克隆動物何以多發異常

2003年2月14日，英國的羅斯林研究所宣布因為多莉患有進行性肺病，身體狀況不斷惡化，研究所決定對多莉實施“安樂死”。與通常綿羊的平均壽命（11~12歲）相比，多莉的壽命(6歲7個月)只有正常綿羊的一半，可以說是過早的死亡。顯然，這與克隆技術有關系，研究人員開始在基因層面闡明其原因。

極低的克隆成功率

所謂“克隆”，是指具有完全相同遺傳信息（基因）的生物個體。生物細胞（體細胞）的一個個核中包含有構成其身體所必需的一切基因。從這個體細胞直接制造出另一個體的方法就是“克隆技術”。通常孩子是通過精子與卵子結合誕生，但是克隆動物不用經過受精過程就被制造出來。

多莉于1996年7月在羅斯林研究所誕生，次年2月介紹給公眾，一時間成為全球矚目的焦點，并被視為生物技術新時代來臨的標志。該研究所采用所謂的“核移植”的方法，從成年的雌綿羊體細胞（乳腺細胞）中取出核，移植到被摘除核的另一個綿羊的未受精的卵中。與此同時，施加電刺激使體細胞的核與卵子融合，猶如受精卵那樣開始分裂。由于這些細胞群具有與原來細胞完全相同的遺傳基因，所以被稱為“克隆囊胚”。多莉的情形是把克隆囊胚培養到由100個細胞左右組成的“胚泡期”，并把它移植到代理母親的綿羊子宮中使其著床，直至出生。

多莉的出世，有力地促進了克隆技術的研究。1997年夏威夷大學從卵巢中的卵丘細胞（體細胞）成功地制造出克隆鼠，其后，牛（1998年）、豬（2000年）、山羊（2000年）、貓（2001年）、兔（2002年）也相繼由體細胞克隆誕生。

但是體細胞克隆制造的成功率還很低，除了流產、死產外，由于臟器或組織異常，剛生下來就死去的也不少。日本京都大學今井教授說：“現在即使在世界頂級的實驗室，克隆牛的成功率也就在10%~15%之間，而克隆豬是5%左右，克隆鼠是1%左右”。而且這個數字顯示的是移植到子宮的克隆胚胎數對平安誕生的個體數之比，如果把核移植到制造克隆囊胚的階段考慮在內，成功率會進一步降低。因為經核移植的個體并不是都能成長到胚泡期。多莉是277例試驗的核移植中唯一成功的例子，成功率低于0.4%。

成功率低的原因是，制造的克隆胚胎幾乎都發生某種形式的異常。盡管不同種類的克隆動物在妊娠、生育過程中出現的形態異常多種多樣，它們也會有共同的異常，例如“胚胎的肥大”以及出生時就已經睜開眼睛的開眼異常。

胚盤是由著床在子宮的囊胚腔的外側部分的細胞群（營養外胚葉）長成的，扮演了與母體的氧氣交換或養分的交接等重要作用的器官。在那里因某些問題發生肥大，但這對胎兒的發育產生多大影響，現在還不清楚。

其次，共同發生的異常是“胎兒的過大化”。以牛為例，通常胎兒出生時應該是25千克左右，但是克隆牛出生時卻超過了40千克。今井教授指出“這是非常危險的異常，因為這導致克隆動物無法自然分娩，通常要剖腹產子。另外，克隆動物的臍帶比正常的粗而短，所以在出生后割斷臍帶時，會有母子因出血過多而死去。”

即使活了下來，50%左右的克隆牛也會在出生后1周前后死去。幸存的也由于肺的發育尚未成熟，不能很好過渡到肺呼吸（呼吸不全），或由于主司免疫機能的胸腺不足，很容易患傳染病。

克隆動物異常的原因

關于克隆動物發生異常的原因，東京農大應用生物學系的河野教授做了如下說明。首先是染色體或基因水平的異常。例如老鼠有20條（40對）染色體，但是在克隆囊胚中會有幾條發生缺失這樣重大的變異。出現這樣的情況，被移植的細胞分裂2~3次（2~4細胞期）就會死亡。另外部分堿基排列替換為別的堿基，或插入新的、或者缺失那樣的變異，都會引起克隆囊胚的異常。學界早就預料到這些異常的發生，但是到了近年才獲得了全新的認識。那就是加在基因的堿基排列上的化學的修飾（基因修飾）的異常。基因修飾意味著什么呢，我們從受精的情形加以說明。

哺乳動物受精時從精子（父）與卵子（母）各繼承了一個同樣的基因，通常兩個基因都會顯現作用。但是在顯現作用的過程中，其中一個會受到抑制，僅另一個的機制顯現作用。奏效的那個基因會調節所制造的蛋白質的量。

