非人靈長類模型*

胡新天　 仇子龍　 顧 勇　 龔 能　 孫 強(qiáng) 中國科學(xué)院昆明動物研究所 昆明 6503 中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所 上海 0003

非人靈長類模型*

胡新天1仇子龍2**顧 勇2龔 能2孫 強(qiáng)2
1 中國科學(xué)院昆明動物研究所 昆明 650223
2 中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所 上海 200031

全球有近 10 億腦疾病患者，每年約帶來經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān) 1 萬億美元。目前，絕大部分腦疾病尚無有效治療方法。因此，腦疾病機(jī)理研究和新藥開發(fā)十分迫切。由于進(jìn)化上相近，非人靈長類的腦在結(jié)構(gòu)、功能活動等多方面與人類高度相似。因此，相對于其他實驗動物，非人靈長類具有解決人類問題，特別是腦相關(guān)問題的獨特優(yōu)勢。它們除了是研究人類正常腦高級功能的關(guān)鍵實驗動物外，還是最好的研究腦疾病機(jī)理和治療方法的模型動物。中國不但有豐富的非人靈長類資源，而且在獼猴建模方面有很好的積累，尤其在轉(zhuǎn)基因疾病獼猴模型創(chuàng)建方面，目前處于世界領(lǐng)先的地位。文章分析了腦疾病領(lǐng)域的國家戰(zhàn)略需求，總結(jié)了國內(nèi)外非人靈長類的應(yīng)用情況，以及國內(nèi)非人靈長類模型現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，對我國非人靈長類模型領(lǐng)域下一步發(fā)展的重點提出了建議。

腦疾病，非人靈長類，動物模型

1 非人靈長類

靈長類動物是動物界最高等的類群，共有11科 51 屬 180 種，其中包括猴、猿等，還有最后發(fā)展出的人類。由于具有動物界中最發(fā)達(dá)的大腦，它們除了有很高的智力和復(fù)雜的社會行為外，在運動方面，大拇指靈活，能與其他指對握。這一指間“對握”是靈長類種屬特征，賦予它們高度靈活精巧的手指抓握功能。在感覺方面，在其他哺乳動物嚴(yán)重依靠嗅覺、觸覺時，靈長類則發(fā)展出了高級視覺系統(tǒng)，是少數(shù)具有三色視覺（能看到三種顏色）的物種，因此具有豐富的視覺感知和強(qiáng)大的物體分辨能力。顧名思義，非人靈長類是除人以外的靈長類動物，由于具有許多與人類相似的生物學(xué)特征，它們是很重要的實驗動物。在研究工作中，使用量最多的是舊大陸猴，其中以獼猴、食蟹猴為主。由于進(jìn)化上的相近，獼猴基因序列有 93% 與人相同，與之相對，鼠是 84%。因此，相比其他實驗動物，非人靈長類具有解決人類問題，特別是腦相關(guān)問題的獨特優(yōu)勢：除了是研究人類正常腦高級功能的關(guān)鍵實驗動物外，它們還是極佳的研究腦疾病機(jī)理和治療方法的模型動物。

2 腦疾病需要非人靈長類疾病模型

目前，全球有近 10 億腦疾病患者，帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)每年約 1 萬億美元。在我國，精神疾病方面，目前兒童自閉癥患者數(shù)達(dá) 164 萬；全國精神分裂癥患者約 1 600 萬人，抑郁癥患者超過 2 600 萬。而與我國快速發(fā)展的老齡化過程密切相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，如：老年癡呆病患者數(shù)量達(dá) 900 萬，并以每 10 年翻一番的速度遞增；我國帕金森病患者已超過 300 萬，已成為帕金森病患者最多的國家。目前，絕大部分腦疾病尚無有效治療方法，因此，腦疾病研究和新藥開發(fā)十分迫切。

由于社會倫理和道德的制約，人類健康和醫(yī)藥的研究都離不開動物模型。而缺乏理想的動物模型是腦疾病機(jī)理研究和藥物開發(fā)的重要瓶頸，因為目前廣泛應(yīng)用的鼠類動物模型有很大的局限性：在進(jìn)化上，相對于人和猴在 2 000 萬年前的分離，人和鼠 1 億年前就已分開，其后果是造成了鼠類和人在腦結(jié)構(gòu)和功能上有巨大差別。用鼠類建模時，人類腦疾病的復(fù)雜癥狀往往很難得到忠實的體現(xiàn)。例如，神經(jīng)退行性疾病老年癡呆癥以及帕金森病，在攜帶人類基因突變的轉(zhuǎn)基因小鼠中雖然也有類似的認(rèn)知表型，但是卻極少看到在人類病患大腦中的神經(jīng)元死亡癥狀，因此無法在小鼠疾病模型中篩選相關(guān)藥物來緩解神經(jīng)元死亡等癥狀。由于這種差異，大量在鼠類上有效的藥物在臨床試驗中失敗。其中影響最大的就是最近美國兩大著名醫(yī)藥公司輝瑞和強(qiáng)生的抗老年癡呆癥新藥抗 Aβ 的單克隆抗體 Bapineuzumab 在進(jìn)入 III 期臨床試驗后因無明顯治療效果，且出現(xiàn)血管性腦水腫、腦溝積液等不良反應(yīng)宣告失?。涣硪粋€老年癡呆癥新藥，也是美國知名醫(yī)藥公司禮來開發(fā)的抗 Aβ 的單克隆抗體Solanezumab 則因無明顯治療效果宣布失敗。這一現(xiàn)象已經(jīng)引起了廣泛重視與反思，2014 年，有國外學(xué)者在 Nature 上撰文“誤導(dǎo)性的小鼠研究浪費了醫(yī)療資源”（圖 1）。

