在中科院神經(jīng)所非人靈長類平臺(tái)，一只半歲多的猴子最近變得緊張焦慮，總是抱著頭躲在孵育箱角落里，看見保育員會(huì)害怕地躲避。它是從一只生物節(jié)律紊亂的公猴的體細(xì)胞克隆而來，如今正顯現(xiàn)出相似癥狀。
半歲多的生物節(jié)律紊亂體細(xì)胞克隆猴。中科院神經(jīng)所提供
這不尋常的一幕，事關(guān)藥物研發(fā)的一道世界難題——沒有遺傳背景干擾的實(shí)驗(yàn)鼠離人太“遠(yuǎn)”，非人靈長類動(dòng)物又存在遺傳背景差異，難以開展臨床前藥效評(píng)估。1月24日，上海科學(xué)家宣布創(chuàng)建了世界首例生物節(jié)律紊亂猴及其克隆后代，論文發(fā)表在我國頂級(jí)綜合期刊《國家科學(xué)評(píng)論》上。這一科學(xué)成果突破了利用活體獼猴體細(xì)胞克隆的難關(guān)，開啟了標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建疾病克隆猴模型的新時(shí)代，有助于縮短藥物研發(fā)周期，提高藥物研發(fā)成功率，將極大地促進(jìn)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)展。
生物節(jié)律紊亂會(huì)引發(fā)睡眠障礙和衰老
“想到接下來要開展的生物節(jié)律研究，我真的很興奮!”中科院神經(jīng)所研究員張洪鈞告訴解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾摺Ｋ^生物節(jié)律，是生物內(nèi)在的時(shí)間控制系統(tǒng)，以24小時(shí)為周期。自然界中大部分生物，從簡單的單細(xì)胞生物，到復(fù)雜的哺乳動(dòng)物，都有各自的“生物鐘”，比如蜘蛛在半夜結(jié)網(wǎng)，公雞在拂曉打鳴。生物節(jié)律在維持機(jī)體的睡眠/覺醒、體溫、代謝、器官功能和適應(yīng)環(huán)境變化方面扮演著重要角色。
當(dāng)下，人們頻繁加班、跨越時(shí)區(qū)和熬夜，面臨著“生物鐘”紊亂的困擾。一旦生物節(jié)律紊亂，可能會(huì)引發(fā)睡眠障礙、衰老、神經(jīng)退行性疾病(如阿爾茨海默病)、精神類疾病(如抑郁癥)、糖尿病、腫瘤以及心血管等疾病，因此對(duì)生物節(jié)律的研究意義非同尋常。2017年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?wù)穷C發(fā)給了在生物節(jié)律領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。
生物節(jié)律的基礎(chǔ)研究與轉(zhuǎn)化干預(yù)目前亟需好的生物模型。然而，傳統(tǒng)的小鼠和果蠅模型與人的晝夜活動(dòng)周期、腦結(jié)構(gòu)和代謝速率存在明顯差異。非人靈長類動(dòng)物與人最為接近，建立非人靈長類生物節(jié)律紊亂模型迫在眉睫。2016年9月，在中科院和上海市大力支持下，研究團(tuán)隊(duì)首次利用基因修飾方法，得到了5只生物節(jié)律核心基因bmal1缺失的獼猴。“猴子表現(xiàn)出害怕人，避免與人對(duì)視等精神問題，這些癥狀以前很難在小鼠身上探測到。”張洪鈞說，它們總是蜷縮在猴籠角落里，出現(xiàn)了抑郁、焦慮，它們的睡眠也大幅下降，類似于衰老情形。這為模擬人的節(jié)律紊亂相關(guān)疾病邁出了關(guān)鍵的第一步。不過，通過基因敲除方法獲得的第一代模型猴，容易產(chǎn)生嵌合體，這成為了研究的最大阻礙。由于這5只猴的生物節(jié)律紊亂嚴(yán)重程度不一致，還無法作為理想的動(dòng)物模型。
第一代生物節(jié)律核心基因bmal1缺失的獼猴，正是它為5只克隆猴提供了體細(xì)胞
首次利用成年猴體細(xì)胞克隆成功
2017年底，世界上首批體細(xì)胞克隆猴“中中”“華華”誕生在了中科院神經(jīng)所非人靈長類平臺(tái)。能否利用克隆猴技術(shù)，構(gòu)建出疾病模型猴?
