“拔毛變猴”不是夢

文/沈羨云

《西游記》中，孫悟空在與妖魔鬼怪對(duì)陣時(shí)，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(xiàn)在，這個(gè)看似遙不可及的神話正在成為現(xiàn)實(shí)——2017年11月27日，世界上首個(gè)體細(xì)胞克隆猴“中中”在我國誕生；同年12月5日，第二個(gè)體細(xì)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(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》封面，這意味著中國科學(xué)家成功突破了現(xiàn)有技術(shù)無法克隆靈長類動(dòng)物的世界難題?，F(xiàn)在，這兩只時(shí)而吐著舌頭，時(shí)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(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所內(nèi)，它們被小心看護(hù)著，享受著國寶級(jí)的待遇。

神奇的體細(xì)胞克隆技術(shù)

“中中”和“華華”之所以出名，因?yàn)樗鼈兪遣捎皿w細(xì)胞克隆技術(shù)生產(chǎn)的小寶寶，所以本文首先介紹一下什么是體細(xì)胞克隆技術(shù)。

體細(xì)胞是一個(gè)相對(duì)于生殖細(xì)胞的概念。它是一類細(xì)胞，這類細(xì)胞的特點(diǎn)是：遺傳信息不會(huì)像生殖細(xì)胞那樣遺傳給下一代。高等生物的細(xì)胞除了精子和卵細(xì)胞以及它們的母細(xì)胞之外，差不多都是體細(xì)胞。體細(xì)胞遺傳信息的改變不會(huì)對(duì)下一代產(chǎn)生影響。

體細(xì)胞是執(zhí)行特殊功能的，比如紅細(xì)胞是執(zhí)行運(yùn)送氧氣功能的，免疫細(xì)胞是執(zhí)行免疫防御功能的，它們都不具有發(fā)育的特性。但是，有部分體細(xì)胞可以在體外進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)無限增殖，進(jìn)而得到無數(shù)的體細(xì)胞。體細(xì)胞克隆技術(shù)用的就是這種細(xì)胞。

1997年，首個(gè)體細(xì)胞克隆動(dòng)物“多莉”羊出生；隨后，利用體細(xì)胞克隆技術(shù)不僅誕生出包括馬、牛、羊、豬和駱駝等在內(nèi)的大型家畜，還誕生了包括小鼠、大鼠、兔、貓和狗在內(nèi)的多種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。但是，與人類最為相近的非人靈長類動(dòng)物的體細(xì)胞克隆是個(gè)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(xì)胞，將其放入低濃度的營養(yǎng)培養(yǎng)液中，細(xì)胞逐漸停止了分裂，此細(xì)胞稱之為供體細(xì)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(xì)胞，并立即將其細(xì)胞核除去，留下一個(gè)無核的卵細(xì)胞，此細(xì)胞稱之為受體細(xì)胞；利用電脈沖的方法，使供體細(xì)胞和受體細(xì)胞發(fā)生融合，最后形成了融合細(xì)胞；由于電脈沖還可以產(chǎn)生類似于自然受精過程中的一系列反應(yīng)，使融合細(xì)胞也能像受精卵一樣進(jìn)行細(xì)胞分裂、分化，從而形成胚胎細(xì)胞；將胚胎細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊的子宮內(nèi)，胚胎細(xì)胞進(jìn)一步分化和發(fā)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

主要原因有兩個(gè)：其一，供體細(xì)胞核在受體卵母細(xì)胞中的不完全重編程導(dǎo)致胚胎發(fā)育率低；其二，非人靈長類動(dòng)物胚胎操作技術(shù)尚不完善，加上受體的卵母細(xì)胞數(shù)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(dòng)物體細(xì)胞克隆屢屢失敗。

以中科院神經(jīng)科學(xué)研究所研究員孫強(qiáng)、博士后劉真為主的團(tuán)隊(duì)歷時(shí)5年，克服了種種困難，終于突破了這個(gè)生物學(xué)上的前沿難題。

與過去直接采用成年活體細(xì)胞的做法不同，中國團(tuán)隊(duì)采用的是猴胎兒細(xì)胞的DNA與卵子相結(jié)合。具體而言，在研究中，對(duì)于融合細(xì)胞的細(xì)胞核來源，研究人員設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)，一組利用來自于流產(chǎn)產(chǎn)生的胎猴纖維組織母細(xì)胞，另一組是利用成年猴子的卵丘細(xì)胞。結(jié)果在第一組實(shí)驗(yàn)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(shí)際上，來源細(xì)胞的年齡越大，越難進(jìn)行克隆，而且克隆出的胚胎也越容易流產(chǎn)。

為了克服體細(xì)胞重編程過程中的很多表觀遺傳修飾障礙，需要對(duì)體細(xì)胞克隆技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。孫強(qiáng)小組能夠獲得成功，除了他們進(jìn)行各種體細(xì)胞克隆技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和摸索外，也離不開科學(xué)家近年來對(duì)克隆胚胎重編程機(jī)制的研究。孫強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在克隆猴的過程中利用這些成果，大大優(yōu)化了克隆方法，最終獲得成功。

