中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)宣布，通過(guò)體細(xì)胞克隆技術(shù)，成功獲得5只BMAL1基因敲除的克隆猴。

這是國(guó)際上首次成功構(gòu)建一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型，意味著克隆基因編輯猴技術(shù)從理論層面邁向了實(shí)踐層面。由此，中國(guó)開(kāi)啟批量化、標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建疾病克隆猴模型的新時(shí)代。

2018年1月，當(dāng)兩個(gè)體細(xì)胞克隆猴寶寶“中中”和“華華”第一次亮相時(shí)，科研人員就曾預(yù)言，中國(guó)將率先建立起可有效模擬人類疾病的克隆猴模型，既能滿足腦疾病和腦高級(jí)認(rèn)知功能研究的迫切需要，又可廣泛應(yīng)用于新藥研發(fā)。

僅僅1年之后，這個(gè)預(yù)言便成為現(xiàn)實(shí)。1月23日，中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、上海腦科學(xué)與類腦研究中心研究團(tuán)隊(duì)對(duì)外宣布，通過(guò)體細(xì)胞克隆技術(shù)，成功獲得了5只BMAL1基因敲除的克隆猴。這是國(guó)際上首次成功構(gòu)建一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型，意味著克隆基因編輯猴技術(shù)由此從理論層面邁向了實(shí)踐層面，中國(guó)正式開(kāi)啟了批量化、標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建疾病克隆猴模型的新時(shí)代。

該成果于北京時(shí)間1月24日在線發(fā)表于中國(guó)頂級(jí)英文期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。

“失眠”猴

研究節(jié)律紊亂的理想動(dòng)物模型

雄雞報(bào)曉、蜘蛛半夜結(jié)網(wǎng)、向日葵在清晨開(kāi)放……自然界中的生物大都擁有按時(shí)間節(jié)奏調(diào)節(jié)自身活動(dòng)的本領(lǐng)，我們稱之為生物節(jié)律，也就是通常所說(shuō)的生物鐘。

生物節(jié)律系統(tǒng)在維持機(jī)體內(nèi)在的生理功能，以及適應(yīng)環(huán)境的變化方面扮演著重要角色。生物節(jié)律紊亂與睡眠障礙、神經(jīng)退行性疾病(如阿爾茨海默病)、精神類疾病、糖尿病以及心血管等疾病密切相關(guān)。

中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心蒲慕明院士說(shuō)：“非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物在結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)等很多方面都與人類高度相似，是研究節(jié)律紊亂相關(guān)疾病機(jī)理和診治手段比較理想的動(dòng)物模型。”

2015年底，研究團(tuán)隊(duì)嘗試?yán)肅RISPR/Cas9技術(shù)，敲除了猴胚胎中的生物節(jié)律核心基因BMAL1，產(chǎn)生了一批生物節(jié)律核心基因BMAL1缺失的獼猴。

“在哺乳動(dòng)物的大腦中，有一個(gè)控制生物節(jié)律的‘起搏器’，就是位于下丘腦的視交叉上核。如果將它損毀，動(dòng)物的晝夜節(jié)律就會(huì)完全消失。”研究團(tuán)隊(duì)成員、神經(jīng)科學(xué)研究所生物節(jié)律與衰老疾病研究組組長(zhǎng)張洪鈞研究員說(shuō)，“這個(gè)‘起搏器’一般是通過(guò)一系列節(jié)律基因來(lái)調(diào)控晝夜節(jié)律的，BMAL1便是這些核心節(jié)律基因中的一個(gè)。”

等到半年后小猴們斷奶，研究人員開(kāi)始從多個(gè)方面進(jìn)行觀察。他們發(fā)現(xiàn)，敲除猴不再按照24小時(shí)的周期活動(dòng)，夜間活動(dòng)明顯增多。此外，這些敲除猴的大多數(shù)節(jié)律基因表達(dá)異常，還有很多與睡眠剝奪、抑郁癥以及衰老等相關(guān)的基因上調(diào)。

張洪鈞說(shuō)：“我們可以明顯看出敲除猴表現(xiàn)出怕人的行為。比如，當(dāng)保育員靠近時(shí)，它會(huì)雙手抱住頭部，蜷縮在角落里，不敢活動(dòng)。”

基于此，研究團(tuán)隊(duì)最終確定，成功構(gòu)建了世界首批核心節(jié)律基因BMAL1敲除獼猴模型。

“克隆”猴

彌合不同個(gè)體間的基因差異

但是，核心節(jié)律基因BMAL1敲除獼猴模型還不能作為理想的動(dòng)物模型。

張洪鈞說(shuō)：“通過(guò)基因敲除方法獲得的第一代模型猴個(gè)體間存在遺傳背景和基因編輯嵌合率差異，也就是其中有個(gè)體的BMAL1并未被完全敲除，所以表現(xiàn)出生物節(jié)律紊亂癥狀的嚴(yán)重程度不一致。”

如何解決這個(gè)問(wèn)題呢?