“可以說是馬不停蹄，我們很快投入到了新的任務(wù)中，在國際上首次獲得了5只遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂克隆猴。”中科院神經(jīng)所孫強(qiáng)研究員介紹，最大的一只出生于2018年7月12日，已脫離人工哺乳，表現(xiàn)出了沒有安全感地抱著頭。最小的一只2018年10月12日誕生，不幸近日感染肺炎去世。
克隆猴似乎有些害羞
抱著毯子的克隆猴
劉真研究員介紹，此次克隆有兩個(gè)技術(shù)突破。第一，不同于“中中”“華華”從流產(chǎn)猴的胚胎體細(xì)胞克隆而來，這次選擇了1只一歲半、睡眠紊亂最明顯的猴子來提供體細(xì)胞，被國際同行評(píng)價(jià)為“首次證實(shí)通過體細(xì)胞核移植技術(shù)可以克隆成年基因修飾猴”。盡管克隆技術(shù)路線是一致的，但在效率上略高于“中中”“華華”，這將在很大程度上打消人們對(duì)于克隆技術(shù)效率的擔(dān)憂。第二，首次利用基因編輯猴的體細(xì)胞得到克隆后代。“中中”“華華”都是野生型猴，從疾病研究的角度來說，不如基因編輯猴的克隆后代，這也回答了“攜帶有特定基因編輯的體細(xì)胞是否可以用來克隆”的疑問。
克隆猴看上去非常警惕
小克隆猴似乎已經(jīng)開始思考“猴生”
縮短藥物研發(fā)周期，降低研發(fā)成本
“腦疾病的社會(huì)負(fù)擔(dān)越來越大，平均每個(gè)腦疾病藥物需耗費(fèi)數(shù)十億美金和10年以上時(shí)間，失敗率大于90%。有了疾病猴模型，有望縮短藥物研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。”中科院神經(jīng)所所長蒲慕明院士說。一個(gè)藥物在臨床前，需要在動(dòng)物身上檢驗(yàn)安全性、代謝情況和藥效評(píng)估。通過近親繁殖20代產(chǎn)生的小鼠，雖然沒有遺傳背景干擾，但由于和人的差異太大，許多神經(jīng)類、精神類藥物，即使90%在小鼠身上有效果，但到了臨床還是無效或有副作用。國際上許多知名藥企，每年用約10萬只獼猴來做藥物安全性和代謝檢測，但由于沒有合適的非人靈長類疾病模型，很難開展藥效檢測。“獼猴5到6年才能有一代，無法通過近親繁殖手段得到遺傳背景一致的實(shí)驗(yàn)猴，最好的辦法就是克隆。”
5只生物節(jié)律核心基因bmal1敲除的克隆猴。中科院神經(jīng)所提供
“現(xiàn)在只是一個(gè)起點(diǎn)。”蒲慕明介紹，接下來將研制系列疾病模型猴，包括抑郁癥、帕金森癥和阿爾茨海默癥等腦疾病，以及免疫缺陷、代謝紊亂、腫瘤等疾病。這些腦疾病模型克隆猴，未來將有助于解析腦重大疾病的致病機(jī)理、確立預(yù)警和早期診斷指標(biāo)、進(jìn)行干預(yù)和治療等。“建立基于疾病模型猴的非人靈長類平臺(tái)，將成為中國腦計(jì)劃的一大亮點(diǎn)。”
1月23日，中科院神經(jīng)所和中科院上海藥物所簽訂了戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，后者有20多種藥物將進(jìn)入臨床，雙方將共建非人靈長類藥物篩選模型。目前，已有多家制藥企業(yè)對(duì)疾病克隆猴表示了濃厚興趣。未來，g60腦智科創(chuàng)基地將建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)平臺(tái)。
欄目主編：黃海華
文字編輯：黃海華
圖片編輯：朱瓅
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