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“中中”“华华”有了小伙伴!世界首批疾病克隆猴诞生在中国

  • 作者:郜阳 董纯蕾
  • 来源:新民晚报
  • 发布日期:2019-01-24
  • 浏览数:581

中国科学院神经科学研究所非人灵长类研究平台,数只一模一样的猴宝宝住在孵育箱里,大多尚未断奶,而它们的坐高也比奶瓶高不了多少,稚态可掬。听到人的脚步声,猴宝宝茫然地抬起头,其中一只对来客似乎尤其不待见,“死守”着自己的小被子,不时还抱头蜷缩。

图说:5只生物节律紊乱体细胞克隆猴诞生 中科院神经科学研究所供图

去年1月25日,我国科学家宣布了世界首例体细胞克隆猴“中中”“华华”的到来。一年后的今天,还是在上海,他们如约带来了新的好消息——“中华”姐妹有了重要的小伙伴,5只生物节律紊乱体细胞克隆猴诞生。这些全球首批疾病克隆猴,是在过去半年里陆续来到这个世界的,猴宝宝即将共同迎来它们的第一个春天。而科学家们似乎也看到,克隆猴模型应用于生命科学研究的“春天”就在前方。

生物节律对机体健康很重要

或许你还记得2017年诺贝尔生理学或医学奖的关键词:生物钟!蜘蛛半夜结网,向日葵在清晨开放……自然界中的大部分生物,无论是简单的单细胞生物,还是复杂的哺乳动物,都拥有按时间节奏调节自身活动的本领,这被称为“生物节律”。在维持机体内在诸如睡眠/觉醒系统、体温计、代谢和器官等的生理功能、适应环境的变化方面,生物节律系统都扮演了重要角色。

一旦生物节律紊乱,则可能产生睡眠障碍、阿尔茨海默病、抑郁症、心血管等疾病。全世界的研究者已经发现了数十个与生物节律有关的基因,其中不少还以“时间”命名,如Clock(钟)、Period(周期)等。“生物节律基因的缺失会导致衰老慢病的发生,例如BMAL1缺失造成早衰、Clock缺失造成糖尿病、Per2缺失则会形成肿瘤。”中科院神经科学研究所生物节律与衰老疾病研究组组长张洪钧研究员介绍。

图说:出生没多久的克隆猴躲在孵育箱的角落里 郜阳 摄

基础研究与转化干预,亟需好的生物模型。中科院神经所主攻的脑科学领域,更是如此。现阶段,脑疾病治疗面临诸多难题:致病机理不清楚,缺乏特异的药物靶点,药物研发缓慢、失败率高以及临床前药物检测所用的动物实验模型不合适。“传统模式的小鼠,作为与人类相反的夜行性动物,显然不是特别合适。小鼠可以做药物安全性和代谢的测试,但药效评估非猕猴不可。”中科院院士、神经科学研究所所长蒲慕明表示,“猕猴除了具有昼行性这一特性,在脑结构和功能上与人类高度相似,可以用来研究脑疾病和高级认知功能。”中科院神经所的多个课题组也意识到,建立非人灵长类生物节律模型迫在眉睫!

敲除节律基因导致抑郁焦虑

在中科院战略性先导科技专项(B类)“脑认知与类脑前沿研究”和上海市市级科技重大专项“全脑神经联接图谱与克隆猴模型计划”的大力支持下,上海科学家团队经过两年多的努力,首次利用基因编辑技术,敲除了猴胚胎的生物节律核心基因BMAL1,在2016年获得了一批小猴。等到半年后它们断奶,研究人员为它们带上了运动手环,随时监测到它们的昼夜活动情况。“我们发现BMAL1敲除猴并未按照24小时的周期活动,在夜间活动明显增多。”

张洪钧展示了BMAL1敲除猴与正常猴对照的多组数据波形图。记者看到,正常猴的昼夜活动分布规律,而BMAL1敲除猴则波形“诡异”。“行为学分析表明,这些猕猴具有昼夜活动紊乱、睡眠障碍、焦虑和精神分裂等表型。”张洪钧介绍,“我们还测定了那些受节律调节的神经内分泌激素水平,发现帮助进入睡眠的褪黑素在BMAL1敲除猴中分泌较少。”

图说:两只生物节律紊乱体细胞克隆猴待在孵育箱 内 董纯蕾 摄

搬到“新家”后,正常的猴子总喜欢东看看、西碰碰,对新环境的一切充满了好奇,听到脚步声,还会探出脑袋瞧个究竟。可BMAL1敲除猴却截然相反,一进“新家”它马上蜷缩到角落里,一副“生人莫近”“我想静静”的模样,就连保育员靠近喂食,它都会远远躲开。

科研人员还给猴子们做了一个经典的听觉刺激实验,在给出的一连串规律的声音中随机插入特殊的声音,记录猴子听到声音时的脑电。实验发现,BMAL1敲除猴大脑在识别和反应这些特殊事件的能力上不如正常猴,这与精神分裂患者的情况类似。