在體細(xì)胞克隆技術(shù)的優(yōu)化過程中，技術(shù)操作的嫻熟也是取得成功的另一個(gè)重要原因。操作技術(shù)越快，卵細(xì)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(xì)胞，必須先把其細(xì)胞核“摘除”，才能容納“外來戶”(體細(xì)胞的細(xì)胞核)進(jìn)來與它融合。但與其他動(dòng)物不同的是，猴子的卵母細(xì)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(zhǔn)確，減少對(duì)卵母細(xì)胞的損害，劉真博士苦練技術(shù)好幾年，最終嫻熟到平均10秒之內(nèi)對(duì)卵母細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞去核操作，在15秒之內(nèi)將體細(xì)胞注入到卵母細(xì)胞當(dāng)中，成為這個(gè)領(lǐng)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(xué)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(dòng)物在胚胎階段后期就死亡了。這次中國科學(xué)家不僅取得了成功，而且用的是體細(xì)胞克隆，技術(shù)含量要超過生殖細(xì)胞克隆。所以，這項(xiàng)技術(shù)是中國科學(xué)界實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重大突破。

2.開啟以獼猴作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的時(shí)代

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

眾所周知，在進(jìn)行生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥物研究時(shí)，最重要的是選用的動(dòng)物模型。現(xiàn)在進(jìn)行這些研究時(shí)，通常用的是小鼠模型。由于鼠與人的生理結(jié)構(gòu)和功能相差太大，得出的結(jié)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(shí)驗(yàn)時(shí)大多沒有效果或有副作用。這不僅造成時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、人力上的巨大損失，也使人對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和藥物的療效持懷疑態(tài)度，必須后期經(jīng)過實(shí)踐或人體實(shí)驗(yàn)才能得出正確的結(jié)論。

克隆猴的出生，開啟了以獼猴作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的新時(shí)代?？寺『锏倪z傳背景完全相同，這讓它們成為了非常完美的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和動(dòng)物模型。也就是說，克隆猴提供了完美、統(tǒng)一的參照物，因?yàn)樗鼈兪且恢碌?。?dāng)使用這些克隆猴作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象時(shí)，與自然繁殖的猴群相比，前者因?yàn)槿藶橐氲母蓴_因素更少，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠。對(duì)于醫(yī)藥工業(yè)和人類疾病研究來說，這最大程度地減小了實(shí)驗(yàn)誤差。體細(xì)胞克隆技術(shù)可以使神經(jīng)科學(xué)、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(jī)理研究、干預(yù)、診治帶來前所未有的光明前景。

體細(xì)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?？寺『锏倪z傳背景完全相同，是非常完美的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，可以最大程度地減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，減小實(shí)驗(yàn)誤差，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠。例如，目前的帕金森病實(shí)驗(yàn)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(fā)提供有效工具。基因型一致的克隆猴還能夠大力推進(jìn)腦科學(xué)前沿基礎(chǔ)研究。這對(duì)于神經(jīng)科學(xué)來說，是一個(gè)再好不過的消息。很多基因，比如導(dǎo)致阿爾茲海默病、帕金森病、孤獨(dú)癥的基因，在猴子身上體現(xiàn)的癥狀與人類是很相近的。有了靈長類克隆技術(shù)，我們就可以一段一段地編輯猴子基因，來確定哪些基因?qū)е铝诉@些癥狀，又如何修補(bǔ)這些基因以治療這些疾病。我們有理由相信，人類對(duì)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(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈

獼猴是與人類最相近的、被科研倫理規(guī)范所允許的非人靈長類動(dòng)物。中國獼猴、食蟹猴的存欄量目前約30萬只，每年大量養(yǎng)殖獼猴出口到海外。該團(tuán)隊(duì)攻克的克隆技術(shù)有望催生一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)鏈。

建立于1929年的美國杰克森實(shí)驗(yàn)室，是全球最大的模式動(dòng)物研發(fā)基地和銷售公司，為國際生物醫(yī)學(xué)界培養(yǎng)并出售7000多種基因編輯小鼠品系。當(dāng)體細(xì)胞克隆猴技術(shù)成熟后，未來，我國也可建成以非人靈長類動(dòng)物為模型的主要研發(fā)基地和產(chǎn)業(yè)鏈。鑒于靈長類動(dòng)物研究的前景，上海市正在規(guī)劃建立國際靈長類動(dòng)物研究中心，預(yù)計(jì)將在未來幾個(gè)月內(nèi)正式公布。該中心將為全球科學(xué)家培育克隆動(dòng)物。

4.克隆技術(shù)的突破還有望加強(qiáng)瀕危動(dòng)物的保護(hù)

一些靈長類動(dòng)物，例如金絲猴，是瀕危珍稀保護(hù)動(dòng)物。掌握了克隆猴技術(shù)，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(dòng)物園提供來自中國的珍貴金絲猴。