“拔毛變猴”不是夢

文/沈羨云

《西游記》中，孫悟空在與妖魔鬼怪對陣時，常常從身上拔下一根毫毛，吹口氣，隨即變出上百只一模一樣的小孫悟空。現(xiàn)在，這個看似遙不可及的神話正在成為現(xiàn)實——2017年11月27日，世界上首個體細胞克隆猴“中中”在我國誕生；同年12月5日，第二個體細胞克隆猴“華華”又“橫空出世”。2018年1月25日，它們的故事登上國際權威學術期刊《細胞》封面，這意味著中國科學家成功突破了現(xiàn)有技術無法克隆靈長類動物的世界難題?，F(xiàn)在，這兩只時而吐著舌頭，時而吮吸著手指賣萌、翻滾、玩耍的克隆小猴正生活在中國科學院神經(jīng)科學研究所內(nèi)，它們被小心看護著，享受著國寶級的待遇。

神奇的體細胞克隆技術

“中中”和“華華”之所以出名，因為它們是采用體細胞克隆技術生產(chǎn)的小寶寶，所以本文首先介紹一下什么是體細胞克隆技術。

體細胞是一個相對于生殖細胞的概念。它是一類細胞，這類細胞的特點是：遺傳信息不會像生殖細胞那樣遺傳給下一代。高等生物的細胞除了精子和卵細胞以及它們的母細胞之外，差不多都是體細胞。體細胞遺傳信息的改變不會對下一代產(chǎn)生影響。

體細胞是執(zhí)行特殊功能的，比如紅細胞是執(zhí)行運送氧氣功能的，免疫細胞是執(zhí)行免疫防御功能的，它們都不具有發(fā)育的特性。但是，有部分體細胞可以在體外進行培養(yǎng)，實現(xiàn)無限增殖，進而得到無數(shù)的體細胞。體細胞克隆技術用的就是這種細胞。

1997年，首個體細胞克隆動物“多莉”羊出生；隨后，利用體細胞克隆技術不僅誕生出包括馬、牛、羊、豬和駱駝等在內(nèi)的大型家畜，還誕生了包括小鼠、大鼠、兔、貓和狗在內(nèi)的多種實驗動物。但是，與人類最為相近的非人靈長類動物的體細胞克隆是個難題，一直沒有攻克。

讓我們看看“多莉”的出生過程吧：從芬蘭多塞特母綿羊的乳腺中取出乳腺細胞，將其放入低濃度的營養(yǎng)培養(yǎng)液中，細胞逐漸停止了分裂，此細胞稱之為供體細胞；給一頭蘇格蘭黑面母綿羊注射促性腺素，促使它排卵，取出未受精的卵細胞，并立即將其細胞核除去，留下一個無核的卵細胞，此細胞稱之為受體細胞；利用電脈沖的方法，使供體細胞和受體細胞發(fā)生融合，最后形成了融合細胞；由于電脈沖還可以產(chǎn)生類似于自然受精過程中的一系列反應，使融合細胞也能像受精卵一樣進行細胞分裂、分化，從而形成胚胎細胞；將胚胎細胞轉移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內(nèi)，胚胎細胞進一步分化和發(fā)育，最后形成一只小綿羊。出生的“多莉”小綿羊與多塞特母綿羊具有完全相同的外貌。

克隆猴為什么這樣難

主要原因有兩個：其一，供體細胞核在受體卵母細胞中的不完全重編程導致胚胎發(fā)育率低；其二，非人靈長類動物胚胎操作技術尚不完善，加上受體的卵母細胞數(shù)量有限，使克隆猴的成活率很低。這兩方面因素疊加致使非人靈長類動物體細胞克隆屢屢失敗。

以中科院神經(jīng)科學研究所研究員孫強、博士后劉真為主的團隊歷時5年，克服了種種困難，終于突破了這個生物學上的前沿難題。

與過去直接采用成年活體細胞的做法不同，中國團隊采用的是猴胎兒細胞的DNA與卵子相結合。具體而言，在研究中，對于融合細胞的細胞核來源，研究人員設計了兩組實驗，一組利用來自于流產(chǎn)產(chǎn)生的胎猴纖維組織母細胞，另一組是利用成年猴子的卵丘細胞。結果在第一組實驗中，21只代孕母猴中的6只成功懷孕，最終生下了2只健康的猴子，它們就是“中中”和“華華”。

在另一組研究中，42只代孕母猴中有22只成功懷孕，最后也有2只猴子出生，可惜的是，它們在短暫存活后死亡。實際上，來源細胞的年齡越大，越難進行克隆，而且克隆出的胚胎也越容易流產(chǎn)。

為了克服體細胞重編程過程中的很多表觀遺傳修飾障礙，需要對體細胞克隆技術進行優(yōu)化。孫強小組能夠獲得成功，除了他們進行各種體細胞克隆技術的實驗和摸索外，也離不開科學家近年來對克隆胚胎重編程機制的研究。孫強團隊在克隆猴的過程中利用這些成果，大大優(yōu)化了克隆方法，最終獲得成功。