圖1　誤導(dǎo)性的小鼠研究浪費了醫(yī)療資源

總之，一個尷尬的事實是，人類花費了大量金錢和精力進(jìn)行腦疾病機(jī)理研究和新藥開發(fā)，出來的卻是鼠的腦機(jī)理和藥物，導(dǎo)致國際各大藥廠紛紛退出這一領(lǐng)域。如何突破這一“老鼠藥”的局面呢？

由于進(jìn)化上相近，非人靈長類的腦結(jié)構(gòu)、生理活動等很多方面與人類高度相似，是目前腦疾病模型的理想建模動物。利用其創(chuàng)建的人類疾病模型，比其他模式動物能更好地復(fù)制人類疾病，特別是神經(jīng)性疾病的特征，同時也能更好地模擬疾病的機(jī)制和病理進(jìn)程。更為重要的是，由于其發(fā)達(dá)的中樞系統(tǒng)，非人靈長類有復(fù)雜的認(rèn)知和社會行為、精巧的運動控制，可以完成與人相似的記憶任務(wù)，這對于客觀評價情感和社會認(rèn)知、記憶能力和精細(xì)運動等腦疾病相關(guān)核心行為指標(biāo)尤為重要。因此，利用非人靈長類建立腦疾病動物模型，將能極大地降低新藥研發(fā)失敗風(fēng)險，是跨越基礎(chǔ)和臨床研究之間必要的、有時甚至是唯一的橋梁。

3 非人靈長類國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

國際上很早就對非人靈長類非常重視，美國、德國、日本、新西蘭、韓國、泰國和印度等國家，已建立了供生命醫(yī)學(xué)研究用的靈長類飼養(yǎng)和實驗中心，總數(shù)達(dá) 70 余個。但由于動物資源稀缺、動物保護(hù)主義者反對等多種原因，進(jìn)展緩慢。除此之外，在目前經(jīng)濟(jì)不景氣的大環(huán)境下，獼猴使用成本（獼猴在美國的購買和飼養(yǎng)成本是中國的 4—6 倍）的居高不下也使歐美非人靈長類的研究雪上加霜。據(jù)統(tǒng)計，在 2008—2011 年間，歐洲非人靈長類研究下降 28%。 2015 年 5 月，美國哈佛醫(yī)學(xué)院關(guān)閉了它的靈長類中心。

相反，我國是世界上野生靈長類動物分布較為豐富的國家，擁有靈長類動物 24 種，約占全球靈長類物種的 10%。近年來，隨著生命科學(xué)研究以及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的快速發(fā)展，靈長類動物飼養(yǎng)繁殖得到迅速發(fā)展，僅云南、廣東、廣西和蘇州等地的猴養(yǎng)殖場就達(dá)到 20 余個，人工養(yǎng)殖存欄數(shù)達(dá)到 30 余萬只。國家對非人靈長類在腦及其相關(guān)疾病研究中的意義也十分重視，在即將實施的“中國腦計劃”中，以獼猴為模式動物的腦功能和疾病研究將會占有突出地位。國家自然科學(xué)基金委動物模型項目近年來也偏向支持非人靈長類疾病模型的構(gòu)建。2016 年，國家又批準(zhǔn)了非人靈長類大科學(xué)裝置，將在云南昆明建立一個管理規(guī)范、設(shè)備先進(jìn)、集靈長類模式動物培育、表型與遺傳分析研究于一體的，規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、精確化、集成化、自動化的大型研究設(shè)施。

在國內(nèi)眾多的研究機(jī)構(gòu)中，中科院對非人靈長類歷來比較重視，有傳統(tǒng)也有優(yōu)勢。早在 1959 年，中科院在昆明動物所建立了我國第一個靈長類動物人工馴養(yǎng)繁殖中心，并于 2008 年 10 月通過國際權(quán)威組織 AAALAC（國際實驗動物評估和認(rèn)證委員會）認(rèn)證，飼養(yǎng)繁殖和使用都達(dá)到了國際水平。它是國內(nèi)飼養(yǎng)繁殖靈長類動物種類最多，研究歷史最長的機(jī)構(gòu)之一。在此基礎(chǔ)上，近年來，鑒于非人靈長類在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要性日益凸顯，中科院又在上海、北京和深圳等地建立了多個基地。

結(jié)合國家的戰(zhàn)略布局需求，經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展，我國非人靈長類研究形成了特色鮮明、局部國際領(lǐng)先的良好局面，在國內(nèi)外形成了廣泛的影響。其中，我們關(guān)于靈長類實驗動物的研究得到國際著名雜志 Nature 和 Cell 等的專題報道［1］。

