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重磅!世界首例生物节律紊乱体细胞克隆猴模型

2019-02-11 15:30

  在中科院神经所非人灵长类平台,一只半岁多的猴子最近变得紧张焦虑,总是抱着头躲在孵育箱角落里,看见保育员会害怕地躲避。它是从一只生物节律紊乱的公猴的体细胞克隆而来,如今正显现出相似症状。

  这不寻常的一幕,事关药物研发的一道世界难题——没有遗传背景干扰的实验鼠离人太“远”,非人灵长类动物又存在遗传背景差异,难以开展临床前药效评估。1月24日,上海科学家宣布创建了世界首例生物节律紊乱猴及其克隆后代,论文发表在我国顶级综合期刊《国家科学评论》上。这一科学成果突破了利用活体猕猴体细胞克隆的难关,开启了标准化创建疾病克隆猴模型的新时代,有助于缩短药物研发周期,提高药物研发成功率,将极大地促进生命科学和医学发展。

  “想到接下来要开展的生物节律研究,我真的很兴奋!”中科院神经所研究员张洪钧告诉解放日报·上观新闻记者。所谓生物节律,是生物内在的时间控制系统,以24小时为周期。自然界中大部分生物,从简单的单细胞生物,到复杂的哺乳动物,都有各自的“生物钟”,比如蜘蛛在半夜结网,公鸡在拂晓打鸣。生物节律在维持机体的睡眠/觉醒、体温、代谢、器官功能和适应环境变化方面扮演着重要角色。

  当下,人们频繁加班、跨越时区和熬夜,面临着“生物钟”紊乱的困扰。一旦生物节律紊乱,可能会引发睡眠障碍、衰老、神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)、精神类疾病(如抑郁症)、糖尿病、肿瘤以及心血管等疾病,因此对生物节律的研究意义非同寻常。2017年诺贝尔生理或医学奖正是颁发给了在生物节律领域做出贡献的三位科学家。

  生物节律的基础研究与转化干预目前亟需好的生物模型。然而,传统的小鼠和果蝇模型与人的昼夜活动周期、脑结构和代谢速率存在明显差异。非人灵长类动物与人最为接近,建立非人灵长类生物节律紊乱模型迫在眉睫。2016年9月,在中科院和上海市大力支持下,研究团队首次利用基因修饰方法,得到了5只生物节律核心基因BMAL1缺失的猕猴。“猴子表现出害怕人,避免与人对视等精神问题,这些症状以前很难在小鼠身上探测到。”张洪钧说,它们总是蜷缩在猴笼角落里,出现了抑郁、焦虑,它们的睡眠也大幅下降,类似于衰老情形。这为模拟人的节律紊乱相关疾病迈出了关键的第一步。不过,通过基因敲除方法获得的第一代模型猴,容易产生嵌合体,这成为了研究的最大阻碍。由于这5只猴的生物节律紊乱严重程度不一致,还无法作为理想的动物模型。

  第一代生物节律核心基因BMAL1缺失的猕猴,正是它为5只克隆猴提供了体细胞

  2017年底,世界上首批体细胞克隆猴“中中”“华华”诞生在了中科院神经所非人灵长类平台。能否利用克隆猴技术,构建出疾病模型猴?

  “可以说是马不停蹄,我们很快投入到了新的任务中,在国际上首次获得了5只遗传背景一致的生物节律紊乱克隆猴。”中科院神经所孙强研究员介绍,最大的一只出生于2018年7月12日,已脱离人工哺乳,表现出了没有安全感地抱着头。最小的一只2018年10月12日诞生,不幸近日感染肺炎去世。

  最大的生物节律紊乱体细胞克隆猴,总是没有安全感地抱着头。中科院神经所提供

  刘真研究员介绍,此次克隆有两个技术突破。第一,不同于“中中”“华华”从流产猴的胚胎体细胞克隆而来,这次选择了1只一岁半、睡眠紊乱最明显的猴子来提供体细胞,被国际同行评价为“首次证实通过体细胞核移植技术可以克隆成年基因修饰猴”。尽管克隆技术路线是一致的,但在效率上略高于“中中”“华华”,这将在很大程度上打消人们对于克隆技术效率的担忧。第二,首次利用基因编辑猴的体细胞得到克隆后代。“中中”“华华”都是野生型猴,从疾病研究的角度来说,不如基因编辑猴的克隆后代,这也回答了“携带有特定基因编辑的体细胞是否可以用来克隆”的疑问。

  “脑疾病的社会负担越来越大,平均每个脑疾病药物需耗费数十亿美金和10年以上时间,失败率大于90%。有了疾病猴模型,有望缩短药物研发周期,降低研发成本。”中科院神经所所长蒲慕明院士说。一个药物在临床前,需要在动物身上检验安全性、代谢情况和药效评估。通过近亲繁殖20代产生的小鼠,虽然没有遗传背景干扰,但由于和人的差异太大,许多神经类、精神类药物,即使90%在小鼠身上有效果,但到了临床还是无效或有副作用。国际上许多知名药企,每年用约10万只猕猴来做药物安全性和代谢检测,但由于没有合适的非人灵长类疾病模型,很难开展药效检测。“猕猴5到6年才能有一代,无法通过近亲繁殖手段得到遗传背景一致的实验猴,最好的办法就是克隆。”

  “现在只是一个起点。”蒲慕明介绍,接下来将研制系列疾病模型猴,包括抑郁症、帕金森症和阿尔茨海默症等脑疾病,以及免疫缺陷、代谢紊乱、肿瘤等疾病。这些脑疾病模型克隆猴,未来将有助于解析脑重大疾病的致病机理、确立预警和早期诊断指标、进行干预和治疗等。“建立基于疾病模型猴的非人灵长类平台,将成为中国脑计划的一大亮点。”

  1月23日,中科院神经所和中科院上海药物所签订了战略合作框架协议,后者有20多种药物将进入临床,双方将共建非人灵长类药物筛选模型。目前,已有多家制药企业对疾病克隆猴表示了浓厚兴趣。未来,G60脑智科创基地将建立相关产业平台。

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