我國轉基因豬的研究進展

潘登科

（中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193）

多少年來，育種學家夢寐以求可以按照我們的需求定向地培育人們需要的品種，但是這太難了，一個新品種的培育通常要10年甚至更長的時間。傳統育種，本質上是利用天然的有性生殖過程把有用的基因從一個品種轉到另一個品種，但轉移過程是隨機的，把有用的基因轉移了，同時也可能把不好的基因轉過去了，那就再通過不斷地選育來獲得所需的育種材料。隨著現代分子生物學技術和繁殖技術的發展，轉基因育種已成為短時間培育品種的新選擇。轉基因技術就是在實驗室操縱基因，把需要的基因搬到需要改良的品種中去，轉基因育種只是增加或者改造了一個我們需要的性狀，這是傳統育種辦不到的。

轉基因豬的制備就是將目的基因首先整合到生殖細胞或體細胞，然后通過原核注射法、精子載體法和體細胞核移植法獲得轉基因胚胎，最后胚胎移植到同期發情的受體母豬體內發育，出生的仔豬通過分子生物學鑒定是否為轉基因豬。目前，轉基因豬的研究主要是改變豬在生長、抗病和肉品質等性狀，人類疾病的動物模型或者使豬的組織器官能夠成為人類器官的替代品。轉基因豬已成為農業和醫學研究及開發的重要領域，并逐漸發展成為很有商業前景的高新技術產業。

原核注射法和精子載體法制備轉基因豬因整合效率低和遺傳不穩定等缺點，目前很少使用。1997年首例體細胞克隆羊“多莉”獲得成功以后，體細胞克隆技術在轉基因家畜的制備上成為一種有效的方式，轉基因家畜在生物反應器、異種器官移植和提高動物生產性能等方面得到了廣泛的應用。轉基因體細胞克隆技術在體細胞水平進行轉基因，從理論上講，轉基因成功率100%，目前已成為制備轉基因豬的主要方式。

我國大規模制備轉基因豬是在2005年體細胞克隆豬獲得成功之后，中國農業大學李寧院士團隊獲得了我國首例體細胞克隆豬和轉溶菌酶克隆豬，開創了我國轉基因豬育種的序幕。轉基因體細胞克隆技術的出現和日趨成熟為培育轉基因豬新品種提供了技術支撐，2005年以來，我國在轉基因克隆豬方面取得了引人矚目的進展，先后獲得了富含Omega(ω)-3脂肪酸的轉基因克隆豬、抗豬瘟的轉基因豬、敲除肌肉生長抑制素的雙肌豬、轉植酸酶的減磷環保豬等。由于豬在解剖、組織、生理和營養代謝等方面與人類非常相近。因此，我國科研人員將目光瞄準了轉基因異種器官移植豬和人類疾病模型豬的研究，2010年成功獲得了人類亨廷頓舞蹈癥的轉基因豬模型和抗超急性免疫排斥反應的基因敲除豬。

目前國際上僅有美國、日本、德國、中國等少數幾個國家掌握轉基因克隆豬技術，我國在轉基因豬的應用上已處于國際領先水平，轉基因豬的研究效果比較顯著的進展主要集中在以下3個方面。

1 通過轉基因技術提高豬肉品質，培育優質豬新品種

ω-3和ω-6多不飽和脂肪酸人體不能自然合成，只能通過食物攝取，人類最早食用的基本都是野生植物和散養動物，食物中的ω-3和ω-6有著嚴格的比例（1∶1～1∶5），而且基本保持平衡。進入工業化時代后，人類大量食用加工和養殖食品，造成體內所含的ω-6越來越多，ω-3越來越少，比例嚴重失調。目前美國等發達國家里，人體體內的ω-6和ω-3比例可能達到30比1。而目前中國正面臨轉型階段，這個階段正是各種慢性病的高發時期。據有關方面的統計，中國糖尿病患者4 000萬，體重超重者超過2億人，肥胖人數多達6 000萬，中國有可能成為世界第二大糖尿病國家。

長鏈的多不飽和脂肪酸的營養學重要性及其在人體發育和多種疾病的預防作用已經確立，特別是ω-3多不飽和脂肪酸對心血管疾病和與代謝綜合癥有關的疾病的預防、治療作用更是受到重視。在當前深海魚油仍然是ω-3的主要來源(事實上該來源正在不斷地下降)，通過轉基因方式對豬種質進行改良，可以在豬肉中提供自然界中分布極為稀少和生理上具有重要意義的ω-3 ,可持續地滿足對其不斷上升地需求。在提供重要營養物質地同時，也提升了豬肉的嫩度和風味。2006年美國制備出了轉ω-3 脂肪酸去飽和酶基因Fat-1克隆豬，這種克隆豬體內各種ω-3不飽和脂肪酸含量較普通豬有大幅度地提升，提高了5倍以上。此類肉食可降低人類心血管病等疾病，對提高免疫力有著積極的作用。因此，獲得的魚油豬是世界上第1種真正值得去進行市場開發的轉基因大動物食品。

