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中国造!继克隆猴之后的又一里程碑:世界首例“舞蹈猪”诞生,成功敲入神经疾病基因

2018-04-09 09:26 生物学 基因 亨廷顿舞蹈症

原标题:中国造!继克隆猴之后的又一里程碑:世界首例“舞蹈猪”诞生,成功敲入神经疾病基因

人们常常将动物比作是人类忠实的朋友,它们可以在人们孤独时给予陪伴,开心时分享快乐,但与猫、狗相比,大多数人都忽略了一位勤恳朴素的老朋友—猪。

提到猪,很容易联想到肥头大耳、憨态可掬,常常被用来博人一笑。的确,它并没有出众的外形,也没有喜人的性格,但却用一种默默付出的方式陪伴着人类的衣与食。

图 | 亨廷顿舞蹈症基因敲入猪的研究团队

但你也许并没有想到,老朋友的贡献并不止这些,而今,数位华人科学家共同努力4载,通过基因编辑及体细胞核移植技术,成功培育了亨廷顿舞蹈症(Huntington's disease,HD)基因敲入猪,并可以精准地模拟出人类神经退行性疾病。这也是世界首例神经疾病基因敲入猪意味着我国在继世界首个体细胞克隆猴成功之后,在大动物模型领域的又一重大突破。

亨廷顿舞蹈症基因敲入猪的诞生,可以帮助研究者更深入的了解人类神经退行性疾病的机制,并为未来药物的筛选提供良好的动物试验基础。该项研究由暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院、美国埃默里大学(Emory University)以及中国科学院广州生物院共同参与,由李晓江教授、李世华教授、赖良学研究员共同指导,于3月29日发表在Cell杂志上。

被诅咒的“舞蹈”

人类的脑部有无数个勤勤恳恳的神经元保障着人类的思维和行动,他们形形色色,分工不同,有的控制行为,有的处理感觉信息,而有的做出决策。但很遗憾,这些神经细胞一般不会再生,且一旦损害便不可逆转。

神经退行性疾病(Neurodegenerative Disease),又称神经退化性疾病,是由神经元或其髓鞘的丧失导致,常见的神经退行性疾病包括:阿尔兹海默症(Alzheimer's disease, AD)、肌萎缩性脊髓侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS,即渐冻症)、帕金森氏症(Parkinson's disease,PD)、亨廷顿舞蹈症等。

随着老龄化加剧,世界范围内神经退行性疾病都表现出节节攀升的趋势,目前世界上约有4700万人饱受这类疾病的折磨,到2050年,每3秒将会有一位新的病人出现。由于这类疾病通常表现为渐进式的、不可逆的,虽然死亡率并不高,但这种可预判式的恶化常常给患者及家属带来巨大的和痛苦。

而本项研究所希望模拟的疾病就是亨廷顿舞蹈症。亨廷顿舞蹈症是一种罕见的常染色体显性突变遗传病,大多数情况由父母遗传,只有10%左右由新基因突变导致。发生突变的基因名叫Huntingtin(HTT,亨廷顿),编码亨廷顿蛋白。发生突变的基因在其第一个外显子区域多次出现重复的CAG三联密码子,当错误的基因转录表达,就会产生变异的蛋白,并累积在细胞中进而影响细胞功能。

此病的名字虽然好听,但病人其实非常痛苦。亨廷顿舞蹈症早期表现为情绪或精神方面的不稳定,随着时间的进展,运动的不协调变得更加明显,心智也会随之衰退,典型症状为舞蹈样不自主运动、吞咽困难、构音障碍。亨廷顿舞蹈症目前无法治愈,在病程进展至末期时,患者需要全时间的照顾。

图 | 关爱亨廷顿舞蹈症患者

根据不同遗传情况(不同家庭基因突变拷贝数不同),患者一般在30-50岁发病,发病后存活期约为15-20年。由于发病时间晚以及公众对这种疾病的了解度不够,很大程度延误了疾病的治疗。

