體細(xì)胞克隆猴誕生引發(fā)的思考

顏 婷 黃 浩

(福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/福建師范大學(xué)國家級(jí)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 福州 350117)

2017年11月27日，世界上首例體細(xì)胞克隆猴“中中”在中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所誕生；12月5日第二只克隆猴“華華”誕生[1]，這一舉世矚目的成果標(biāo)志著人們成功攻克克隆靈長(zhǎng)類動(dòng)物的世界性難題，確立了我國在非人靈長(zhǎng)類研究領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)動(dòng)物克隆的研究歷程、研究現(xiàn)狀以及克隆猴誕生對(duì)生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和社會(huì)倫理學(xué)的影響進(jìn)行概述。

1 動(dòng)物克隆的歷史回顧

“克隆”一詞是英語“clone”的音譯，究其詞源，是植物學(xué)家借由希臘語“細(xì)枝”(klon)衍生而來，用于表示植物的“無性繁殖”。后來“克隆”就成為一種利用生物學(xué)手段實(shí)現(xiàn)“無性繁殖”的技術(shù)總稱。高等動(dòng)物能否像植物那樣進(jìn)行克隆呢？長(zhǎng)期以來科學(xué)家一直進(jìn)行著不懈的研究。1935年,Spemann[2]設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)： 先用嬰兒頭發(fā)絲將蠑螈(Cynops)受精卵環(huán)縊結(jié)扎為帶核側(cè)(有細(xì)胞核)和無核側(cè)(無細(xì)胞核)兩部分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有帶核側(cè)受精卵能夠正常發(fā)育形成胚胎，而無核側(cè)受精卵則發(fā)育停滯；如果將經(jīng)過幾次分裂的細(xì)胞核重新推到無核側(cè)，則該側(cè)受精卵又重新開始分裂并能發(fā)育成個(gè)體，且該個(gè)體比原先帶核側(cè)受精卵發(fā)育的個(gè)體更為“年輕”。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了：“經(jīng)過若干次分裂并初步分化的動(dòng)物細(xì)胞核仍然具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力”，也就是后來學(xué)術(shù)界普遍接受的“體細(xì)胞核具有全能性”觀點(diǎn)的雛形。Spemann借此發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾獎(jiǎng)，人類由此開啟了脊椎動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)的新時(shí)代。

1952年，Briggs和King[3]將黑斑蛙(Rananigromaculata)囊胚期細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核卵細(xì)胞,成功獲得正常發(fā)育的蝌蚪,這是首次核移植動(dòng)物克隆試驗(yàn)。1973年，我國生物學(xué)家童第周[4]成功得到克隆魚(Piscium)。

然而這些動(dòng)物都是體外受精和體外發(fā)育的，而哺乳動(dòng)物多數(shù)是體內(nèi)受精，且胚胎發(fā)育是在母體子宮中進(jìn)行的，這大大增加了哺乳動(dòng)物克隆研究的難度。上世紀(jì)80年代，科學(xué)家以小鼠正常囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞為核供體，移植并重構(gòu)胚胎，在體外發(fā)育至桑葚胚或囊胚期后移植至代孕母鼠子宮，最終獲得發(fā)育正常的幼鼠。此后，以胚胎細(xì)胞克隆技術(shù)為基礎(chǔ)的動(dòng)物，如山羊、牛、豬、兔和大鼠陸續(xù)克隆成功。我國科學(xué)家也在90年代相繼得到類似的克隆哺乳動(dòng)物。

1996年，Campbell和Wilmut[5]利用6歲成年綿羊乳腺上皮細(xì)胞成功得到第一只體細(xì)胞克隆哺乳動(dòng)物—“多莉(Dolly)”?！岸嗬颉毖虻恼Q生證明了已經(jīng)高度分化的成年動(dòng)物的體細(xì)胞可以在適當(dāng)條件下去分化，重編程后恢復(fù)其全能性。之后，科學(xué)家相繼克隆出牛、小鼠和貓等20多種哺乳動(dòng)物。1999年，我國科學(xué)家陳大元等[6]將成年大熊貓?bào)w細(xì)胞的細(xì)胞核作為供體，移植到去核兔卵母細(xì)胞中構(gòu)建異種重構(gòu)胚，體外培養(yǎng)獲得孵化囊胚。這項(xiàng)研究成果被評(píng)為當(dāng)年中國十大科技進(jìn)展之一。

盡管科學(xué)家對(duì)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的研究嘗試早在“多莉”羊之前就已經(jīng)開始，但是隨著動(dòng)物進(jìn)化的等級(jí)升高，靈長(zhǎng)類動(dòng)物因其性成熟和妊娠期都相對(duì)較長(zhǎng)，且生命維持機(jī)制非常復(fù)雜，克隆實(shí)驗(yàn)實(shí)施異常困難。