图说:非人灵长类平台工作照 中科院神经科学研究所供图

体细胞克隆技术再立新功

“非人灵长类实验动物,曾在人类攻克传染病等各种疾病的征程中,发挥了重要作用。”一如往常,中科院神经科学研究所非人灵长类研究平台主任孙强研究员,反复表达对实验动物的感激,“科学的发展需要非人灵长类模式动物。”

然而,通过基因敲除方法获得的第一代模型猴并不能让科学家们满意——遗传背景和基因编辑嵌合率的差异,让五只BMAL1敲除猴表现出的症状各有不同,它们还不是理想的动物模型。

团队将目光瞄向了克隆猴——这项去年让全世界点赞的生命科学领域里程碑式突破。成体细胞克隆能成功吗?效率如何?基因编辑过的细胞能否被克隆?问号接二连三。“如能攻克,就可弥补猕猴繁殖周期长、单胎数量少的不足,并构建出足够数目的、具有统一遗传背景的动物模型。”孙强表示。

图说:BMAL1敲除猴A6躺在兽医王燕的臂弯里 郜阳 摄

在此前一系列的研究基础上,孙强团队采集了一只一岁半的、睡眠紊乱最明显的BMAL1敲除猴A6的体细胞。显微镜下,偏振光依旧闪得发亮,如今已是中科院神经科学研究所灵长类生殖工程研究组组长的刘真研究员手持细针,穿过直径仅数十微米的体细胞,和一年多前相比,刘真显得更熟练,也更从容。“克隆‘中华’姐妹时,用的是母猴流产的胚胎细胞,这次我们使用了是成年体细胞。”刘真告诉记者。

通过体细胞克隆技术,团队获得了五只BMAL1基因敲除的克隆猴——这是国际上首次成功构建一批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型。“去年7月12日,第一只猴宝宝诞生,重248克。而在9月28日至10月12日期间,我们又迎来了四只天秤座猴宝宝。这五只小猴的细胞核基因型与核供体细胞完全一致,并且它们的任何基因都与代孕妈妈无关。”刘真介绍,“第一只出生的猴子已经断奶,也出现了BMAL1基因缺失的相关症状。我们会在它10个月左右时开展相关性实验分析。”最后一只出生的小猴感染了肺炎不幸夭折,这在冬季出生的野生型猴中也较为常见。

图说:体细胞克隆猴之一在 孵育箱里 活动 郜阳 摄

中国原创技术首发于中国期刊

由中国科学家成功构建的国际上首批生物节律紊乱猴及其克隆后代,填补了生物节律紊乱研究高等动物模型的空白,夯实了我国科学家在非人灵长类研究领域的领跑地位,意味着我国正式开启了批量化、标准化创建疾病克隆猴模型的新时代。

“脑疾病模型克隆猴未来将用于解析重大脑疾病机制,确立脑重大疾病预警、早期诊断各种指标,并研发脑疾病干预、治疗与康复的新方法。”蒲慕明院士表示,“野生型猴自然繁殖比较慢,而克隆猴一年内就可以构建。这一成果也有助于节省实验动物用量、准确判断药效,可望有力推动我国新药创制与研发。”

去年,“中中”“华华”诞生时,蒲慕明曾说我们的“领跑”优势是1年,这次呢?“虽然国外也有团队开始了克隆技术的攻坚,但我可以肯定地说,我们的领先优势扩大了!”蒲先生很是自豪。

今天凌晨,这一成果在我国顶级综合英文期刊《国家科学评论》(NSR)上在线发表。“《国家科学评论》由中科院主办,编委则由190位国内外知名科学家组成,其中还包括多位诺奖得主。”蒲慕明介绍。自2014年创刊以来,《国家科学评论》全方位、多角度反映国内外自然科学重要研究进展,尤其是中国有代表性的研究突破,影响因子不断提升。2017年在全球综合类期刊中排名第六,而2018年的即时排名预计可攀升至第三。“中国的原创技术当然应该首发在中国人自己的期刊上。”蒲慕明的话掷地有声。

图说:研究成果在线发表于《国家科学评论》 来源/NSR

“这是一个新颖的模型,对疾病治疗手段研发极为有用!”“本研究对阐明节律紊乱导致的疾病及相关治疗的发展将有助益。”审稿人也对这一中国原创成果赞赏有加。

“我们正在开展脑认知工具猴的制备,带有神经退行性疾病、精神分裂、孤独症等致病基因的克隆猴的研发。不久后,免疫缺陷猴模型、慢病猴模型、肿瘤猴模型、内分泌紊乱猴模型以及肥胖和糖尿病猴模型也将陆续诞生。”蒲慕明如是勾勒模型猴研发的未来蓝图,“或许明年,大家又可以收到体细胞克隆技术效率提升的好消息了!”

新民晚报见习记者 郜阳 记者 董纯蕾