面對如此形勢，已有國外學(xué)者擔(dān)憂，如此發(fā)展下去，將來中國可能在世界藥物篩選科研領(lǐng)域形成壟斷，到時全球藥物的藥效學(xué)評價都得到中國來［1］。這一擔(dān)憂從另一個方面證明靈長類研究能力的提升將極大地提升我國健康領(lǐng)域生命科學(xué)與生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)技術(shù)的自主創(chuàng)新能力。

4 國內(nèi)腦疾病非人靈長類疾病模型現(xiàn)狀

我國有豐富的靈長類動物資源，但是只有把它們轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的腦疾病模型后，才能將這巨大的潛力轉(zhuǎn)化為能力、實力來造?；颊摺Ｄ壳俺Ｓ玫哪X疾病模型可分為自發(fā)模型、轉(zhuǎn)基因模型和誘發(fā)模型3類。由于目前國內(nèi)外尚無公認(rèn)的自發(fā)腦疾病模型，本文只介紹國內(nèi)轉(zhuǎn)基因模型和誘發(fā)模型的發(fā)展情況。

4.1轉(zhuǎn)基因模型

人類利用非人靈長類對腦功能和腦疾病進(jìn)行研究已有多年的歷史，以前也有獼猴轉(zhuǎn)基因成功的報道，但為什么近幾年才引起了國內(nèi)外的高度重視呢？例如，日本已啟動的腦計劃就是以狨猴為基礎(chǔ)來設(shè)計和實施的。其主要原因是獼猴轉(zhuǎn)基因技術(shù)有了重大突破。近年來高效快速的基因打靶方法層出不窮，出現(xiàn)了一系列可在受精卵水平高效基因敲除的系統(tǒng)如 TALEN 及 CRISPR/Cas9 方法等，使獼猴基因精確編輯成為可能。這一重要前景，引起了國內(nèi)外多個團(tuán)隊的注意和競爭。通過密切協(xié)作，我國科學(xué)家團(tuán)隊目前已成功將這兩項技術(shù)首次應(yīng)用到獼猴上［2-4］。此項技術(shù)的成功，使得我國成為世界上少數(shù)可以開展人類重大疾病的非人靈長類轉(zhuǎn)基因動物模型的國家，將我國的非人靈長類基因編輯與基因工程工作提升到世界領(lǐng)先水平。

在此基礎(chǔ)上，近年來國內(nèi)非人靈長類腦疾病模型進(jìn)展很快，2014 年，國內(nèi) 2 個獨立團(tuán)隊在世界上首先成功構(gòu)建了神經(jīng)發(fā)育性疾病瑞特綜合癥相關(guān)基因 MECP2 的基因敲除食蟹猴，為進(jìn)一步研究神經(jīng)發(fā)育性疾病的神經(jīng)機(jī)理提供了重要的動物模型。2015 年，另一個團(tuán)隊利用CRISPR/Cas9 基因編輯方法構(gòu)建了杜氏肌營養(yǎng)不良 DMD基因突變的非人靈長類動物模型，為進(jìn)一步研究 DMD 基因突變的臨床干預(yù)方法提供了可能。他們還應(yīng)用慢病毒轉(zhuǎn)基因方法構(gòu)建了帕金森病轉(zhuǎn)基因非人靈長類模型。此轉(zhuǎn)基因模型表達(dá)人類帕金森病致病基因 alphasynuclein 基因突變，攜帶此突變的轉(zhuǎn)基因猴表現(xiàn)出一定程度的認(rèn)知功能障礙，轉(zhuǎn)基因猴腦內(nèi)也出現(xiàn)類似人類帕金森病病人的病變。2016 年 1 月Nature 期刊在線發(fā)表了題為“MECP2 轉(zhuǎn)基因猴的類自閉癥行為表征與種系傳遞”的研究論文，該研究由中科院上海生命科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究團(tuán)隊合作完成。該研究通過構(gòu)建攜帶人類自閉癥基因MECP2 的轉(zhuǎn)基因獼猴模型及對轉(zhuǎn)基因猴進(jìn)行分子遺傳學(xué)與行為學(xué)分析，發(fā)現(xiàn) MECP2 轉(zhuǎn)基因獼猴表現(xiàn)出類似人類自閉癥的刻板行為與社交障礙等行為。研究團(tuán)隊還通過精巢異體移植的方法，成功得到了攜帶人類 MECP2 基因的第二代轉(zhuǎn)基因獼猴，且發(fā)現(xiàn)其在社交行為方面表現(xiàn)出了與親代相同的類自閉癥表型（圖 2）。此研究是世界首個自閉癥的非人靈長類模型，為深入研究自閉癥的病理與探索可能的治療干預(yù)方法提供了重要基礎(chǔ)。以上系列模型的成功建立，進(jìn)一步擴(kuò)大了我國在轉(zhuǎn)基因非人靈長類轉(zhuǎn)基因模型方面的世界領(lǐng)先地位［5-8］。