“舞蹈”本应是人类表达喜悦与欢愉的行为语言,而在亨廷顿舞蹈症患者的身上却仿佛一副写在生命里的枷锁,使他们无法反抗,像提线木偶一样任疾病摆布。

因为是常染色体显性遗传,只要父母一方患病,后代便有50%的可能遗传疾病。就像是魔鬼掷下的一枚硬币,能怎样,似乎只能看命运的选择,对那些患者来说,很不幸,这场“赌”,他们输了。

一波三折之后,求助“二师兄”

但研究者们从未停止过研究各种办法来帮助患者扭转命运。

2017年6月,同样是李晓江教授带领团队在Journal of Clinical Investigation发表研究成果,他们通过CRISPR/Cas9技术对9个月大的亨廷顿舞蹈症模式小鼠的突变基因进行编辑。几周后,小鼠大脑中接受过病毒载体注射的地方,突变蛋白聚集物几乎消失了,同时这些小鼠的运动能力也得到明显改善。

图 | 研究者们与“舞蹈猪”

但小鼠并非是一种理想的实验动物模型,尽管亨廷顿舞蹈症模式小鼠表现有突变HTT蛋白的累积,但却缺乏明显的条状神经退化,而这正是亨廷顿舞蹈症的重要病理标志。与之类似,作为阿尔兹海默症和帕金森症的模式生物,小鼠同样表现的不尽如人意。

相比于啮齿类动物,哺乳动物模型自然应该是更好的选择,科学家们将目光投向了人类的近亲—— 猴子。早在2008年。李晓江团队就尝试过将外源突变基因转入猕猴体内,获得转基因亨廷顿舞蹈症猴模型,但由于外源性基因片段毒性太强,转基因猴在较短时间内死亡,无法产生后代,因而并不具有实用意义。

“大师兄”没帮上忙,科学家们将目光投向了“二师兄”。

相比与猕猴,猪的性成熟早,繁殖周期短,一窝多崽,能有效帮助科研者减少时间及资金成本。不仅如此,猪的生理构造及解剖特征也与人有极高的相似性,因而被公认为是理想的大动物模型。

2010年,该团队首次在猪体内表达突变的HTT,但与转基因猴一样,并没有存活,因而希望使用成年动物进行试验的方法无法行通。

2013年,随着基因编辑技术的兴起,研究者们又开始了新一轮的尝试,他们通过CRISPR/Cas9技术,用一长段含有150个CAG的重复序列替换掉猪成纤维细胞的内源HTT基因中,随后通过体细胞核移植技术,获得亨廷顿舞蹈症基因敲入猪模型,分别为F0代6只,F1代15只,F2代10只。

研究人员对这些基因敲入猪进行了观察,他们发现,这些小猪在出生后前四个月并没有表现出明显症状,但随着年龄增长,小猪们逐渐表现出了与“舞蹈”症一致的特征,例如皮肤松弛下垂、体重下降、步态异常、呼吸困难等。

不仅如此,基因敲入猪模型表现出和人类相似的大脑条状神经细胞死亡的病理特征,这些病理及行为学表型都可稳定地遗传给后代。也就是亨廷顿猪模型可以精确模拟人类亨廷顿病的行为和病理学特征。

“舞蹈猪”成功了!

图丨HD基因敲入猪的症状

这意味着研究者们可以通过猪模型对亨廷顿舞蹈症的整个发展过程及机制进行更为深入细致的研究,同时也为药物的筛选实验提供了更好的动物模型。不仅如此,更多的神经退行性疾病可以以此为思路,建立更为精准的大动物模型

我们的研究填补了科研上的一个重大的空缺,”研究的指导者之一,来自埃默里大学的李世华教授说到,之后他们很可能将开展基于猪模型的亨廷顿舞蹈症治疗实验。

研究还在继续,也许看起来前进的也只有一点点,但这身后却已饱含研究者的不懈努力,和无数实验动物的牺牲。对待疾病,研究者、医者从来都不曾放弃,所以,如果不幸成为那50%,也请不要放弃。

-End-

参考:

http://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(18)30285-X.pdf

https://www.jci.org/articles/view/92087

(来源:搜狐科技-科学)

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