2 體細(xì)胞克隆猴的誕生

2002年，Mitalipov等以恒河猴的體細(xì)胞作為核供體進(jìn)行核移植獲得胚胎，再移入3只受體，盡管最終沒有一只能懷孕，但這是人類首次利用非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物體細(xì)胞開展體細(xì)胞核移植克隆研究。但之后的許多克隆研究都屢屢失敗，最接近成功的一次是已經(jīng)得到轉(zhuǎn)入胚胎發(fā)育且能檢測(cè)到心跳的克隆恒河猴胚胎，在妊娠81天以流產(chǎn)告終。

為什么靈長(zhǎng)類體細(xì)胞克隆這么難呢？主要原因有： ①靈長(zhǎng)類卵母細(xì)胞不透明，造成去核難度大；②靈長(zhǎng)類卵母細(xì)胞敏感，極易提前激活，影響融合率；③體細(xì)胞細(xì)胞核在受體卵母細(xì)胞中重編程不完全，導(dǎo)致胚胎發(fā)育率低下。

中國科學(xué)院孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)這些困擾因素進(jìn)行了針對(duì)性的技術(shù)優(yōu)化： 首先，利用偏振光給卵母細(xì)胞“打光”，解決了卵母細(xì)胞不透明影響細(xì)胞核示蹤的問題，并快速高效地完成去核操作，保持其活性；然后取來自幼猴纖維組織細(xì)胞，以HVJ-E病毒處理，采用壓電驅(qū)動(dòng)的顯微操作方法注入去核卵母細(xì)胞并介導(dǎo)融合，既降低了卵母細(xì)胞的敏感性，又避免了對(duì)卵母細(xì)胞的擠壓，減少細(xì)胞損傷；重組胚胎融合后1 h將其激活，將Kdm4d和TSA以合適配比注入激活后的胚胎，并培養(yǎng)一段時(shí)間，顯著提高克隆囊胚的發(fā)育率。終于成功獲得體細(xì)胞克隆食蟹猴——“中中”和“華華”[1]。

3 克隆猴帶來的思考

體細(xì)胞克隆猴的誕生不僅證明了靈長(zhǎng)類克隆的可能性，也為探索建立更接近人類的醫(yī)學(xué)動(dòng)物模型提供了新途徑。目前，醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究廣泛采用小鼠模型，但這些研究成果卻因?yàn)槲锓N差異而不能簡(jiǎn)單平行遷移到人體水平直接應(yīng)用。因此，在藥物研發(fā)、藥效評(píng)估等生物醫(yī)學(xué)研究中還需使用實(shí)驗(yàn)猴，而體細(xì)胞克隆猴將能在一定程度上減少使用自然繁育實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。由于體細(xì)胞克隆猴基因背景近乎一致，解決了以往實(shí)驗(yàn)中靈長(zhǎng)類動(dòng)物個(gè)體差異大、實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性差等問題。

克隆猴只是靈長(zhǎng)類克隆技術(shù)研究的第一步，還存在需要進(jìn)一步研究的問題： ①克隆猴其體細(xì)胞來源是流產(chǎn)的胎猴成纖維細(xì)胞，如果使用成年猴子的成纖維細(xì)胞或者其他類型細(xì)胞是否可行？②基因工程技術(shù)是否能運(yùn)用于克隆猴研究，以得到特定疾病猴模型？③相關(guān)藥物作用于重組胚胎早期發(fā)育，有利于提高囊胚發(fā)育率，但是它對(duì)胚胎著床后的發(fā)育影響還未確定。體細(xì)胞克隆猴的成功，標(biāo)志著我國在克隆技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，將推動(dòng)我國發(fā)展基于非人靈長(zhǎng)類疾病動(dòng)物模型的醫(yī)藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，并促進(jìn)靈長(zhǎng)類全腦圖譜計(jì)劃的實(shí)施和靈長(zhǎng)類腦科學(xué)的尖端研究。

伴隨著克隆猴的成功，“克隆人”的話題再度引起人們的關(guān)注和熱議。畢竟人與猴在生理結(jié)構(gòu)上高度相似，非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的成功克隆也在一定程度上證明了“克隆人”的理論可行性。由此引發(fā)的科技倫理風(fēng)險(xiǎn)也需要我們加以重視，國家層面上要盡快立法規(guī)范，構(gòu)建防范科技惡意使用的法律“防火墻”；學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)要建立預(yù)警、應(yīng)急措施和技術(shù)儲(chǔ)備，通過建立科技倫理準(zhǔn)則，規(guī)約高新技術(shù)，防止其被濫用、盜用甚至惡用。