圖2　我國科學(xué)家在國際上首先構(gòu)建成功的人類自閉癥轉(zhuǎn)基因獼猴模型

4.2誘導(dǎo)模型

由于關(guān)鍵技術(shù)的突破，非人靈長類腦疾病轉(zhuǎn)基因模型迎來了黃金時代，在今后的神經(jīng)精神疾病研究中將大放異彩。但是，由于每個生命個體都是環(huán)境和基因相互作用的結(jié)果，除少數(shù)遺傳因素占主導(dǎo)的疾病外，大多數(shù)疾病的發(fā)病原因也常常是環(huán)境和基因二者兼有。例如，排名神經(jīng)退行性疾病第一和第二位的老年癡呆癥、帕金森病，基因異常造成的只占不到 10%，其余可能與環(huán)境因素有關(guān)。在抑郁癥中，目前甚至尚未找到很明確的風(fēng)險基因。因此，隨著基因與疾病的關(guān)系日益清晰，找到這些疾病的環(huán)境誘發(fā)因素，再利用它們來誘導(dǎo)動物產(chǎn)生相關(guān)疾病的建模方法也引起了國內(nèi)外科學(xué)家的重視。同樣，在這一建模策略中，非人靈長類也有巨大的優(yōu)勢：由于大小鼠的生活環(huán)境、代謝和生理過程與人差別很大，已有證據(jù)表明，人的風(fēng)險因素不一定能在嚙齒類上誘導(dǎo)出相應(yīng)的疾病來。我國的研究團(tuán)隊長期致力于這方面的工作，并在環(huán)境因素誘導(dǎo)老年癡呆癥、抑郁癥獼猴模型等方面取得重要進(jìn)展。

4.2.1老年癡呆癥模型

流行病學(xué)調(diào)查表明，年齡增加是老年癡呆癥的最重要風(fēng)險因素。但是，體內(nèi)隨著年齡變化的因素很多，到底是什么因素起了主要作用呢？甲醛是腦內(nèi)的一種正常代謝產(chǎn)物，它在腦內(nèi)的濃度隨著年齡而增加，而老年癡呆癥患者體內(nèi)的甲醛濃度要高于同齡的對照。體外實驗表明，它能導(dǎo)致 Tau 蛋白過度磷酸化和 aβ 聚集，是神經(jīng)纖維纏結(jié)和老年斑這兩個老年癡呆癥典型病理癥狀的前期表型（圖 3）。因此，甲醛有可能是老年癡呆癥的一種自然誘導(dǎo)因子。通過長期低劑量顱內(nèi)注射來增加腦內(nèi)甲醛，以模擬甲醛隨年齡變化的現(xiàn)象，獼猴出現(xiàn)了老年癡呆癥所有關(guān)鍵癥狀：功能上，記憶長期穩(wěn)定下降；病理上，出現(xiàn)了神經(jīng)纖維纏結(jié)、老年斑。換句話說，無論外源性或內(nèi)源性增加腦內(nèi)甲醛，都能在獼猴腦內(nèi)誘導(dǎo)出老年癡呆癥的核心臨床癥狀和核心病理癥狀，提示甲醛在老年癡呆癥發(fā)生和發(fā)展過程中扮演重要角色。這一結(jié)果對于老年癡呆癥的防治提供了新的視角和手段，也是國內(nèi)外第一個具有所有老年癡呆癥核心癥狀的獼猴模型［9］。

4.2.2抑郁癥模型

（1）社會壓力誘導(dǎo)的獼猴抑郁模型。抑郁癥是一種多發(fā)性的情緒障礙，人群中大約有10%—15% 的發(fā)病率。目前尚未發(fā)現(xiàn)很明確的風(fēng)險基因。在環(huán)境因素中，應(yīng)激和抑郁癥的發(fā)病有很大的相關(guān)性。高等非人靈長類的一個重要特征是具有嚴(yán)格復(fù)雜的社會結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，低地位的個體要承受更大的社會壓力，所以是一個建立社會壓力相關(guān)抑郁模型很好的動物。在國外，研究者利用群居的食蟹猴建立了社會壓力誘導(dǎo)的抑郁癥模型。我國研究團(tuán)隊則首次利用獼猴建立了類似模型，擴(kuò)展了建模的動物種類，為將來在非人靈長類上進(jìn)行抑郁癥的研究奠定了基礎(chǔ)［10，11］。

