世界首例！亨廷顿舞蹈病基因敲入猪在中国诞生
新华网北京3月30日电（记者王莹） 记者从中国科学院获悉,经过四年努力,广东科学家领衔的国际研究团队首次利用基因编辑技术(CRISPR/Cas9)和体细胞核移植技术,成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪。它能精准模拟出人类神经退行性疾病,为治疗亨廷顿舞蹈病、老年痴呆等疾病提供稳定、可靠的动物模型,推动药物筛选和治疗方案制定。该项成果于北京时间3月30日凌晨在线发表于《细胞》杂志上。论文共同通讯作者为暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院李晓江教授、中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究员、美国Emory大学李世华(Shihua Li)教授。
图为亨廷顿舞蹈病基因敲入猪
为什么选择猪作为疾病实验模型?
亨廷顿舞蹈症、阿尔兹海默症、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等是当今社会严重威胁人类健康的神经退行性疾病。由于缺乏合适的动物模型进行药物筛选,目前尚无有效的治疗方法。
小鼠作为最常见的动物模型,已被广泛用于研究人类疾病机理和寻找临床治疗方法。然而李晓江团队在研究中发现,表达突变基因的神经退行性疾病小鼠模型,并不能表现出像病人脑中一样的典型神经细胞死亡的重要病理特征。“许多有治疗效果的药物在小鼠模型中有效,在临床上对病人往往无效。”
记者了解到,早在2008年,“夫妻档”李晓江、李世华在美国Emory大学合作者的支持下,成功建立了世界首只转基因亨廷顿病猴模型,但由于表达外源性致病基因片段的毒性过强,转基因亨廷顿病猴模型无法达到筛选治疗疾病的药物的目的。
最后,科学家为何将目光锁定在猪身上?赖良学解释说,猪的心血管系统、消化系统、皮肤、营养需要、骨骼发育以及矿物质代谢等都与人的情况极其相似,猪的体型大小和驯服习性允许进行反复采样和进行各种外科手术。“与非人灵长类动物相比,猪的基因多样、繁殖周期短、一窝产仔多,便于根据特殊需要进行选育。所以,猪的疾病模型用于做药物筛选、人类疾病研究、干细胞治疗的研究结果,更容易转化为临床应用。”
据介绍,作为华南地区重要的大动物疾病模型实验平台之一,赖良学团队先后建立了50余种在生物医药和农业领域具有重要价值的转基因和基因打靶克隆猪。2010年,“夫妻档”找到了赖良学,合作建立了首例转基因亨廷顿病模型猪。
大胆设想：“基因魔剪”和克隆技术来帮忙
选择猪作为疾病实验模型并非一劳永逸。摆在科学家面前的是一个难题,与转基因亨廷顿病猴模型一样,猪模型不易存活,无法传代。对此,李世华经过钻研认为,该病是内源性基因突变而造成的,直接把猪的内源性基因改变为突变基因,猪的病理变化应该与病人的病理状态更接近。
2013年,基因编辑技术(CRISPR/Cas9)被广泛应用于哺乳动物实验,研究团队大胆尝试,利用该技术建立亨廷顿基因敲入猪模型。经团队通力合作,研究人员成功将人突变的亨廷顿基因插入到猪的内源性亨廷顿基因的表达框中,培育出带有突变基因的新生猪。
观察5个月后,这些猪不但能够模拟亨廷顿病患者在大脑纹状体的神经元选择性死亡的典型病理特征,在行为上也表现出类似亨廷顿病“舞蹈样”的异常行为。难能可贵的是,这些病理及行为学表型都可以稳定地遗传给后代。据介绍,目前疾病模型猪已繁殖到第二代。这意味着这一团队成功了!他们在国际上首次建立了与神经退行性病人突变基因相似的大动物模型。
造福人类：促进阿尔兹海默症、帕金森症等疾病的新药研发
作为世界首例亨廷顿病基因敲入猪模型,在模拟病人的神经病理变化特别是脑疾病方面,大动物模型比小动物模型更具优势。据科研人员介绍,神经疾病基因敲入猪的成功,将推动我国发展出大动物疾病模型的医药研发产业链,促进针对阿尔兹海默症、帕金森症等神经退行性疾病,以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的新药研发进程。同时,该动物模型可用于干细胞治疗等手段的临床前评价,最终造福于人类。
从事多年研究亨廷顿病的权威专家、美国加州大学洛杉矶分校杨向东(X. William Yang)教授指出,亨廷顿舞蹈病基因敲入猪的建立是神经退行性疾病研究领域中一个里程碑式的发现,使科学家能更深入了解神经细胞死亡的机制及寻找有效的治疗方法。
中科院院士裴钢教授指出,我国在基因编辑猴和克隆猴的研究中相继取得突破性成果,这次我国科学家在猪的疾病模型研究中又取得重大进展,表明我国在大动物模型的研究中已走在世界前列,将极大地推动我国生物医药产业的创新发展。
