模仿人類(lèi)“尬舞”的動(dòng)物們

湯波

在委內(nèi)瑞拉西北部馬拉開(kāi)波湖畔的幾個(gè)小漁村，生活著一群生下來(lái)就不得不跳“尬舞”的可憐人。他們經(jīng)常會(huì)不受控制且毫無(wú)章法地手舞足蹈，而且伴有智力低下、運(yùn)動(dòng)障礙、口吃等健康問(wèn)題。經(jīng)過(guò)100多年的努力，科學(xué)家雖然查明了他們跳“尬舞”的病因，但是仍然沒(méi)有辦法治愈此病。于是，科學(xué)家不得不請(qǐng)一些動(dòng)物來(lái)模仿人類(lèi)的這種“尬舞”，以幫助人類(lèi)找到有效的治療方法。

這樣“尬舞”是種病

其實(shí)這種病癥從中世紀(jì)開(kāi)始就有記載，不過(guò)直到1872年，22歲的美國(guó)哥倫比亞大學(xué)研究生喬治·亨廷頓才首次在他的第一篇論文中，準(zhǔn)確地指出它是一種典型的顯性遺傳病。如果父母雙方有一人患此病，那么他們的子女有50%的概率患此病;如果他們的子女沒(méi)有患此病，那么這些子女的后代也不會(huì)患此病。之后，人們把這種病稱(chēng)為“亨廷頓病”。因?yàn)榛颊呓?jīng)常出現(xiàn)不由自主的手舞足蹈，所以這種病癥又被稱(chēng)為“亨廷頓舞蹈癥”，它有點(diǎn)像網(wǎng)絡(luò)上流行的“尬舞”。

據(jù)全球流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告顯示，亨廷頓病是一種罕見(jiàn)的遺傳疾病。全世界亨廷頓病的發(fā)病率約為2.7/100000人，其中歐美國(guó)家的發(fā)病率較高，每10萬(wàn)人的發(fā)病人數(shù)達(dá)5.7人，美國(guó)約有3萬(wàn)患者;亞洲的發(fā)病率較低，每10萬(wàn)人中僅有0.4人，預(yù)計(jì)中國(guó)約有300個(gè)家庭受到此病的困擾。

不過(guò)，此病在被亨廷頓描述后的100多年里，人們一直無(wú)法弄清它的具體致病機(jī)理。科學(xué)家猜測(cè)亨廷頓病是由某種基因突變引發(fā)的，但是，到底是什么基因突變導(dǎo)致了這種可怕的遺傳病，卻一直不得而知。最終，來(lái)自亨廷頓病患者家庭的美國(guó)科學(xué)家南?！ろf克斯勒揭示了它的致病機(jī)理。

南希的外公和舅舅早已死于亨廷頓病，媽媽也是患者。南希和姐姐愛(ài)麗絲生活在亨廷頓病的陰影中，整日擔(dān)驚受怕。后來(lái)被亨廷頓病折磨了10年的媽媽還是撒手人寰了。這時(shí)，已獲得臨床心理學(xué)博士學(xué)位的南希決定查明導(dǎo)致亨廷頓病的“真兇”。

在南希博士的領(lǐng)導(dǎo)下，100多位科學(xué)家經(jīng)過(guò)10多年的努力，通過(guò)查明和分析委內(nèi)瑞拉馬拉開(kāi)波湖畔小漁村數(shù)千名亨廷頓病患者的遺傳關(guān)系，最終于1993年將亨廷頓病的致病基因精確定位在人類(lèi)第4號(hào)染色體短臂上，分離出亨廷頓病基因序列，并推測(cè)位于亨廷頓病基因第一個(gè)外顯子中一個(gè)三聯(lián)核苷酸（CAG）重復(fù)數(shù)不穩(wěn)定，是亨廷頓病重要的致病原因。該成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。

進(jìn)一步研究表明，正常人群的CAG重復(fù)數(shù)若少于26個(gè)，自身和后代都不會(huì)患此病。當(dāng)某人的CAG重復(fù)數(shù)為27～35個(gè)時(shí)，若自己不患此病，后代也有較小的患病概率。但CAG重復(fù)數(shù)等于或大于36個(gè)時(shí)，自身則會(huì)表現(xiàn)出癥狀，且后代有50%的患病概率。亨廷頓病基因突變后，其編碼的蛋白質(zhì)含有過(guò)多的谷氨酸，引起大腦紋狀體和皮質(zhì)區(qū)域的神經(jīng)退行性病變，是導(dǎo)致亨廷頓病的重要原因之一。

