中國科研團(tuán)隊宣布，通過體細(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，中國開啟批量化、標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建疾病克隆猴模型的新時代。

2018年1月，當(dāng)兩個體細(xì)胞克隆猴寶寶“中中”和“華華”第一次亮相時，科研人員就曾預(yù)言，中國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，這個預(yù)言便成為現(xiàn)實(shí)。1月23日，中國科學(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)隊對外宣布，通過體細(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，中國正式開啟了批量化、標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建疾病克隆猴模型的新時代。

該成果于北京時間1月24日在線發(fā)表于中國頂級英文期刊《國家科學(xué)評論》。

“失眠”猴

研究節(jié)律紊亂的理想動物模型

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

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)。

中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所所長、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心蒲慕明院士說：“非人靈長類動物在結(jié)構(gòu)和功能活動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物模型。”

2015年底，研究團(tuán)隊嘗試?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。

“在哺乳動物的大腦中，有一個控制生物節(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，動物的晝夜節(jié)律就會完全消失。”研究團(tuán)隊成員、神經(jīng)科學(xué)研究所生物節(jié)律與衰老疾病研究組組長張洪鈞研究員說，“這個‘起搏器’一般是通過一系列節(jié)律基因來調(diào)控晝夜節(jié)律的，BMAL1便是這些核心節(jié)律基因中的一個。”

等到半年后小猴們斷奶，研究人員開始從多個方面進(jìn)行觀察。他們發(fā)現(xiàn)，敲除猴不再按照24小時的周期活動，夜間活動明顯增多。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：“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，它會雙手抱住頭部，蜷縮在角落里，不敢活動。”

基于此，研究團(tuán)隊最終確定，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物模型。

張洪鈞說：“通過基因敲除方法獲得的第一代模型猴個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。”

如何解決這個問題呢?

“個體差異大，對實(shí)驗(yàn)干擾就會比較大。”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)隊成員、神經(jīng)科學(xué)研究所非人靈長類研究平臺主任孫強(qiáng)研究員說：“經(jīng)過檢測，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，同時它們的所有基因與生出它們的代孕媽媽則徹底無關(guān)，完全符合克隆動物的鑒定標(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)隊成員、神經(jīng)科學(xué)研究所靈長類生殖工程研究組組長劉真研究員說，通常，細(xì)胞和人一樣會在生長繁殖的過程中逐漸衰老，隨著細(xì)胞不斷分裂，會積累越來越多的DNA突變，細(xì)胞核的質(zhì)量也會逐漸下降。所以，越年長的猴子，其體細(xì)胞活力就越弱，克隆難度就會增大，成功率也可能隨之降低。

但令科研人員沒想到的是，當(dāng)他們在對這個經(jīng)過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，效率比想象的要高。

劉真說：“但這個現(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：“‘中中’和‘華華’本質(zhì)上都還屬于未經(jīng)過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)帶來前所未有的光明前景。”

國際權(quán)威專家評價：“這項研究首次證實(shí)通過體細(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)一批無嵌合體的基因修飾猴提供了一個完美的解決方案。這樣的克隆猴模型對人類疾病研究有重要價值。”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”的問題。

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

獼猴是國際上常用的一種實(shí)驗(yàn)動物，目前，全世界每年對獼猴的使用量高達(dá)10萬只，主要被用于藥物篩選實(shí)驗(yàn)。蒲慕明說：“體細(xì)胞克隆猴技術(shù)讓人們在1年內(nèi)就能制備大批遺傳背景相同的模型猴，大大減少了個體差異對實(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、耗時最少的手段，而作為全球暫時唯一掌握非人靈長類動物克隆技術(shù)的中科院神經(jīng)科學(xué)研究所，有望在未來的神經(jīng)科學(xué)研究中搶先一步。

關(guān)鍵詞： 中國 生物節(jié)律 克隆猴