（2）生物節(jié)律誘導(dǎo)的獼猴抑郁模型。這是一個我國首創(chuàng)的獼猴模型。眾所周知，抑郁癥與生物節(jié)律密切相關(guān)。在北歐，冬季抑郁癥（又稱季節(jié)性情感紊亂）發(fā)病率為 30%左右。我國研究團(tuán)隊第一次嘗試在獼猴中建立冬季抑郁癥的模型，發(fā)現(xiàn)短光照可以導(dǎo)致獼猴表現(xiàn)抑郁樣的蜷縮行為，自主活動量減少，以及反應(yīng)活動量的降低。除了這些抑郁相關(guān)的行為異常外，這些獼猴還表現(xiàn)出和冬季抑郁癥病人相似的生理異常，包括體重減輕、快感缺乏和皮質(zhì)醇增多。進(jìn)一步的研究又發(fā)現(xiàn)，抗抑郁藥物治療可以緩解獼猴表現(xiàn)出的全部抑郁相關(guān)癥狀，包括抑郁樣的蜷縮行為、自主活動量的降低、反應(yīng)活動量的減弱、體重減輕、糖水消耗量減少和皮質(zhì)醇增多。概括來說，這一研究首次在獼猴中觀察到了人類冬季抑郁癥的癥狀，這可以為未來冬季抑郁癥的病理機(jī)理研究以及藥物研發(fā)提供一個很好的平臺［12］。

（3）早期逆境誘導(dǎo)的青少年獼猴抑郁癥模型。大量人的臨床研究表明，經(jīng)歷早期逆境（早期不幸經(jīng)歷或早期應(yīng)激事件，包括童年時期受虐、被父母忽視、家庭不和、父母離異等）的兒童，青少年期及成年后易產(chǎn)生暴力行為和抑郁等情緒障礙。目前，它的形成機(jī)理不清楚。利用幼年獼猴，采用將母親和嬰兒分開來的方法來模擬早期逆境，我國研究團(tuán)隊的研究結(jié)果首次表明：早期不良環(huán)境可以對青少年獼猴造成長期負(fù)面影響，但是并沒有發(fā)現(xiàn)獼猴表現(xiàn)出抑郁樣癥狀。該團(tuán)隊又首次在母嬰分離青少年獼猴研究中加進(jìn)了慢性應(yīng)激這一抑郁癥密切相關(guān)的環(huán)境因素。與對照組相比，母嬰分離組獼猴在經(jīng)歷了慢性應(yīng)激后，出現(xiàn)了自由活動量減少。抑郁樣蜷縮行為和刻板行為增加等抑郁行為。母嬰分離組獼猴還發(fā)現(xiàn)可的松分泌量的增多現(xiàn)象，以及體重降低的抑郁癥狀。這些結(jié)果首次表明，早期不良環(huán)境和慢性應(yīng)激的確可以造成青少年獼猴患抑郁癥，為利用獼猴研究早期逆境的機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。這也是一個我國首創(chuàng)的獼猴模型［13］。

4.2.3兩種新型獼猴帕金森病模型的建立

病理學(xué)研究表明，腦內(nèi)一種稱為多巴胺能神經(jīng)元的大量死亡是帕金森病的發(fā)病原因。MPTP 是一種能特異高效殺死靈長類腦內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元的化合物。將它注射進(jìn)入獼猴體內(nèi)，就可建立經(jīng)典的 MPTP 獼猴帕金森病模型。國內(nèi)好幾家單位已建成使用。但是，這一模型也存在幾個比較嚴(yán)重的缺陷，影響了其廣泛使用。通過將 MPTP 的代謝產(chǎn)物 MPP+ 注射到獼猴側(cè)腦室和單側(cè)黑質(zhì)中，使藥物作用的范圍局限于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，國內(nèi)團(tuán)隊在世界上首次克服了經(jīng)典 MPTP 誘導(dǎo)模型個體差異大，健康狀況差以及癥狀停藥后恢復(fù)的三大缺陷，建立了具有良好實用價值新型獼猴帕金森病慢性和急性 2 種模型［14，15］。

圖3　通過長期低劑量顱內(nèi)注射來增加腦內(nèi)甲醛，獼猴腦內(nèi)出現(xiàn)了老年斑（上）、神經(jīng)纖維纏結(jié)（下）兩個老年癡呆癥的核心病理癥狀

4.2.4腦高級認(rèn)知功能的非人靈長類模型

除了疾病研究外，非人靈長類最大的優(yōu)勢在于研究人類高級腦功能。目前，我們對于以自我意識和語言為代表的一系列人類高級認(rèn)知行為在進(jìn)化上的起源，尤其是從猴到類人猿和人類這一進(jìn)化過程中認(rèn)知行為的爆發(fā)式發(fā)展知之甚少。同時，缺乏有效合適的動物模型，極大地阻礙了對自我意識和語言等高級認(rèn)知功能神經(jīng)機(jī)制的深入研究。因此，建立以獼猴為模型研究人類高級認(rèn)知功能的范式就顯得尤為重要。

自我意識是人類最重要的高級認(rèn)知功能之一，其中一種表現(xiàn)形式就是可以識別鏡子中的自我。在發(fā)育上，人類兒童要到兩歲左右才具備識別鏡中自我的能力，而在進(jìn)化上，以前公認(rèn)的觀點是只有人類和少數(shù)幾種類人猿（如黑猩猩）能夠自我識別，而大量的研究試圖證明或訓(xùn)練猴子識別鏡中的自我都以失敗告終。中科院上海生命科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)所的研究團(tuán)隊首創(chuàng)了一種視覺感覺偶聯(lián)訓(xùn)練方法，首次證明恒河猴可以學(xué)會識別鏡中的自我（圖 4）。該研究填補(bǔ)了動物認(rèn)知進(jìn)化上的一個空白，并為研究自我識別和自我意識提供了一個理想的動物模型和新的研究途徑。同時，在某些神經(jīng)疾病如智障、自閉癥、精神分裂癥和老年癡呆癥中，病人會表現(xiàn)出自我意識的損傷，不能認(rèn)識鏡中的自己。該研究及其訓(xùn)練方案為臨床治療這種自我意識的缺失提供了有用的線索［16］。