“個(gè)體差異大，對(duì)實(shí)驗(yàn)干擾就會(huì)比較大。”蒲慕明認(rèn)為，利用基因編輯的細(xì)胞進(jìn)行核移植是批量制備基因修飾猴模型的首選方法。

為此，研究團(tuán)隊(duì)采集了一只BMAL1基因敲除徹底、且睡眠紊亂癥狀最明顯的獼猴體細(xì)胞，通過(guò)之前掌握的體細(xì)胞克隆技術(shù)，成功獲得5只BMAL1基因敲除的克隆猴。

研究團(tuán)隊(duì)成員、神經(jīng)科學(xué)研究所非人靈長(zhǎng)類研究平臺(tái)主任孫強(qiáng)研究員說(shuō)：“經(jīng)過(guò)檢測(cè)，這5只小猴的細(xì)胞核基因型與核供體細(xì)胞完全一致，而線粒體基因型則與卵供體猴一模一樣，同時(shí)它們的所有基因與生出它們的代孕媽媽則徹底無(wú)關(guān)，完全符合克隆動(dòng)物的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。”

值得一提的是，去年克隆“中中”和“華華”所使用的體細(xì)胞來(lái)自流產(chǎn)猴胚胎，而這次采用的是成年活體基因編輯猴的體細(xì)胞。

“克隆的成功率與作為核供體的細(xì)胞有很大的關(guān)系。”研究團(tuán)隊(duì)成員、神經(jīng)科學(xué)研究所靈長(zhǎng)類生殖工程研究組組長(zhǎng)劉真研究員說(shuō)，通常，細(xì)胞和人一樣會(huì)在生長(zhǎng)繁殖的過(guò)程中逐漸衰老，隨著細(xì)胞不斷分裂，會(huì)積累越來(lái)越多的DNA突變，細(xì)胞核的質(zhì)量也會(huì)逐漸下降。所以，越年長(zhǎng)的猴子，其體細(xì)胞活力就越弱，克隆難度就會(huì)增大，成功率也可能隨之降低。

但令科研人員沒(méi)想到的是，當(dāng)他們?cè)趯?duì)這個(gè)經(jīng)過(guò)編輯攜帶疾病基因的成年活體獼猴體細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞核移植時(shí)，效率比想象的要高。

劉真說(shuō)：“但這個(gè)現(xiàn)象是發(fā)生在特定細(xì)胞條件下，數(shù)量又少，是不是一個(gè)普遍規(guī)律還有待進(jìn)一步研究。”

“保護(hù)”猴

新藥研發(fā)有望減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物用量

此次利用體細(xì)胞克隆技術(shù)制作腦疾病模型猴，意味著克隆基因編輯猴技術(shù)由此從理論層面邁向了實(shí)踐層面。

孫強(qiáng)說(shuō)：“‘中中’和‘華華’本質(zhì)上都還屬于未經(jīng)過(guò)基因編輯的野生型猴子。而此次這5只BMAL1基因敲除的克隆猴是疾病模型猴，是真正意義上能夠廣泛被應(yīng)用的新型高效的動(dòng)物模型，將為人類重大腦疾病的機(jī)理研究、早期診斷與干預(yù)以及藥物研發(fā)帶來(lái)前所未有的光明前景。”

國(guó)際權(quán)威專家評(píng)價(jià)：“這項(xiàng)研究首次證實(shí)通過(guò)體細(xì)胞核移植技術(shù)可以克隆成年基因修飾猴。這為在短期內(nèi)生產(chǎn)一批無(wú)嵌合體的基因修飾猴提供了一個(gè)完美的解決方案。這樣的克隆猴模型對(duì)人類疾病研究有重要價(jià)值。”蒲慕明認(rèn)為，該成果還有助于縮短藥物研發(fā)周期，提高藥物研發(fā)成功率，解決研發(fā)中“卡脖子”的問(wèn)題。

對(duì)于公眾所高度關(guān)注的克隆、基因編輯等技術(shù)所涉及的倫理問(wèn)題，蒲慕明表示，這項(xiàng)工作的目的是為提高人類健康、研究腦科學(xué)基本問(wèn)題服務(wù)，而且嚴(yán)格遵守了國(guó)際各項(xiàng)相關(guān)協(xié)議和規(guī)則，還可能使一些倫理爭(zhēng)議得到化解。

獼猴是國(guó)際上常用的一種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，目前，全世界每年對(duì)獼猴的使用量高達(dá)10萬(wàn)只，主要被用于藥物篩選實(shí)驗(yàn)。蒲慕明說(shuō)：“體細(xì)胞克隆猴技術(shù)讓人們?cè)?年內(nèi)就能制備大批遺傳背景相同的模型猴，大大減少了個(gè)體差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。這樣，只要使用很少數(shù)量的克隆猴，就能夠完成很有效的篩選。”

蒲慕明表示，鑒于目前克隆技術(shù)是制造遺傳背景一致的基因編輯猴成本最低、耗時(shí)最少的手段，而作為全球暫時(shí)唯一掌握非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物克隆技術(shù)的中科院神經(jīng)科學(xué)研究所，有望在未來(lái)的神經(jīng)科學(xué)研究中搶先一步。

關(guān)鍵詞： 中國(guó) 生物節(jié)律 克隆猴