2008年，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所等單位成功獲得了富含–-3不飽和脂肪酸轉基因豬（圖1）。通過轉sfat1基因生產的克隆豬將ω-6 轉換為ω-3 多不飽和脂肪酸，該轉基因豬與普通豬相比，在肌肉和脂肪中不飽和脂肪酸(EPA和DHA)的含量提高13倍以上，該基因具有我國自主知識產權，為我國優質豬的培育提供了良好的育種材料。

圖1 富含ω-3多不飽和脂肪酸的克隆豬

若運用轉基因技術進行育種，豬肉將成為有益于心臟的美食，高血壓和糖尿病患者將可以放心的攝取這些美食，這對人們的健康有著革命性的意義。雖然轉基因食品還面臨著一些質疑，安全評價還有很長的路要走，但這畢竟是一項有利于全人類的研究成果，最終一定會得到世界的認可。

2 利用轉基因豬生產人體器官，為人體器官移植提供供體

當前，全球等待器官移植的患者越來越多而能夠捐獻器官的人卻非常有限，遠遠無法滿足醫療上的需要。鑒于豬的器官無論是在體積上還是在功能上都和人的比較接近，人們希望能利用豬來提供人所需要的各種器官，開展異種器官移植。然而，豬的基因組上有表達α-1,3半乳糖苷轉移酶(Gal)這種人和靈長類動物所缺少的基因，這樣，一旦移植，將導致超急性排斥（HAR）。

2003年Phelps等利用同源重組技術獲得了世界上第1頭雙敲除alpha-1,3-Gal（GGTA1）基因的轉基因克隆豬，開啟了利用體細胞基因打靶技術生產異種器官移植供體的先例。此后，日本和澳大利亞等國的幾個科研小組也相繼獲得了敲除GGTA1基因的轉基因克隆豬。將敲除GGTA1基因的豬心臟和腎臟分別移植到免疫抑制的狒狒體內，移植后的異種器官可以在狒狒體內正常存活2～6個月，最長的個體生存期長達179 d。

2010年，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所潘登科領導的科研團隊成功研制出敲除–-1, 3半乳糖苷轉移酶基因（GGTA1）單敲除的近交系五指山小型豬（圖2），為我國創建器官移植豬邁出了關鍵的一步。此次獲得的基因敲除豬使用的是我國培育的實驗用近交系五指山小型豬，小型豬在解剖、生理結構、代謝機制、器官發育等多方面與人更為相近。近交系豬具有基因高度純合、遺傳穩定、表型均一和遺傳背景清楚等優點，適宜人源化基因豬改造，便于異種器官移植臨床前試驗研究。

利用轉基因技術，可以利用豬制備人體的各器官和組織，如心臟、肝臟、肺、腎臟、骨骼、筋腱、韌帶、皮膚、角膜、小腸和胰島細胞等，如此可以為人類不斷地提供異體器官移植的供體器官。

3 建立人類疾病的轉基因豬動物模型，揭示人類疾病的發病過程、機理及探索治療途徑

豬的心血管系統、消化系統、皮膚、營養需要、骨骼發育以及礦物質代謝等都與人的情況極其相似，豬的內臟器官及其功能也與人的器官類似，例如脈搏，在靜止狀態下，人的脈搏每分鐘60～90次，豬的脈搏為65～80次。豬的動脈循環系統幾乎是人的動脈循環系統的復制品。另外，其繁殖周期短、生產力高，窩產仔多。因此，豬就被認為是開展人類醫學臨床前試驗的最佳模型，如豬可以作為皮膚燒傷、腫瘤、免疫學、糖尿病等代謝性疾病的醫學研究的動物模型。

圖2 敲除GGTA1基因的近交系五指山小型豬

圖3 人類亨廷頓舞蹈癥的轉基因豬模型

2010年，中科院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學領導的科研團隊成功獲得了人類亨廷頓舞蹈癥的轉基因豬模型（圖3），并首次在轉基因豬大腦中發現與人類亨廷頓舞蹈癥患者腦中類似的神經細胞凋亡現象。2011年，賴良學研究組成功敲除了豬內源性PPARγ基因，在世界上首次建立了對糖尿病和心血管并發癥的研究有重要應用價值的PPARγ基因敲除豬模型(圖4)。

圖4 敲除了豬內源性PPARγ基因豬

4 結語

轉基因豬的研究在短短幾年的時間內，已取得很大成就，目前仍處于發展階段，能夠獲得的轉基因豬數量少，還存在這樣那樣的問題。抗病育種的轉基因豬如抗口蹄疫、抗藍耳病豬已經獲得，但還需要較長時間去驗證。總之，轉基因豬的研究是一項復雜的系統工程，前途無量，隨著時間的推移和科學技術的發展，轉基因豬研究將惠及養豬生產，尤其在抗病育種方面為人類帶來更大的利益。