5 對我國非人靈長類模型領(lǐng)域發(fā)展的建議

通過以上總結(jié)，可以看到我國不但有豐富的非人靈長類資源，還在腦重大疾病建模方面已經(jīng)有了很好的積累，尤其在轉(zhuǎn)基因獼猴模型方面，我們已處于世界領(lǐng)先的地位。雖然目前科學(xué)家們已經(jīng)在非人靈長類中建立了較高效的基因操作方法（如慢病毒轉(zhuǎn)染和 CRISPR/Cas9基因編輯），但這兩種方法獲得的轉(zhuǎn)基因個體仍有嚴(yán)重的嵌合體現(xiàn)象。嵌合意味著每個首建動物有不同的基因型，這就導(dǎo)致幾乎不可能用首建猴進(jìn)行科學(xué)研究和大規(guī)模的藥物篩選等應(yīng)用。理論上獲得大量同一突變個體的F1代可以解決這個問題，但非人靈長類實驗動物恒河猴和食蟹猴的性成熟時間都很長（4—6 年）。因此，可以說目前的非人靈長類轉(zhuǎn)基因技術(shù)還未達(dá)到完美，還需改進(jìn)和優(yōu)化。下一步，我們應(yīng)該積極開展新的非人靈長類轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究與應(yīng)用以及非人靈長類動物模型的加速傳代研究。在此基礎(chǔ)上，我們應(yīng)加大投入，加緊建立重要的非人靈長類模型，包括腦疾病方面的轉(zhuǎn)基因和藥物誘導(dǎo)模型，鞏固領(lǐng)先優(yōu)勢，搶占制高點。除此之外，加緊工具猴的研發(fā)也是當(dāng)務(wù)之急。工具猴，指的是利用現(xiàn)代成熟的光遺傳學(xué)技術(shù)，制作可應(yīng)用于非人靈長類認(rèn)知行為功能研究的光遺傳學(xué)工具猴，具體包括在全腦范圍內(nèi)表達(dá)光遺傳學(xué)工具蛋白的轉(zhuǎn)基因猴，這樣可以避開目前急性病毒在非人靈長類上轉(zhuǎn)染效率不高的缺點，從而為在非人靈長類上研究大腦的高級認(rèn)知活動與神經(jīng)元之間的因果關(guān)系上提供有效的手段，將極大促進(jìn)對人腦工作機(jī)制的理解。此外，工具猴還包括在特定類型神經(jīng)元特異性表達(dá)，例如 Cre 重組酶的轉(zhuǎn)基因猴，這對腦網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接圖譜的研究也將提供有效的工具。

圖4　 恒河猴可以學(xué)會識別鏡中的自我

另外一個應(yīng)該高度重視的問題是非人靈長類模型動物的表型分析技術(shù)的研發(fā)。表型，又稱性狀，指個體形態(tài)、功能等各方面的表現(xiàn)，是基因型和環(huán)境共同作用的結(jié)果。因此，疾病的各種行為、生理和病理特征也是表型。雖然我們可通過轉(zhuǎn)基因和環(huán)境因素誘導(dǎo)來建立疾病模型，但是要利用這些模型進(jìn)行相關(guān)疾病機(jī)理研究和藥物篩選，表型分析是基礎(chǔ)。換句話說，沒有有效的表型分析手段，模型也失去了意義。因為老鼠和人類在個體、行為的復(fù)雜程度上相差很大，現(xiàn)有的鼠類的分析系統(tǒng)又很難移植到非人靈長類上。由于歷史的原因，國內(nèi)外尚未大規(guī)模利用非人靈長類建模來研究腦疾病的歷史，國內(nèi)外大多非人靈長類研究處于“小作坊”式的狀況，缺乏集成的、系統(tǒng)的表型分析系統(tǒng)來研究發(fā)病機(jī)理和藥物評價等。

一個高效的表型分析系統(tǒng)應(yīng)該包括覆蓋行為與神經(jīng)生物學(xué)、遺傳和分子生物學(xué)、基因組學(xué)、生殖與發(fā)育生物學(xué)、免疫學(xué)、影像學(xué)等多個學(xué)科，研究層次從分子、細(xì)胞、組織擴(kuò)展至生物個體研究。人類疾病靈長類動物模型研究能否取得突破，很大程度上取決于多學(xué)科、多領(lǐng)域、多層次、自動化集成的綜合表型分析評價系統(tǒng)的建立。

致謝：感謝昆明理工大學(xué)季維智教授對本文提出的寶貴建議。

1 Cyranoski D. MONKEY KINGDOM：China is positioning itself as a world leader in primate research. Nature， 2016， 532: 300-302.