在結構上，由于甲基（—CH3）粘在一方基因的堿荃排列上，顯現那個基因的開關被控制在“中斷”的狀態。這種帶甲基的基因標志被稱為“印記基因”，是基因修飾的一種。在受精過程中印記基因起著非常重要的作用。迄今為止，在老鼠身上識別的印記基因約有70個。

印記基因的存在，表明哺乳動物是通過雙親的基因相互補充，才使個體順利地發生。在老鼠實驗中，如果僅由父親基因制作的胚（精核發生胚）或僅由母親基因制作的胚（卵核發生胚），在妊娠10天左右都會死亡。

這是因為兩者基因表達的開關都打在通或斷，發生所必需的蛋白質完全沒有制造或是過分制造所致。即如果來自父親和母親的基因組沒能融合在一起，就會造成不能很好發生的結構。

通常精子和卵子受精后，會依次啟動被印記在基因組上的程序構造身體。沿著這個程序，在體細胞的核上對印記基因或其他基因施行甲基化等修飾（外傳的基因修飾）。如果這樣，體細胞就能夠扮演神經和肌肉等各個特定的角色。

所以沒有受精程序的克隆技術，將移植到卵子的體細胞核的程序返回到還未擔負角色前的各種細胞具有的狀態，即有必要獲得全能性，此過程被稱為“再編程”。但是幾乎所有克隆胚的再編程好像都沒有合適地進行。

河野教授解釋說：“實際在克隆鼠身上發生廣泛的基因修飾的異常。因為在修飾起重要作用的印記基因等的表達變得不正常，才導致各種形態的異常。但是到底那個基因異常對應哪種異常還不清楚。”

專家認為，能夠平安出生的極少數克隆動物，可說是“再編程”碰巧完成的結果。但這是否是完美無缺的“再編程”，何以有那樣順利的“再編程”都不清楚。

異常不會傳給后代

1998年4月多莉通過自然交配、妊娠，生下了第一個孩子“波尼”，其后多莉又先后生育了3個，證明克隆動物也有生殖能力。

堿基排列上發生的堿基置換等異常肯定，傳給子孫，但克隆的基因修飾的異常并不傳給子孫。河野教授說：“這是因為在制造生殖細胞最初的階段，帶甲基的標志一下子被去掉了，成為精子、卵子時又被重新進行正常標記的緣故。”

所以由克隆動物生出的后代未見異常。波尼是正常的，克隆鼠的后代也未見異常，這一事實已在河野的實驗室得到確證。這些事實將成為證明克隆的異常起因于基因修飾異常的重要證據之一。

克隆動物何以早衰、短命呢？

多莉在死亡約1年前，被發現患有老年羊常見的關節炎癥。由于當時多莉剛5歲半，還年輕，所以研究人員懷疑這是克隆技術帶來的基因異常所導致的。

如人類的皮膚那樣每天都進行新陳代謝，其組織細胞常由新生的替代。但是一般細胞的分裂次數是有限的，在反復分裂的過程中，細胞的老化就會加劇。

染色體的末端部分有稱為“端粒”的結構，它扮演著減數計數細胞分裂的時鐘作用。端粒是由6個堿基構成的排列反復出現幾千次組成的結構。當反復分裂的次數達到50~60次時，細胞就不再分裂。

研究出生不久的多莉細胞的端粒，發現其比同齡羊的短20%左右。這個恰恰相當于提供體細胞的雌羊的年齡（6歲）。那么克隆動物是否在遺傳上就注定會壽命短，過于早衰而死亡呢？

關于克隆動物的端粒長度有若干研究報告，有報告稱克隆牛既有像多莉那樣短的情況，也有像正常受精出生的個體一樣長的情況。不可思議的是，也有報告稱有比受精個體更長的情況。今井教授說：“因為個體的壽命受生理上的因素影響很大，所以不一定僅限制于連接端粒的長度。關于克隆動物的壽命有長短不同的各種報告，不能一概斷言它們都短命。”

寄予克隆技術的夢

眾所周知，制造克隆人，不僅涉及“褻瀆人類尊嚴”這樣倫理上的問題，而且從科學技術上看，還有堆積如山的未解決的課題，所以許多人對此持反對意見。

但是克隆技術在畜產和醫療領域卻有很大的發展空間。它使得像質鮮味美的高產牛這樣高品質的食用家畜的大量生產成為可能；如果該項技術與基因重組技術結合，就可以建立在家畜體內生產藥用物質的“動物工廠”；通過重組人的基因抑制排異反應，用作臟器移植的克隆豬研究也在進行中。

因為克隆技術的誕生，“再生醫療”正備受期待。所謂的“再生醫療”，就是從自己的克隆胚制造因疾病損壞的身體部分，將它移植到患處進行治療的方法。此外滅絕動物的再生或許也會成為可能。

顯然要實現這些夢想，就有必要查明克隆異常的原因。克隆技術能否造福人類，人們拭目以待。