節律紊亂克隆猴寶寶。中科院神經所供圖
還記得去年萌翻了全世界的世界首批體細胞克隆猴「中中」和「華華」嗎？最近，兩個姐妹有了五個「小兄弟」。
不過，跟它們的「姐姐」不同，這五隻小克隆猴身上所肩負的使命要更加特殊一些，它們將為揭開人類健康的未解之謎作出貢獻。
1月24日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心研究團隊在我國頂級綜合英文期刊《國家科學評論》在線發表了《BMAL1敲除獼猴表現出睡眠紊亂與精神相關異常》和《利用體細胞核移植技術克隆基因敲除猴模型》兩篇論文，首次披露了世界首例生物節律紊亂的體細胞克隆猴模型。
失眠是一種病
雄雞報曉，向日葵清晨開放……自然界中的大部分生物，從簡單的單細胞生物，到複雜的哺乳動物，都擁有按時間節奏調節自身活動的本領，稱之為生物節律。
生物節律對生物體維持健康的生理狀態至關重要。生物節律紊亂與睡眠障礙，阿爾茨海默病等神經退行性疾病、抑鬱症等精神類疾病、糖尿病、腫瘤、以及心血管等疾病密切相關。
現代生活讓人的作息時間很難遵循體內的生物鐘，加班、出差，甚至玩手機，讓越來越多的人面臨著生物鐘紊亂的困擾，這使得對生物節律的研究顯得更加緊迫而重要。
可在實驗室里，這件事的進展卻並不順利。傳統研究使用的動物模型主要是小鼠、果蠅等動物。但這些傳統模型有着很大的缺陷，它們與人類的晝夜活動周期、腦結構和代謝速率等存在明顯差異。
中科院院士、中科院神經所所長蒲慕明認為，這也是當前腦疾病藥物研發進展緩慢、失敗率始終居高不下的重要原因。「現在臨床前藥物檢測所用的動物實驗模型都是小白鼠，但是小白鼠跟人差異巨大，對小白鼠有效的葯，對人往往沒用。」
因此，人們開始寄希望於跟人類最為接近的非人靈長類動物，獼猴等大型動物，開始進入科學家的視野。
一代「失眠」猴
在中科院戰略性先導科技專項（B類）「腦認知與類腦前沿研究」等項目的支持下，中科院神經所研究員張洪鈞與研究員孫強、劉真等合作，首次利用CRISPR/Cas9方法，敲除了猴胚胎中的生物節律核心基因BMAL1，在2016年中旬產生了一批BMAL1缺失的獼猴。
「半年後小猴斷奶，我們就從多個方面開始觀察它們的生物節律。」中科院神經所研究實習員仇佩緣說，他們給小猴子戴上了「小米手環」，隨時監測它們的晝夜活動情況。
結果發現，這些小猴子不再按照24小時的周期活動，在夜間活動明顯增多，這說明它們可能出現了失眠問題。
隨後，研究人員通過手術，在猴子背部皮下埋入了記錄腦電和肌電的設備，分析其睡眠周期發現，敲除猴的淺睡眠和熟睡期都明顯減少。
在另一方面，通過血液樣本的測定，研究人員進一步發現，小猴子體內幫助進入睡眠的褪黑素分泌較少。而血液分析也表明，敲除猴大多數節律基因表達異常，與炎症、睡眠障礙、抑鬱等相關的基因表達水平也顯著上調。
「從這些小猴子的行為上看，這些獼猴不但晝夜活動紊亂、睡眠障礙，還表現出類似焦慮和精神分裂症的癥狀。」張洪鈞說。
他們發現，當把普通小猴放到一個新的環境時，它們會表現得很好奇，很興奮，會到處蹦蹦跳跳地探索；但敲除猴卻看上去很「擔憂」，一直蜷縮在一個角落裡，看到有飼養員過來，也抱着頭躲閃，一幅很緊張的樣子。張洪鈞認為，這是很明顯的抑鬱和焦慮的表現。
然而，是不是敲除掉跟節律相關的基因就大功告成了呢？科學家發現，事情遠遠沒有那麼簡單。
失眠「五兄弟」
孫強表示，使用基因編輯技術獲得的基因敲除猴並不「完美」。這是由於這些猴子不光遺傳背景不一樣，還屬於「嵌合體」，也就是體內不同細胞的基因型有差異，它們表現出上述癥狀的嚴重程度並不一致，因此不能算是理想的動物模型。
為此，中科院腦科學卓越中心研究團隊採集了一隻睡眠紊亂癥狀最明顯的BMAL1敲除獼猴的體細胞，試圖通過此前掌握的體細胞克隆技術，來做出基因敲除克隆猴。
儘管此前已經有了克隆「中中」「華華」的成功經驗，但科研人員仍然擔心此次實驗能否成功。
「『中中』和『華華』使用的胎猴體細胞來自於尚未出生的小猴，細胞『年輕』，活力也強。但就是這樣，克隆的成功率還不到1%。」中科院神經所研究員劉真坦言，基因編輯猴所用的細胞要「老」得多，加上基因編輯技術本身就會對細胞的DNA造成一些損傷，他們一直擔心，經過這麼一番「折騰」，克隆的成功率會再度下降。
「克隆猴成本高昂，如果由此製造基因編輯猴的成功率太低，很可能就會因為成本問題而讓這項技術長期停留在紙面上。」他說。
但結果讓他們鬆了一口氣。研究人員獲得了5隻BMAL1基因敲除的克隆猴，從而在國際上首次成功構建了一批遺傳背景一致的生物節律紊亂獼猴模型，並且成功率與「中中」和「華華」克隆實驗相當。
上述成果被國際同行評價稱：「這項研究首次證實通過體細胞核移植技術可以克隆成年基因修飾猴。這為（在短期內）生產一批無嵌合體的基因修飾猴提供了一個完美的解決方案。這樣的克隆猴（模型）對人類疾病研究有重要價值……」
蒲慕明認為，這一成果表明，中國正式開啟了批量化、標準化創建疾病克隆猴模型的新時代，為腦認知功能研究、重大疾病早期診斷與干預、藥物研發等提供新型高效的動物模型。「相信這一成果的應用會有助於縮短藥物研發周期，提高藥物研發成功率，促進生命科學和醫學的發展，加快我國新葯創製與研發的進程。」
來源：網易科技