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4 Liu H， Chen Y， Niu Y， et al. TALEN-mediated gene mutagenesis in rhesus and cynomolgus monkeys. Cell Stem Cell， 2014， 14（3）: 323-328.

5 Liu Z， Zhou X， Zhu Y， et al. Generation of a monkey with MECP2 mutations by TALEN-based gene targeting. Neuroscience Bulletin， 2014， 30（3）: 381-386.

6 Chen Y， Zheng Y， Kang Y， et al. Functional disruption of the dystrophin gene in rhesus monkey using CRISPR/Cas9. Human Molecular Genetics， 2015， 24（13）: 3764.

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9 Yang M F， Miao J Y， Rizak J， et al. Alzheimer's Disease and Methanol Toxicity （Pt.2）: Lessons from four rhesus macaques （macaca mulatta） chronically fed methanol. J Alzheimers Dis.，2014， 41（4）: 1131-47.

10 Qin D D， Rizak J， Chu X X， et al. A spontaneous depressive pattern in adult female rhesus macaques. Scientific Reports，2015， 5:11267.

11 Zhang Z Y， Mao Y， Feng X L， et al. Early adversity contributes to chronic stress induced depression-like behavior in adolescent male rhesus monkeys. Behavioural Brain Research， 2016， 306: 154-159.

12 Qin D D， Chu X X， Feng X L， et al. The first observation of seasonal affective disorder symptoms in Rhesus macaque. Behavioural Brain Research， 2015， 292（8）: 463-469.

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14 Lei X， Li H， Huang B， et al. 1-methyl-4-phenylpyridinium stereotactic infusion completely and specifically ablated the nigrostriatal dopaminergic pathway in rhesus macaque. PLoS One， 2015， 10（1）.

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16 Chang L T， Fang Q， Zhang S K， et al. Mirror-induced self-directed behaviors in rhesus monkeys after visual-somatosensory training. Current Biology， 2015， 25: 212-217.

胡新天中科院昆明動物所研究員，博士生導(dǎo)師。1988 年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生物系，2000 年在美國普林斯頓大學(xué)獲神經(jīng)生物學(xué)博士學(xué)位，2000—2005 年在美國貝勒醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系從事博士后研究，2006 至今年在中科院昆明動物所任研究員、PI。2007 年獲得中科院“百人計劃”支持。2015 年，被聘為中科院腦卓越中心核心骨干。現(xiàn)在承擔(dān)中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B 類）1 項，中科院重點部署項目 1 項，科技部“973”計劃 2 項，基金委重點培育項目1項，面上項目 2 項。目前主要研究方向集中在中樞系統(tǒng)重大疾病獼猴模型的構(gòu)建和機(jī)理研究。目前已建立了 1 種人類早期逆境，2 種新型帕金森氏病，2 種新型老年癡呆癥和 3 種抑郁癥的新型獼猴模型。以此為基礎(chǔ)，開展了系列疾病機(jī)理研究，并取得了一批成果。目前與中心其他課題組合作，進(jìn)行帕金森病深部腦刺激機(jī)理，甲醛與老年癡呆癥的關(guān)系以及腦疾病發(fā)生發(fā)展過程中環(huán)境與基因的相互作用機(jī)理等幾方面的研究。E-mail: xthu@mail.kiz.ac.cn

Hu XintianPh.D，professor in Neurobiology， is the Principal Investigator of Laboratory of sensory motor integration and non-human primates models of mental disorders， Kunming Institute of Zoology. His research mainly focuses on on the development of CNS diseases models using non-human primates and related studies based on the models. His team has successfully developed PD model， depression model and early adversity model using monkeys. As the principal investigator， he has published more than 40 peer reviewed papers and has been granted five patents. He revieved his Ph.D from the department of psychololgy， Princeton University in 2000. After that， he continued his training as a postdoctoral at Baylor College of Medicine till he took the current position in 2006. E-mail: E-mail: xthu@mail.kiz.ac.cn

仇子龍 男，中科院上海生命科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)所研究員、博士生導(dǎo)師，1998 年畢業(yè)于上海交通大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)系，2003 年在中科院上海生化與細(xì)胞所獲得博士學(xué)位，2003—2009 年在美國加州大學(xué)圣迭戈分校神經(jīng)生物學(xué)系從事博士后研究，2009 年 7 月受聘中科院上海神經(jīng)所。課題組長期獲得科技部“973”、基金委及中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項等項目支持，2016 年獲中科院上海分院“杰出青年科技創(chuàng)新人才”稱號。長期從事自閉癥的神經(jīng)生物學(xué)研究，2016 年 1月在 Nature 雜志發(fā)表文章報道應(yīng)用基因工程方法成功獲得了攜帶人類自閉癥基因的轉(zhuǎn)基因猴，建立世界上首個自閉癥的非人靈長類動物模型，為自閉癥的病理研究與臨床有效干預(yù)作出重要貢獻(xiàn)。E-mail: zqiu@ion.ac.cn