在體細胞克隆技術的優(yōu)化過程中，技術操作的嫻熟也是取得成功的另一個重要原因。操作技術越快，卵細胞受損越小，成功概率就越高。以胚胎操作為例，作為受體的卵母細胞，必須先把其細胞核“摘除”，才能容納“外來戶”(體細胞的細胞核)進來與它融合。但與其他動物不同的是，猴子的卵母細胞不透明，“去核”操作非常困難。為了能在“去核”過程中做到快速準確，減少對卵母細胞的損害，劉真博士苦練技術好幾年，最終嫻熟到平均10秒之內(nèi)對卵母細胞進行細胞去核操作，在15秒之內(nèi)將體細胞注入到卵母細胞當中，成為這個領域的“世界冠軍”。

重要意義

1.突破克隆猴世界性難題

從“多莉”羊出生后至今20多年，各國科學家都在嘗試靈長類克隆，但是始終沒有成功，很多都是克隆動物在胚胎階段后期就死亡了。這次中國科學家不僅取得了成功，而且用的是體細胞克隆，技術含量要超過生殖細胞克隆。所以，這項技術是中國科學界實現(xiàn)的一個重大突破。

2.開啟以獼猴作為實驗動物模型的時代

克隆非人靈長類動物的唯一目的就是服務人類健康。體細胞克隆猴的成功，不僅在科學上證實了獼猴可以用體細胞來克隆，更重要的是，它可以使獼猴成為“真正有用”的動物模型，來幫助理解人的大腦，開發(fā)治療人類疾病的新療法。

眾所周知，在進行生物學、醫(yī)學、藥物研究時，最重要的是選用的動物模型?，F(xiàn)在進行這些研究時，通常用的是小鼠模型。由于鼠與人的生理結構和功能相差太大，得出的結果也與人有很大差別，只能作為參考。例如，通過鼠模型篩選出來的藥物，在人體實驗時大多沒有效果或有副作用。這不僅造成時間、經(jīng)費、人力上的巨大損失，也使人對實驗結果和藥物的療效持懷疑態(tài)度，必須后期經(jīng)過實踐或人體實驗才能得出正確的結論。

克隆猴的出生，開啟了以獼猴作為實驗動物模型的新時代。克隆猴的遺傳背景完全相同，這讓它們成為了非常完美的實驗動物和動物模型。也就是說，克隆猴提供了完美、統(tǒng)一的參照物，因為它們是一致的。當使用這些克隆猴作為實驗對象時，與自然繁殖的猴群相比，前者因為人為引入的干擾因素更少，得出的實驗結果更可靠。對于醫(yī)藥工業(yè)和人類疾病研究來說，這最大程度地減小了實驗誤差。體細胞克隆技術可以使神經(jīng)科學、生殖健康、惡性腫瘤等很多疾病研究取得新突破。比如，利用腦疾病模型猴，可以為腦疾病的機理研究、干預、診治帶來前所未有的光明前景。

體細胞克隆猴可以讓人類快速獲得基因完全相同的猴群，包括在基因上特殊定制的猴群?？寺『锏倪z傳背景完全相同，是非常完美的實驗動物模型，可以最大程度地減少實驗動物，減小實驗誤差，得出的實驗結果更可靠。例如，目前的帕金森病實驗一般需要幾百只猴子，如果用克隆猴，可能10只就夠了。

此外，基因編輯的克隆猴模型將為腦疾病、免疫缺陷、腫瘤和代謝紊亂等疾病研究和藥物、生理、物理治療新手段研發(fā)提供有效工具?；蛐鸵恢碌目寺『镞€能夠大力推進腦科學前沿基礎研究。這對于神經(jīng)科學來說，是一個再好不過的消息。很多基因，比如導致阿爾茲海默病、帕金森病、孤獨癥的基因，在猴子身上體現(xiàn)的癥狀與人類是很相近的。有了靈長類克隆技術，我們就可以一段一段地編輯猴子基因，來確定哪些基因?qū)е铝诉@些癥狀，又如何修補這些基因以治療這些疾病。我們有理由相信，人類對疑難的腦疾病、代謝性疾病、腫瘤等將不再束手無策。

3.帶來一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈

獼猴是與人類最相近的、被科研倫理規(guī)范所允許的非人靈長類動物。中國獼猴、食蟹猴的存欄量目前約30萬只，每年大量養(yǎng)殖獼猴出口到海外。該團隊攻克的克隆技術有望催生一個新的產(chǎn)業(yè)鏈。

建立于1929年的美國杰克森實驗室，是全球最大的模式動物研發(fā)基地和銷售公司，為國際生物醫(yī)學界培養(yǎng)并出售7000多種基因編輯小鼠品系。當體細胞克隆猴技術成熟后，未來，我國也可建成以非人靈長類動物為模型的主要研發(fā)基地和產(chǎn)業(yè)鏈。鑒于靈長類動物研究的前景，上海市正在規(guī)劃建立國際靈長類動物研究中心，預計將在未來幾個月內(nèi)正式公布。該中心將為全球科學家培育克隆動物。

4.克隆技術的突破還有望加強瀕危動物的保護

一些靈長類動物，例如金絲猴，是瀕危珍稀保護動物。掌握了克隆猴技術，我們只要能夠找到合適的母體接受金絲猴克隆胚胎，就可以為世界各地動物園提供來自中國的珍貴金絲猴。