体细胞克隆猕猴

克隆猕猴“中中”“华华”
体细胞克隆猕猴的成功将推动我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链,助力全人类生命健康事业。

人类探索生命的奥秘,其关照的对象除了自身还有动物、植物等。譬如,开创了动物解剖学和实验生理学的古罗马医师盖仑便是借助对动物的认知推广至人体,进而推动了医学的发展。一些生命科学和医学史上的重要研究成果,大多与动物相关,如巴斯德和巴甫洛夫分别利用犬对天花疫苗和神经反射的研究,摩尔根利用果蝇对染色体的研究等。
科学家们直到20世纪50年代才真正意识到需要有专门用于实验的动物以保证其来源和品质对科学实验的一致性。于是,美国、英国等纷纷建立专门生产实验动物的中心或研究所。而中国实验动物科学真正起步和发展始于20世纪80年代,晚于西方科学发达国家,但很快完成了主要由引进到研发的历程。先是1980年农业部邀请美国马里兰州立大学比较医学系主任徐兆光来我国讲学,并举办了第一个全国高级实验动物人才培训班;1982年,国家科学技术委员会主持召开全国第一届实验动物工作会议;1984年,国务院批准建立了中国实验动物科学技术开发中心;1987年4月,中国动物学会成立……现如今,在基因编辑技术引发的新一轮基因工程动物研究中,中国在基因编辑动物研究方面已经国际领先,实验动物模型对中国生命科学和医学的支撑作用将越来越大。

实验动物模型在如今的医学中应用也是非常广泛,动物疾病模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学(包括新药筛选)研究。目前,全球实验动物已扩展到线虫、果蝇、蟾蜍、斑马鱼、小鼠、大鼠、豚鼠、兔、犬、猪、猴等不同进化地位的物种。人类在医学研究中使用的动物模型主要是小鼠和果蝇等,但这些动物模型因与人的昼夜活动周期、脑结构和代谢速率等存在明显差异,极大地制约了生物节律紊乱机理研究和相关疾病治疗手段的研发,而非人灵长类动物是与人类亲缘关系最近的动物,譬如猴子的繁殖周期和基因差异远大于小鼠和果蝇等。它们是可短期内批量生产遗传背景一致且无嵌合现象的动物模型,因此,体细胞克隆技术被认为是构建非人灵长类基因修饰动物模型的最佳方法,克隆猴则是研究节律紊乱相关疾病机理和诊治手段比较理想的动物模型。
2017年11月27日,世界上首个体细胞克隆猴“中中”在中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类平台诞生;12月5日,第二个克隆猴“华华”诞生。两只克隆猴均为雌性。
研究人员发现,联合使用组蛋白H3K9me3去甲基酶Kdm4d和TSA可以显著提升克隆胚胎的体外囊胚发育率及移植后受体的怀孕率。在此基础上,他们用胎猴成纤维细胞作为供体细胞进行核移植,并将克隆胚胎移植到代孕受体后,成功得到两只健康存活克隆猴。
要了解这项重大科技突破的价值和意义,须要首先明白什么是体细胞核移植技术(SCNT)。
体细胞是一个相对于生殖细胞的概念,是多细胞生物体中除了生殖细胞以外的细胞。生理状况下,这类细胞的遗传信息不会像生殖细胞那样遗传给下一代。体细胞是执行特殊功能的而不具备发育特性,例如免疫细胞执行免疫防御功能,红细胞可以实现运养功能,但有些体细胞可以在体外进行培养实现无限增殖。也就是说,在可能的技术条件和不违背科学伦理的情况下,部分体细胞可以通过培养得到无数个体细胞。
体细胞核移植技术(又称体细胞克隆技术)就是利用了这个特点。世界上第一只克隆羊多莉(Dolly)就是这项技术的产物,此后相继诞生了其他克隆动物,如牛、鼠、猪、猫、兔、马、狗、狼等。
首先需要把动物体细胞分离培养,然后再采用核移植的方法,将卵母细胞去核作为核受体,以体细胞或含少量细胞质的细胞核即核质体作为核供体,将后者移入前者中,构建重组胚,供体核在去核卵母细胞的胞质中重新编程,并启动卵裂,开始胚胎发育过程,妊娠产仔。
体细胞克隆技术能够克隆那么多动物,那是不是就意味着在非人灵长类核移植就很容易实现了呢?答案很显然,难度依然很大。
我们以猕猴为例,探究其原因,难在3个方面。其一,猕猴细胞核不易辨识,去核难度大。其二,猴的卵母细胞容易被提前激活。一旦操作稍有不慎,猴卵母细胞就可能被激活,自主卵裂便开始了,体细胞则无法跟上这个节奏,进而导致卵细胞无法发育。其三,猴的体细胞克隆胚胎发育差,培养囊胚效率低,优质囊胚比例低。既然如此,是否可以不必在其上投入过多的科研精力呢?答案当然也是否定的。
我们知道许多科学研究是基于实验动物资源的,常见的实验动物资源是小白鼠、兔子等,我们国家也建有啮齿类实验动物资源库、遗传工程小鼠资源库、犬类实验动物资源库和非人灵长类动物资源库等。与人类相近的,优势明显的实验动物资源,当然是非人灵长类动物(譬如,猕猴),克隆猴是有助于建立模拟人类疾病的动物模型。
此处宕开一笔。实验动物资源库建设是国家将实验动物作为科技发展不可或缺的战略性生物资源推动其持续发展的重大举措,对构建支撑我国科技创新的自然科技资源平台具有前瞻性、基础性和战略性意义。

克隆羊多莉


体细胞克隆猴的成功是该领域从无到有的突破,该技术将为非人灵长类基因编辑操作提供更为便利和精准的技术手段,使得非人灵长类可能成为可以广泛应用的动物模型,进而推动灵长类生殖发育、生物医学以及脑认知科学和脑疾病机理等研究的快速发展。具体而言,体细胞克隆猴的成功将推动我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链,促进针对阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病,以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的新药研发进程。
总之,利用动物研究生命的本质并类推到人类,加深对人类自身的生、老、病、死等过程的理解和防控,这也是现代实验动物科学的核心价值,以及诸如犬、克隆猕猴等实验动物对人类的奉献。