青科沙龙第179期 | Cell-RNA天然免疫与异种屏障

将人类多能干细胞（hPSCs）引入其他哺乳动物胚胎以构建跨物种嵌合体，不仅为研究人类早期发育提供了独特的体内视角，也为利用囊胚互补技术在动物体内培育功能性人类器官、缓解全球移植供体短缺问题开辟了潜在路径。然而，跨物种嵌合体的构建面临严峻的异种屏障挑战。无论是在常用的小鼠模型，还是在器官生成潜力更大的猪胚胎中，人类细胞的嵌合效率始终极低。该屏障涉及多个层面，包括物种间发育时序不匹配、细胞黏附分子互作异常以及强烈的细胞竞争。例如，处于始发态（primed）的人多能干细胞在与小鼠多能干细胞共培养时，会发生大规模凋亡现象。近年来，突破异种屏障的研究策略多聚焦于对供体细胞进行基因改造，例如敲除P53或过表达BCL-2等抗凋亡基因，以增强细胞存活能力并提高嵌合率。然而，这类“抗凋亡”策略在临床转化中可能带来安全隐患。因此，探索通过改造宿主胚胎而非供体细胞来提高人类细胞嵌合效率，已成为更具安全性及应用前景的研究方向。

2025年11月24日，美国德克萨斯大学西南医学中心吴军课题组与基因组多维解析技术全国重点实验室顾颖课题组合作，在《Cell》上发表题为“RNA innate immunity constitutes a barrier for interspecies chimerism”的研究。该研究首次揭示，在人与小鼠多能干细胞共培养过程中，跨物种RNA交换会激活小鼠细胞的RNA天然免疫信号通路，进而触发细胞竞争并导致人源细胞被清除。进一步实验表明，敲除该通路关键基因RIG-I/MAVS可显著削弱小鼠细胞的竞争优势，在不进行任何人类细胞基因改造的情况下，有效提升人源细胞的存活率及其在小鼠胚胎中的嵌合水平。这一发现不仅揭示了异种屏障与细胞竞争的新型分子机制，也为再生医学领域提供了一种更为安全的“宿主改造”策略。

研究团队首先通过高通量RNA测序比较了小鼠多能干细胞在单独培养及与人源细胞共培养条件下的转录组差异，发现共培养可显著上调先天免疫相关基因，特别是RNA感应通路RLR（RIG-I-like receptor）信号。进一步的生化实验证实，共培养能够诱导小鼠细胞中IRF3发生二聚化并促进MAVS多聚化——这两者均为RLR通路被激活的关键分子事件。为验证MAVS在该过程中的枢纽作用，研究者在Mavs敲除细胞中发现，共培养所引发的IRF3二聚化水平显著降低，相关基因表达也恢复至单独培养状态，表明该天然免疫应答被有效抑制。

在机制确认的基础上，研究进一步评估了RLR通路在细胞竞争中的功能。结果显示，与野生型相比，Mavs敲除的小鼠细胞在共培养体系中不再表现出强烈竞争优势，人类细胞存活率显著上升；与此同时，敲除细胞自身存活率与集落密度下降，表明其整体适应性受损。同样，敲除上游RNA识别受体RIG-I也重现了类似表型，进一步确认RLR通路是介导人-鼠细胞间竞争性清除的关键机制。
（3）机制揭示：隧道纳米管（TNTs）介导跨物种 RNA 交换

为阐明跨物种免疫激活的起因，研究者通过批量与单细胞RNA测序、RT-qPCR及smFISH等技术，证实共培养条件下人源RNA可转移至小鼠细胞内，且该过程依赖于细胞间直接接触。在Transwell非接触共培养体系中，小鼠细胞几乎检测不到人源RNA信号。进一步通过将Cy5标记的人源RNA转染至人细胞，并与mCherry标记的小鼠细胞共培养，研究人员在连接两类细胞的隧道纳米管（TNTs）样结构中观察到明显的Cy5信号。而使用TNT形成抑制剂L-778123处理后，人源RNA向小鼠细胞的转移大幅减少，RLR通路激活被阻断，人类细胞存活率随之显著提升。

最后，研究团队在体内模型中验证上述发现。他们将eGFP标记的人诱导多能干细胞分别注射至野生型与Mavs敲除的小鼠囊胚，并移植至假孕母鼠体内继续发育。结果显示，在胚胎发育第8.5–10.5天，Mavs敲除胚胎中有24.14%可检测到eGFP⁺人源细胞嵌合，而野生型胚胎中仅为6.06%。组织免疫染色与PCR分析进一步确认人源细胞在嵌合胚胎中定植与存活。单胚胎qPCR定量结果也表明，Mavs敲除组中人源细胞比例显著高于野生型。同样，在RIG-I敲除胚胎中也观察到类似的嵌合率提升，进一步支持靶向宿主RNA天然免疫通路可作为提高跨物种嵌合效率的有效策略。

 基于前述研究发现，本研究首次揭示了RNA天然免疫通路在人-鼠细胞竞争中所起的关键作用。在跨物种共培养过程中，人源RNA通过隧道纳米管（TNTs）转移至小鼠细胞，特异性激活其RLR信号通路，进而触发细胞竞争并清除人类细胞；而通过基因操作阻断该通路（如敲除RIG-I或MAVS），则可有效削弱小鼠细胞的竞争优势，在不依赖人类细胞基因改造的前提下，显著提升其存活率与嵌合能力。这一机制不仅深化了我们对异种屏障形成机制的理解，也为研究跨物种细胞间通讯、物质交换与免疫互作提供了新的理论视角。

更为重要的是，该研究从实验层面验证了“改造宿主而非供体”策略在提升嵌合效率方面的可行性，为再生医学中长期追求的“在动物体内培育人类器官”目标提供了关键理论依据。展望未来，将RLR通路抑制与其他异种屏障突破策略相结合，有望形成多路径协同的嵌合体构建新范式，从而进一步提升跨物种嵌合的效率与安全性，推动该领域向临床应用迈进。

文章研究机制图