“拔毛變猴”不是夢

沈羨云

看過《西游記》的人，一定不會忘記孫悟空“拔毛變猴”的特異本領。《西游記》中，孫悟空在與妖魔鬼怪對陣時，常常從身上拔下一根毫毛，吹口氣，隨即變出上百只一模一樣的小孫悟空。現在，這個看似遙不可及的神話正在成為現實—2017年11月27日，世界上首個體細胞克隆猴“中中”在我國誕生；同年12月5日，第二個體細胞克隆猴“華華”又“橫空出世”。2018年1月25日，它們的故事登上國際權威學術期刊《細胞》封面，這意味著中國科學家成功突破了現有技術無法克隆靈長類動物的世界難題。現在，這兩只時而吐著舌頭，時而吮吸著手指賣萌、翻滾、玩耍的克隆小猴正生活在中國科學院神經科學研究所內，它們被小心看護著，享受著國寶級的待遇。

神奇的體細胞克隆技術

“中中”和“華華”之所以出名，因為它們是采用體細胞克隆技術生產的小寶寶，所以本文首先介紹一下什么是體細胞克隆技術。

體細胞是一個相對于生殖細胞的概念。它是一類細胞，這類細胞的特點是：遺傳信息不會像生殖細胞那樣遺傳給下一代。高等生物的細胞除了精子和卵細胞以及它們的母細胞之外，差不多都是體細胞。體細胞遺傳信息的改變不會對下一代產生影響。

體細胞是執行特殊功能的，比如紅細胞是執行運送氧氣功能的，免疫細胞是執行免疫防御功能的，它們都不具有發育的特性。但是，有部分體細胞可以在體外進行培養，實現無限增殖，進而得到無數的體細胞。體細胞克隆技術用的就是這種細胞。

1997年，首個體細胞克隆動物“多莉”羊出生；隨后，利用體細胞克隆技術不僅誕生出包括馬、牛、羊、豬和駱駝等在內的大型家畜，還誕生了包括小鼠、大鼠、兔、貓和狗在內的多種實驗動物。但是，與人類最為相近的非人靈長類動物的體細胞克隆是個難題，一直沒有攻克。

讓我們看看“多莉”的出生過程吧：從芬蘭多塞特母綿羊的乳腺中取出乳腺細胞，將其放入低濃度的營養培養液中，細胞逐漸停止了分裂，此細胞稱之為供體細胞；給一頭蘇格蘭黑面母綿羊注射促性腺素，促使它排卵，取出未受精的卵細胞，并立即將其細胞核除去，留下一個無核的卵細胞，此細胞稱之為受體細胞；利用電脈沖的方法，使供體細胞和受體細胞發生融合，最后形成了融合細胞；由于電脈沖還可以產生類似于自然受精過程中的一系列反應，使融合細胞也能像受精卵一樣進行細胞分裂、分化，從而形成胚胎細胞；將胚胎細胞轉移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內，胚胎細胞進一步分化和發育，最后形成一只小綿羊。出生的“多莉”小綿羊與多塞特母綿羊具有完全相同的外貌。

克隆猴為什么這樣難

“體細胞克隆”第一次露面是在21年前，英國科學家伊恩·威爾穆特成功克隆出體細胞羊“多莉”，打開了生命科學研究的一扇新窗戶。20多年過去，盡管一些國家的知名研究機構一直探索和嘗試，結果只是利用體細胞技術克隆出了牛、羊、豬、貓、狗等哺乳動物，一直沒有克隆與人類接近的靈長類動物。美國科學家舒克拉特·米塔利波夫在21世紀前10年嘗試克隆猴時，使用了15000多個猴卵，結果是胎死腹中，沒能成功克隆出一只猴子。最接近成功的一次實驗是在2010年，美國俄勒岡靈長類研究中心成功移植了克隆猴胚胎，但胚胎發育至81天時以流產告終。因此，國際上不少專家一度認為“靈長類動物的體細胞克隆”是不可能突破的。例如，2003年，美國學者曾在《科學》雜志發文預測，用現有技術克隆靈長類動物“行不通”。

為什么克隆猴這樣難？主要原因有兩個：⑴ 供體細胞核在受體卵母細胞中的不完全重編程導致胚胎發育率低；⑵ 非人靈長類動物胚胎操作技術尚不完善，加上受體的卵母細胞數量有限，使克隆猴的成活率很低。這兩方面因素疊加致使非人靈長類動物體細胞克隆屢屢失敗。

以中科院神經科學研究所研究員孫強、博士后劉真為主的團隊歷時5年，克服了種種困難，終于突破了這個生物學上的前沿難題。

與過去直接采用成年活體細胞的做法不同，中國團隊采用的是猴胎兒細胞的DNA與卵子相結合。具體而言，在研究中，對于融合細胞的細胞核來源，研究人員設計了兩組實驗，一組利用來自于流產產生的胎猴纖維組織母細胞，另一組是利用成年猴子的卵丘細胞。結果在第一組實驗中，21只代孕母猴中的6只成功懷孕，最終生下了2只健康的猴子，它們就是“中中”和“華華”。

在另一組研究中，42只代孕母猴中有22只成功懷孕，最后也有2只猴子出生，可惜的是，它們在短暫存活后死亡。實際上，來源細胞的年齡越大，越難進行克隆，而且克隆出的胚胎也越容易流產。

為了克服體細胞重編程過程中的很多表觀遺傳修飾障礙，需要對體細胞克隆技術進行優化。孫強小組能夠獲得成功，除了他們進行各種體細胞克隆技術的實驗和摸索外，也離不開科學家近年來對克隆胚胎重編程機制的研究。孫強團隊在克隆猴的過程中利用這些成果，大大優化了克隆方法，最終獲得成功。