據(jù)此，科學(xué)家們意識(shí)到，要戰(zhàn)勝亨廷頓病并不能一蹴而就，除了通過(guò)胚胎基因篩查來(lái)減少患兒出生之外，還必須深入研究突變亨廷頓蛋白是如何引發(fā)神經(jīng)退行性病變的。不過(guò)，科學(xué)家顯然很難對(duì)患者的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行介入式研究，他們不得不求助于動(dòng)物了。

猴哥先行

早在1996年，科學(xué)家就培育出攜帶人類(lèi)亨廷頓病基因的轉(zhuǎn)基因小鼠，希望藉此研究亨廷頓病的致病機(jī)理，找到治療亨廷頓病的藥物。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，世界各國(guó)的科學(xué)家已建立了數(shù)百個(gè)亨廷頓轉(zhuǎn)基因小鼠模型，但是轉(zhuǎn)基因小鼠無(wú)法呈現(xiàn)出亨廷頓病的大多數(shù)癥狀，特別是無(wú)法模仿患者的神經(jīng)病理特征，因此在此病機(jī)理研究和藥物篩選上成效甚微。

由于猴子等靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)與人類(lèi)相近，科學(xué)家認(rèn)為靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物是研究人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病理想的模型動(dòng)物。2008年，美國(guó)埃默里大學(xué)的安東尼·陳博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)采用慢病毒載體法，將含有84個(gè)CAG重復(fù)數(shù)的人類(lèi)亨廷頓病基因顯微注射到獼猴卵母細(xì)胞中，經(jīng)體外受精后，獲得了5只轉(zhuǎn)基因猴。其中3只轉(zhuǎn)基因猴所攜帶的人類(lèi)亨廷頓病基因CAG重復(fù)數(shù)在80個(gè)以上，均表現(xiàn)出一定程度的運(yùn)動(dòng)障礙、呼吸困難等癥狀，但這些轉(zhuǎn)基因猴的存活時(shí)間均不長(zhǎng)。

后來(lái)，陳博士等人又培育了3只亨廷頓病轉(zhuǎn)基因猴，對(duì)這些轉(zhuǎn)基因猴從嬰兒期到成年期進(jìn)行了超過(guò)4年的長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)基因猴的腦部紋狀體神經(jīng)元出現(xiàn)減少，這與人類(lèi)亨廷頓病癥狀吻合，表明陳博士團(tuán)隊(duì)所培育的轉(zhuǎn)基因猴，可以作為亨廷頓病的動(dòng)物模型。

鳥(niǎo)兒只“尬唱”

亨廷頓病患者除了表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)障礙和認(rèn)知退化之外，也表現(xiàn)出口吃、錯(cuò)誤發(fā)音、語(yǔ)言學(xué)習(xí)能力弱等語(yǔ)言障礙。斑胸草雀原本憑借優(yōu)美的歌聲在鳴禽界享有一定聲望，其鳴唱技法主要靠后天從父輩那里學(xué)習(xí)獲得，跟人類(lèi)學(xué)習(xí)語(yǔ)言的模式類(lèi)似，因此被科學(xué)家發(fā)展成為研究發(fā)聲學(xué)習(xí)與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)性的重要模型動(dòng)物。美國(guó)洛克菲勒大學(xué)動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)室的研究人員，就培育出了一種鳴唱學(xué)習(xí)能力嚴(yán)重受損的轉(zhuǎn)基因斑胸草雀，而轉(zhuǎn)入的基因就是人類(lèi)突變型亨廷頓病基因。

2015年11月，美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的研究小組在《自然·神經(jīng)科學(xué)》中首次報(bào)道了一種攜帶人類(lèi)突變型亨廷頓病基因的斑胸草雀模型，它們不僅表現(xiàn)出一些與人類(lèi)亨廷頓病相似的典型癥狀，而且其鳴唱學(xué)習(xí)能力也嚴(yán)重下降。

研究人員同樣采用自身失活型慢病毒載體法，將人類(lèi)亨廷頓病基因整合到斑胸草雀的基因組中，獲得了8只轉(zhuǎn)基因斑胸草雀。其中，有5只整合了人類(lèi)亨廷頓病基因（含有145個(gè)CAG重復(fù)），另外3只則含有23個(gè)CAG重復(fù)。在2年的實(shí)驗(yàn)中，5只攜帶突變型亨廷頓病基因的轉(zhuǎn)基因斑胸草雀生長(zhǎng)性狀與非轉(zhuǎn)基因鳥(niǎo)沒(méi)有顯著差異，但是均表現(xiàn)出一定的身體顫抖，并偏好高蛋白食物。其中，2只成年突變型斑胸草雀在實(shí)驗(yàn)后期還表現(xiàn)出嚴(yán)重的身體顫抖、重心不穩(wěn)等典型的亨廷頓病癥狀。為了驗(yàn)證這些突變表型，該研究小組還制作了攜帶人類(lèi)突變型亨廷頓病基因的轉(zhuǎn)基因金絲雀，它們也表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)障礙和認(rèn)知退化，并且癥狀更加嚴(yán)重。

