力的新方向。

论文信息：

该研究以“Mitigating xenogeneic barriers to chimerism through Cas13-induced host attenuation”为题发表于《Developmental Cell》。美国德克萨斯大学西南医学中心吴军教授和南京大学现代生物研究院黄佳研究员为共同通讯作者。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共同第一作者。

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