不簡單的克隆猴

張一鳴

2018年1月，當(dāng)兩個萌萌的體細(xì)胞克隆猴寶寶“中中”和“華華”第一次在公眾面前亮相時，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，其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)。

僅僅在一年之后，這個預(yù)言便成為了現(xiàn)實(shí)。

2019年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(duì)對外宣布，通過體細(xì)胞克隆技術(shù)，成功獲得了五只BMAL1基因敲除的克隆猴。這是國際上首次成功構(gòu)建的一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂的獼猴模型，它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。

節(jié)律研究的理想動物

雄雞報(bào)曉、蜘蛛半夜結(jié)網(wǎng)、向日葵在清晨開放……

從簡單的單細(xì)胞生物，到復(fù)雜的哺乳動物，自然界中大部分生物，都擁有按時間節(jié)奏調(diào)節(jié)自身活動的本領(lǐng)，即生物節(jié)律。

生物節(jié)律系統(tǒng)在維持機(jī)體內(nèi)在的生理功能（如睡眠/覺醒系統(tǒng)、體溫、代謝和器官功能等）和適應(yīng)環(huán)境的變化等方面扮演著重要角色。有關(guān)研究表明，生物節(jié)律紊亂與代謝綜合征、自身免疫、神經(jīng)退行性疾病和癌癥等疾病密切相關(guān)。

然而，多數(shù)節(jié)律研究用的小鼠等動物，因其與人的晝夜活動周期、腦結(jié)構(gòu)和代謝速率等存在明顯差異，由此造成的結(jié)果是，藥物研發(fā)人員在小鼠模型上花費(fèi)大量人力物力財(cái)力，篩選到的候選藥物用在病人身上，大都無效，或有不可接受的副作用。這極大地制約了生物節(jié)律紊亂機(jī)理研究和相關(guān)疾病治療手段的研發(fā)進(jìn)程。

在此背景下，與人類最接近的非人靈長類動物，成為科學(xué)家們夢寐以求的實(shí)驗(yàn)對象。

“獼猴除了具有晝行性這一特性，在腦結(jié)構(gòu)和功能上與人類也高度相似，人們可以用它來研究腦疾病和高級認(rèn)知功能?！敝锌圃涸菏俊⒅锌圃荷窠?jīng)科學(xué)研究所所長、腦智卓越中心主任蒲慕明說。

據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，過去十多年，全球各類疾病給社會造成的負(fù)擔(dān)中，腦疾病占28%，已超過心血管疾病和腫瘤。

然而，時至今日，腦疾病的致病機(jī)理仍不清楚，尚缺乏特異的藥物靶點(diǎn)。而且，相關(guān)神經(jīng)性藥物研發(fā)動輒需要十多年，耗資數(shù)十億美元，失敗率卻大于90%。

為何？常用藥物研發(fā)動物模型——小鼠，與人類相差甚遠(yuǎn)，是個重要原因。

“小鼠的遺傳背景與人類相差較遠(yuǎn)，在此基礎(chǔ)上研發(fā)的藥物，百分之九十以上對人類沒用?！逼涯矫鹘忉?。

2018年，兩只名為“中中”和“華華”的克隆猴誕生。從此，拔根汗毛吹口氣就能變出一堆小猴子的神話變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。

“按照傳統(tǒng)方法，培養(yǎng)一批可用于藥物研發(fā)的猴子常常需要花費(fèi)五六年，體細(xì)胞克隆猴的實(shí)現(xiàn)，彌補(bǔ)了獼猴繁殖周期長、單胎數(shù)量少的不足，可以構(gòu)建出足夠數(shù)目的具有統(tǒng)一遺傳背景的動物模型。”蒲慕明表示。

在科學(xué)家們看來，“中華”兩姐妹的橫空出世，標(biāo)志著非人靈長類動物克隆時代的到來。

克隆猴的意義

“中中”“華華”的誕生，僅是萬里長征走完的第一步。

蒲慕明說，克隆猴的最大意義之一在于，可以由此批量制造經(jīng)過基因編輯的猴子，從而為醫(yī)療界相關(guān)藥物研發(fā)提供更優(yōu)質(zhì)的疾病模型。

不過，“中中”和“華華”都是野生猴子，使用的細(xì)胞來自于流產(chǎn)猴胚胎，從應(yīng)用價值上來說，其價值不如基因修飾的猴子那么大。

早在2015年底，神經(jīng)所科研團(tuán)隊(duì)就利用一種技術(shù)，敲除了生物節(jié)律核心基因，產(chǎn)生了一批缺失BMAL1的獼猴。

結(jié)果如何？這些猴子有沒有表現(xiàn)出預(yù)想的節(jié)律紊亂癥狀呢？答案是肯定的。

等到半年后小猴斷奶，研究人員從多個方面開始觀察敲除猴的生物節(jié)律。他們給猴子們佩戴了“小米手環(huán)”，以便隨時監(jiān)測到它們的晝夜活動情況。研究人員發(fā)現(xiàn)，敲除猴不再按照24小時的周期活動，在夜間活動明顯增多。

這意味著什么？敲除猴出現(xiàn)了失眠的問題。

不僅如此，它們還有如下異常表現(xiàn)。比如，快速眼動睡眠（淺睡期）和慢波睡眠（熟睡期）明顯減少；幫助進(jìn)入睡眠的褪黑素分泌較少；當(dāng)保育員靠近敲除猴時，它們會雙手抱住頭部，蜷縮在角落里，不敢活動；如果將敲除猴放入一個新環(huán)境中，它們也不能很快地適應(yīng)，不敢像正常猴那樣在環(huán)境中自由探索。

這僅僅是偶然嗎？研究人員又給猴子們做了一個經(jīng)典的聽覺刺激實(shí)驗(yàn)。

在給出的一連串規(guī)律的聲音中隨機(jī)插入特殊的聲音，記錄猴子聽到聲音時的腦電圖。研究人員發(fā)現(xiàn)，敲除猴大腦在識別和反應(yīng)這些特殊事件的能力上不如正常猴，這與精神分裂患者的情況類似。而相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)亦說明了同樣的問題。比如，研究人員發(fā)現(xiàn)與壓力應(yīng)激相關(guān)的皮質(zhì)醇含量，在敲除猴的血液中一直處于高水平。

行為學(xué)分析表明，這些獼猴具有晝夜活動紊亂、睡眠障礙、焦慮和精神分裂癥等表型。血液分析也表明其與炎癥、睡眠障礙、抑郁等相關(guān)的基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，這為模擬人的節(jié)律紊亂相關(guān)疾病邁出了關(guān)鍵的一步。

如此大費(fèi)周章構(gòu)建基因敲除猴為哪般？其實(shí)，研究者最期望的就是在這些猴身上找到類似節(jié)律紊亂患者的癥狀，而這才是非人靈長類動物較之小鼠等實(shí)驗(yàn)動物的真正優(yōu)勢。

[思維互聯(lián)網(wǎng)]

在專家們看來，該成果表明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，為腦認(rèn)知功能研究、重大疾病早期診斷與干預(yù)、藥物研發(fā)等提供了新型高效的動物模型。該成果的應(yīng)用有助于縮短藥物研發(fā)周期，提高藥物研發(fā)效率，這必將極大地促進(jìn)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，加快中國新藥創(chuàng)制與研發(fā)的進(jìn)程。（小好奇）