值得注意的是，這些突變型雄性斑胸草雀的鳴唱學(xué)習(xí)能力嚴(yán)重受損。在孵出53天以后，處于感覺(jué)學(xué)習(xí)期的突變型雄性斑胸草雀有的只能模仿非轉(zhuǎn)基因成年雄鳥(niǎo)鳴唱聲的少數(shù)幾個(gè)音節(jié)，有的甚至什么音節(jié)也學(xué)不會(huì)，成年后的轉(zhuǎn)基因雄鳥(niǎo)則不能按音節(jié)順序進(jìn)行重復(fù)而穩(wěn)定地鳴唱。經(jīng)進(jìn)一步的研究表明，這些癥狀與亨廷頓病相關(guān)的神經(jīng)病變和皮質(zhì)基底神經(jīng)節(jié)鳴唱回路的失能有關(guān)。攜帶人類(lèi)突變型亨廷頓病基因的斑胸草雀，為研究人類(lèi)語(yǔ)言學(xué)習(xí)能力的機(jī)制提供了一個(gè)不錯(cuò)的動(dòng)物模型，也有望為治療與皮質(zhì)基底神經(jīng)節(jié)相關(guān)的語(yǔ)言和運(yùn)動(dòng)障礙提供幫助。

“二師兄”有望后來(lái)居上

由于轉(zhuǎn)基因猴的培育難度大，成本高，還存在倫理問(wèn)題。而鳥(niǎo)類(lèi)只能模擬亨廷頓病所導(dǎo)致的語(yǔ)言障礙，因此一些科學(xué)家轉(zhuǎn)而尋求其他動(dòng)物的幫助，比如豬。很多研究表明，豬和人類(lèi)的解剖、生理和遺傳相似度都非常高，其體重又與成年人相當(dāng)，而且豬的自然壽命可達(dá)10年以上，有足夠的時(shí)間對(duì)疾病發(fā)生、發(fā)展、藥物反應(yīng)、療效等進(jìn)行長(zhǎng)期觀察。同時(shí)，豬的基因工程技術(shù)和體細(xì)胞克隆技術(shù)也相對(duì)較為成熟，因此有科學(xué)家認(rèn)為豬可作為理想的人類(lèi)疾病動(dòng)物模型。

2018年3月30日，暨南大學(xué)粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院教授李曉江團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員賴(lài)良學(xué)團(tuán)隊(duì)、美國(guó)埃默里大學(xué)教授李世華團(tuán)隊(duì)等多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表論文，報(bào)道該聯(lián)合研究小組首次利用基因編輯技術(shù)（CRISPR/Cas9）和體細(xì)胞核移植技術(shù)，將人類(lèi)外顯子1中包含150 CAG重復(fù)序列精確地插入豬的內(nèi)源性亨廷頓病基因中，成功地培育出了世界首例亨廷頓舞蹈癥基因敲入豬。

該研究結(jié)果顯示，基因敲入豬在4個(gè)月以前沒(méi)有表現(xiàn)出明顯癥狀，與同性別、同年齡的野生型豬相比，體重增加很少。但是之后就會(huì)表現(xiàn)出人類(lèi)亨廷頓病的一些典型癥狀，比如皮膚皺褶增加和下垂，“舞蹈樣”運(yùn)動(dòng)障礙，過(guò)早死亡等等，與亨廷頓病患者癥狀較為相似。經(jīng)進(jìn)一步的解剖試驗(yàn)表明，這些亨廷頓病模型豬還能模擬亨廷頓病患者的大腦紋狀體典型病理特征。更有意思的是，亨廷頓病模型豬的這些異常行為及病理特征都可穩(wěn)定地遺傳給后代。

這些研究表明，亨廷頓舞蹈癥基因敲入豬能精確模擬亨廷頓病的癥狀及病理特征，這將有助于我們深入了解亨廷頓病患者神經(jīng)細(xì)胞死亡的機(jī)制及尋找有效的治療方法。如果說(shuō)亨廷頓病基因的發(fā)現(xiàn)為人類(lèi)打開(kāi)了認(rèn)識(shí)和攻克亨廷頓病的大門(mén)，那么能精確模擬亨廷頓病癥狀及病理特征的動(dòng)物模型，將有望幫助人類(lèi)找到徹底治愈亨廷頓病的良方。