在體細胞克隆技術的優化過程中，技術操作的嫻熟也是取得成功的另一個重要原因。操作技術越快，卵細胞受損越小，成功概率就越高。以胚胎操作為例，作為受體的卵母細胞，必須先把其細胞核“摘除”，才能容納“外來戶”（體細胞的細胞核）進來與它融合。但與其他動物不同的是，猴子的卵母細胞不透明，“去核”操作非常困難。為了能在“去核”過程中做到快速準確，減少對卵母細胞的損害，劉真博士苦練技術好幾年，最終嫻熟到平均10秒之內對卵母細胞進行細胞去核操作，在15秒之內將體細胞注入到卵母細胞當中，成為這個領域的“世界冠軍”。

重要意義

1.突破克隆猴世界性難題

從“多莉”羊出生后至今 20多年，各國科學家都在嘗試靈長類克隆，但是始終沒有成功，很多都是克隆動物在胚胎階段后期就死亡了。這次中國科學家不僅取得了成功，而且用的是體細胞克隆，技術含量要超過生殖細胞克隆。所以，這項技術是中國科學界實現的一個重大突破。

2.開啟以獼猴作為實驗動物模型的時代

克隆非人靈長類動物的唯一目的就是服務人類健康。體細胞克隆猴的成功，不僅在科學上證實了獼猴可以用體細胞來克隆，更重要的是，它可以使獼猴成為“真正有用”的動物模型，來幫助理解人的大腦，開發治療人類疾病的新療法。

眾所周知，在進行生物學、醫學、藥物研究時，最重要的是選用的動物模型。現在進行這些研究時，通常用的是小鼠模型。由于鼠與人的生理結構和功能相差太大，得出的結果也與人有很大差別，只能作為參考。例如，通過鼠模型篩選出來的藥物，在人體實驗時大多沒有效果或有副作用。這不僅造成時間、經費、人力上的巨大損失，也使人對實驗結果和藥物的療效持懷疑態度，必須后期經過實踐或人體實驗才能得出正確的結論。

靈長類動物與人類最為接近，是生理學、醫學、藥理學實驗最好的動物模型。以前自然繁殖時，需要等猴性成熟、交配、繁殖后才能得到實驗用猴，這個周期一般要5年之久；而且自然繁殖獲得的猴群，其個體基因千差萬別，而非像克隆猴一樣“整齊劃一”，每個實驗需要很多的猴，才能得出令人較滿意的結果。獼猴是很貴的動物，高昂的實驗經費，使大多數研究課題不得不用鼠做實驗，得出的是說服力不強的結果。

克隆猴的出生，開啟了以獼猴作為實驗動物模型的新時代。克隆猴的遺傳背景完全相同，這讓它們成為了非常完美的實驗動物和動物模型。也就是說，克隆猴提供了完美、統一的參照物，因為它們是一致的。當使用這些克隆猴作為實驗對象時，與自然繁殖的猴群相比，前者因為人為引入的干擾因素更少，得出的實驗結果更可靠。對于醫藥工業和人類疾病研究來說，這最大程度地減小了實驗誤差。體細胞克隆技術可以使神經科學、生殖健康、惡性腫瘤等很多疾病研究取得新突破。比如，利用腦疾病模型猴，可以為腦疾病的機理研究、干預、診治帶來前所未有的光明前景。

體細胞克隆猴可以讓人類快速獲得基因完全相同的猴群，包括在基因上特殊定制的猴群。克隆猴的遺傳背景完全相同，是非常完美的實驗動物模型，可以最大程度地減少實驗動物，減小實驗誤差，得出的實驗結果更可靠。例如，目前的帕金森病實驗一般需要幾百只猴子，如果用克隆猴，可能10只就夠了。

此外，基因編輯的克隆猴模型將為腦疾病、免疫缺陷、腫瘤和代謝紊亂等疾病研究和藥物、生理、物理治療新手段研發提供有效工具。基因型一致的克隆猴還能夠大力推進腦科學前沿基礎研究。這對于神經科學來說，是一個再好不過的消息。很多基因，比如導致阿爾茲海默病、帕金森病、孤獨癥的基因，在猴子身上體現的癥狀與人類是很相近的。有了靈長類克隆技術，我們就可以一段一段地編輯猴子基因，來確定哪些基因導致了這些癥狀，又如何修補這些基因以治療這些疾病。我們有理由相信，人類對疑難的腦疾病、代謝性疾病、腫瘤等將不再束手無策。

3.帶來一個完整的產業鏈獼猴是與人類最相近的、被科研倫理規范所允許的非人靈長類動物。中國獼猴、食蟹猴的存欄量目前約30萬只，每年大量養殖獼猴出口到海外。該團隊攻克的克隆技術有望催生一個新的產業鏈。

建立于1929年的美國杰克森實驗室，是全球最大的模式動物研發基地和銷售公司，為國際生物醫學界培養并出售7000多種基因編輯小鼠品系。當體細胞克隆猴技術成熟后，未來，我國也可建成以非人靈長類動物為模型的主要研發基地和產業鏈。鑒于靈長類動物研究的前景，上海市正在規劃建立國際靈長類動物研究中心，預計將在未來幾個月內正式公布。該中心將為全球科學家培育克隆動物。

4.克隆技術的突破還有望加強瀕危動物的保護

一些靈長類動物，例如金絲猴，是瀕危珍稀保護動物。掌握了克隆猴技術，我們只要能夠找到合適的母體接受金絲猴克隆胚胎，就可以為世界各地動物園提供來自中國的珍貴金絲猴。