克隆猴失眠了 中國加碼攻克腦疾病

研究人員獲得了5只BMAL1基因敲除的克隆猴，從而在國際上首次成功構(gòu)建了一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型。

還記得去年萌翻了全球的世界首批體細(xì)胞克隆猴“中中”和“華華”嗎？最近，兩個(gè)姐妹有了5個(gè)“小兄弟”。 不過，跟“姐姐”不同，這5只小克隆猴身上所肩負(fù)的使命要更加特殊一些，它們將為解開人類健康的未解之謎做出貢獻(xiàn)。

1月24日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心研究團(tuán)隊(duì)在我國頂級(jí)綜合英文期刊《國家科學(xué)評(píng)論》在線發(fā)表兩篇論文，首次披露了世界首例生物節(jié)律紊亂的體細(xì)胞克隆猴模型。

雄雞報(bào)曉，向日葵清晨開放……自然界中的大部分生物，從簡(jiǎn)單的單細(xì)胞生物到復(fù)雜的哺乳動(dòng)物，都擁有按時(shí)間節(jié)奏調(diào)節(jié)自身活動(dòng)的本領(lǐng)，稱之為生物節(jié)律。

生物節(jié)律對(duì)生物體維持健康的生理狀態(tài)至關(guān)重要。

生物節(jié)律紊亂與睡眠障礙、阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病，抑郁癥等精神類疾病，糖尿病，腫瘤，以及心血管疾病等密切相關(guān)。

現(xiàn)代生活讓人的作息時(shí)間很難遵循體內(nèi)的生物鐘，加班、出差，甚至玩手機(jī)，越來越多的人面臨著生物鐘紊亂的困擾，這使得對(duì)生物節(jié)律的研究顯得更加緊迫而重要。

可在實(shí)驗(yàn)室里，相關(guān)研究的進(jìn)展卻并不順利。傳統(tǒng)研究使用的動(dòng)物模型主要是小鼠、果蠅等動(dòng)物。但這些傳統(tǒng)模型有著很大的缺陷，它們與人類的晝夜活動(dòng)周期、腦結(jié)構(gòu)和代謝速率等存在明顯差異。

中科院神經(jīng)所所長蒲慕明認(rèn)為，這也是當(dāng)前腦疾病藥物研發(fā)進(jìn)展緩慢、失敗率始終居高不下的重要原因。“現(xiàn)在臨床前藥物檢測(cè)所用的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ投际切“资螅切“资蟾瞬町惥薮螅瑢?duì)小白鼠有效的藥，對(duì)人往往沒用。”

因此，人們開始寄希望于跟人類最為接近的非人靈長類動(dòng)物——獼猴等大型動(dòng)物開始進(jìn)入科學(xué)家的視野。

在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）“腦認(rèn)知與類腦前沿研究”等項(xiàng)目的支持下，中科院神經(jīng)所研究員張洪鈞、孫強(qiáng)、劉真等合作，首次利用CRISPR/Cas9方法，敲除了猴胚胎中的生物節(jié)律核心基因BMAL1，在2016年中期繁殖了一批BMAL1缺失的獼猴。半年后小猴斷奶，就開始觀察它們的生物節(jié)律。該所研究員們給小猴子戴上了“小米手環(huán)”，隨時(shí)監(jiān)測(cè)它們的晝夜活動(dòng)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些小猴子不再按照24小時(shí)的周期活動(dòng)，在夜間活動(dòng)明顯增多，這說明它們可能出現(xiàn)了失眠問題。

隨后，研究人員通過手術(shù)，在猴子背部皮下埋入了記錄腦電和肌電的設(shè)備，之后分析其睡眠周期發(fā)現(xiàn)，敲除猴的淺睡眠和熟睡期都明顯減少。

另一方面，通過血液樣本的測(cè)定，研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，小猴子體內(nèi)幫助進(jìn)入睡眠的褪黑素分泌較少。而血液分析也表明，敲除猴大多數(shù)節(jié)律基因表達(dá)異常，與炎癥、睡眠障礙、抑郁等相關(guān)的基因表達(dá)水平也顯著上調(diào)。

“從這些小猴子的行為上看，這些獼猴不但晝夜活動(dòng)紊亂、睡眠障礙，還表現(xiàn)出類似焦慮和精神分裂癥的癥狀。”張洪鈞說。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把普通小猴放到一個(gè)新的環(huán)境中時(shí)，它們會(huì)表現(xiàn)得很好奇、很興奮，會(huì)到處蹦蹦跳跳地探索;但敲除猴看上去卻很“擔(dān)憂”，一直蜷縮在一個(gè)角落里，看到有飼養(yǎng)員過來，便抱著頭躲閃，一副很緊張的樣子。

張洪鈞認(rèn)為，這是很明顯的抑郁和焦慮的表現(xiàn)。

然而，是不是敲除掉跟節(jié)律相關(guān)的基因就大功告成呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，事情遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有那么簡(jiǎn)單。

孫強(qiáng)表示，使用基因編輯技術(shù)獲得的基因敲除猴并不“完美”。

這是由于這些猴子不光遺傳背景不一樣，還屬于“嵌合體”，也就是體內(nèi)不同細(xì)胞的基因型有差異，它們表現(xiàn)出上述癥狀的嚴(yán)重程度并不一致，因此不能算是理想的動(dòng)物模型。為此，中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心研究團(tuán)隊(duì)采集了一只睡眠紊亂癥狀最明顯的BMAL1敲除獼猴的體細(xì)胞，試圖通過此前掌握的體細(xì)胞克隆技術(shù)，做出基因敲除克隆猴。

盡管此前已經(jīng)有了克隆“中中”“華華”的成功經(jīng)驗(yàn)，但科研人員仍然擔(dān)心此次實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒Α?/p>

“‘中中’和‘華華’使用的胎猴體細(xì)胞來自尚未出生的小猴，細(xì)胞‘年輕’，活力也強(qiáng)。但就是這樣，克隆的成功率還不到1%。”中科院神經(jīng)所研究員劉真坦言，基因編輯猴所用的細(xì)胞要“老”得多，加上基因編輯技術(shù)本身就會(huì)對(duì)細(xì)胞的DNA造成一些損傷，他們一直擔(dān)心，經(jīng)過這么一番“折騰”，克隆的成功率會(huì)再度下降。

但結(jié)果讓他們松了一口氣。研究人員獲得了5只BMAL1基因敲除的克隆猴，從而在國際上首次成功構(gòu)建了一批遺傳背景一致的生物節(jié)律紊亂獼猴模型。

上述成果被國際同行評(píng)價(jià)稱：“這項(xiàng)研究首次證實(shí)通過體細(xì)胞核移植技術(shù)可以克隆成年基因修飾猴。這為（在短期內(nèi)）生產(chǎn)一批無嵌合體的基因修飾猴提供了一個(gè)完美的解決方案。這樣的克隆猴（模型）對(duì)人類疾病研究有重要價(jià)值……”

蒲慕明認(rèn)為，這一成果表明，中國正式開啟了批量化、標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建疾病克隆猴模型的新時(shí)代，為腦認(rèn)知功能研究、重大疾病早期診斷與干預(yù)、藥物研發(fā)等提供了新型高效的動(dòng)物模型。“相信這一成果的應(yīng)用有助于縮短藥物研發(fā)周期，提高藥物研發(fā)成功率，促進(jìn)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)展，加快我國新藥創(chuàng)制與研發(fā)進(jìn)程。”