Qiu Zilong Male， was born in Beijing and grew up in Anhui， China. From 1994—1998， he attended Shanghai Jiao Tong University and graduated with a BS in Biological Sciences. He was a graduate student with Dr. Kan Liao from 1998—2003 at the Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology， Chinese Academy of Sciences. He did postdoc in Dr. Anirvan Ghosh's Lab at University of California， San Diego to work on activity dependent transcriptional regulation of genes in the rodent cerebral cortex. He joined ION faculty as Principle Investigator from July， 2009. His work focus on the neurobiological aspects of autism spectrum disorders. E-mail: E-mail: zqiu@ion.ac.cn

Non-Human Primates Brain Model

Hu Xintian1Qiu Zilong2Gu Yong2Gong Neng2Sun Qiang2
（1 Kunming Institute of Zoology， Chinese Academy of Sciences， Kunming 650223， China；2 Institute of Neuroscience， Shanghai Institutes for Biological Sciences， Chinese Academy of Sciences，Shanghai 200031， China）

There are around one billion patients suffering from different kind of brain diseases in the world， with a financial costs close to 1000 billion dollars per year， and currently no effective treatments for majority of them. Thus， the need for developing new treatments for the brain diseases is urgent. For ethic reasons，human health related studies relay heavily on animal models and the lack of ideal models is the bottle neck of brain diseases mechanism study and its new treatment's development.Current widely used rodents brain diseases models has server limitations: during evolution， compared to monkeys'separation at 20 million year ago，rodents separated from humans 100 million years ago and as a result，there are huge differences in both structure and function between the human brain a rodents'.When used to develop brain disease model， the complexity of human disease is hard to be duplicated in the rodents.This issue has attracted wide attention and caused reflection in the field. In 2014， Erik C. Hayden published a review titled: Misleading mouse studies waste medical resources，on nature. On the other hand， non-human primates， which are our closest relatives in evolution， share much more similar structures and functions to our brain，and therefore，are excellent experimental animals in solving human problems， especially brain diseases. There are rich non-human primates resources in China: 24 out of 180 species of non-human primates live as native species in China and among them，including the two most widely used ones in brain research， rhesus and cyno monkeys. Recently， as the fast development of neuroscince and translational medicine in China， non-human primates stock increased tremendous as well. There are more then 20 colonies in Yunnan，Guangdong， Guangxi and other provinces， with a total stock over 300 thousands. Among them， 50 thousands are rhesus and the rest 250 thousands are cynos. In addition to our rich non-human primates resources，we also hold the lead in developing brain disease monkey models， especially in transgenic non-human primates models， in the world. In recent years， as new effective gene editing technologies such as TALEN and CRISPR/Cas9 continuously been invented， monkey transgenic technology was on a verge of an significant breakthrough. This important and exciting perspective naturally caught many research group's attention and caused competition， both domestically and internationally. By collaborating closely with other Chinese groups， one Chinese group has successfully applied those two new technology on monkeys first in the world， surpassing strong international competitors，including one MIT group， and put China on a leading position in monkey gene editing technology. Based on this， several Chinese groups has successfully developed four new monkey trans-genetic brain diseases models. Among them， the most influential one is a monkey autism model which was published on Nature as: Autism-like behaviorsand germline transmission in transgenic monkeys over-expressing MeCP2. This series success significantly strengthened our lead position in monkey transgenic models. Because the breakthrough in key technology， the golden age for monkey transgenic model has arrived and it will play an extreme important role in future brain disease study.But on the other hand， since every single life is the result of interaction between gene and environment， the causes for majority brain diseases are also both genetic and environment factors except a small portion of genetic mutation dominant diseases.For example， among the Parkinson's and Alzheimer patients，those with genetic cause only make up less 10 percent of the total.That is， the main causes of the number one and two neuro-degenerative diseases are environmental factors. Therefore， finding out the environmental factors causing those diseases and then，using them to induce related model is another important strategy in brain disease model development. On this aspect， supported by different important national funding channels， Chinese groups have been working on it for long time and made significant breakthroughs on Parkinsons'，Alzheimer disease， depression and other mental disorder monkey models.In addition to disease study，another important application of non-human primates is high brain functions. On this aspect， one Chinese group has successfully developed the first rhesus monkey self awareness model in the world， building a solid foundation for future study on the brain mechanisms of high brain functions， such as self awareness. In short， with strong funding support from the government and long persistent hard work of several research groups， the non-human primates model study has made significant advances in China and attracted attentions from the world. Those progresses have been reviewed by Nature （“China takes steps to secure pole position in primate research”. Nature 2004； 432:3； “MONKEY KINGDOM”: China is positioning itself as a world leader in primate research”. Nature 2016； 532: 300: 2） and Cell （“Monkey Research in China: Developing a Natural Resource”. Cell 2007； 129: 1033-1036）. In this review， we first analyzed the national strategic needs of non-human primates brain models， and then， summarized both the international and domestic status of non-human primates studies. Based on these， we proposed the next important steps that should be taken to facilitate related studies and ensure our leading position in this important field.

brain disease， non-human primates， animal model

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.07.006

*資助項目：中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項項目（B類）（XDB0200000）
** 通訊作者
修改稿收到日期：2016年6 月12日