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《自然》:中国研究团队培育出转基因猴

来源:    发布日期:2016-02-16 15:55:48   阅读量:0

文/记者 吕浩然

  这项研究的目的本质上是要探索运用转基因的方法治疗人类自闭症的可能,那么用分属灵长类的食蟹猴就更合适。

  多达200只雌性猴子,8个致病基因在大脑过度表达的转基因猴子……来自上海仇子龙团队对转基因猴子的研究首次表明MeCP2基因的过量表达导致了类似自闭症的谱系障碍,也为人类自闭症等疾病的治疗开了一扇新的大门。

  1月26日,世界顶级学术期刊《自然》刊发了一篇论文介绍了这种转基因猴子,它们体内一种和人类自闭症样行为相关的基因过量表达,并且能够把这种基因改变遗传给它的下一代。这种转基因猴子和它们的后代出现行为变化,包括社会行为的改变。这项研究发现显示了利用遗传工程改造非人类灵长类从而研究自闭症的可行性。

  患上自闭症的猴子

  自闭症谱系障碍研究中的一个主要挑战是缺乏可以忠实地再现人类患者中发现自闭症症状的动物模型。虽然在啮齿类动物模型方面已经有了很多进展,但是可以更好呈现这些复杂障碍的非人类灵长类动物模型一直没有出现。

  此次,来自中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员仇子龙和他的研究团队开发了一种灵长类动物MECP2基因重复综合症的模型,MECP2基因重复综合症是一种儿童疾病,其核心症状和自闭症谱系障碍一样。研究团队用基于反转录病毒慢病毒的转基因方法,创造了8个在大脑中过度表达MECP2基因的食蟹猴。

  结果显示,这些转基因猴子的认知功能大体是正常的,但是研究者从它们身上观察到很多与焦虑相关的行为增加。并且,在第一代与第二代转基因猴中,MeCP2的异常表达都导致了转基因猴子出现明显的类自闭症行为。通俗地讲,仇子龙使这些猴子患上了自闭症。


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仇子龙研究员在实验室

  为什么拿猴子“开刀”?

  在动物身上做实验去探讨治疗人类的可能本是一个正常的科学方法,我们熟知的小白鼠就是生物科研的一种最为常见的实验动物,而此次仇子龙却用食蟹猴作为实验动物,这又有哪方面的考虑呢?

  据仇子龙介绍,现有的研究结果已经报道了MeCP2基因敲除的小鼠模型,该模型的确展现出与MeCP2基因重复综合非常相似的表型,为MeCP2基因重复综合的观察和治疗提供了便利;同时,MeCP2转基因的小鼠模型也同样已得到建立,该模型也展现出明显的社交功能障碍。但自闭症毕竟涉及多种复杂的高级神经活动,如果要为临床研究与治疗提供更为有力的支持,小鼠已显得捉襟见肘,更高级的动物模型和更复杂的神经系统是非常必要的。

  用食蟹猴进行实验主要是考虑到食蟹猴不同于常见的小白鼠,它们具有可观察到的更清晰的社交活动,并能在行为上表现出很多与焦虑相关的行为,而这点用小白鼠进行研究并不能做到。

  “无论是在基因上还是行为表现上,长尾猕猴要比小白鼠更加的‘亲人’,这项研究的目的本质上是要探索运用转基因的方法治疗人类自闭症的可能,那么用分属灵长类的食蟹猴就更合适”,仇子龙告诉记者。

  自闭症本身就是一项精神类的疾病,在判断疾病上首先就需要了解病人的行为。但是白鼠本身并不具备人类可以良好解读的“表征”,用通俗一些的方法讲就是一只小白鼠本身的情绪表达就不够彻底,你说一只小白鼠“郁闷”了,但是它的脸上并不会刻着“郁闷”二字,但是长尾猕猴作为灵长类动物,在行为表达上更像人:他们有自己的社交行为,高兴的时候行为更加活跃,而焦虑的时候也会自己“来回乱走”。

  而且,灵长类动物与人类的基因组在一些方面具有相似性。“对于此次的MeCP2基因来说,一般实验用的小白鼠基因太‘简单’,甚至有些猴子也不具有这个基因,从源头来讲这点就限制了实验对象的选择范围”。

  拿猴子的“社交行为”说事儿

  研究首先从食蟹猴的“改造”开始。研究团队共饲养了超过200只的雌性食蟹猴,并采用反转录病毒的转基因方法对这些猴子进行转基因,并成功创造了8只MECP2过度表达的长尾猕猴。

  “用食蟹猴去进行研究,观察它们的表征在起点上就要高出很多动物一大截,原因是食蟹猴的培育和繁殖周期要比小白鼠长很多很多”,仇子龙告诉记者,这项研究是在2009年开始的,但是直到最近才将研究结果发表的原因主要是因为繁育食蟹猴的周期非常长。

  据介绍,一般的猴子繁育周期要在5年左右,这与试验用小白鼠两到三个月的性成熟周期相比要长很多,从猴子各方面的复杂性上来看也对研究人员提供更高的要求。

  “我们将转基因猴子置入铁笼中,并用摄像机记录下了这些猴子的行为,通过观察,我们发现了这些转基因猴子的不同之处”,仇子龙说。

  首先是检测自发的重复性刻板行为,指的是猴子自己会在笼子里打转。随后,研究团队测试了猴子的焦虑行为,这也是从灵长类行为学的文献中借鉴来的。当人走进笼子时,猴子会叫,表现它们“害怕”的情绪,“而转基因猴的叫声会比一般的猴子更响”,仇子龙告诉记者。

  其次是社交行为。据仇子龙介绍,这在以前定义得很少,研究团队在这方面与一直在研究猴子行为的中科院昆明动物所的胡新天老师进行了合作,后者2011年在PNAS上发表了一篇文章,报道了小猴子如果从小就和妈妈分开,成年后的情绪会受到影响,他们用到的分析就是猴群中的交互行为。

  从胡新天老师那得到的信息和方法给予研究团队很大的帮助,“我们分析了猴群中猴子坐在一起的交互行为。因为猴子中间很少有语音交流——即使有,我们也听不懂;而它们坐在一起,是一种比较典型的社交行为的象征,也便于观察,可以用作行为学实验的一个标准。我们在连续一个多星期的时间内,每天选取一个固定的时间,将猴子们从生活笼转移到观察笼进行观察”。据仇子龙介绍,这个实验做得非常细致,一岁、两岁等不同年龄段的猴子,认识的、不认识的,熟悉程度不同的猴子都进行了检测,拿到了很多数据和结果,从而确信MECP2转基因猴确实是有社交行为的异常。

  这也为接下来推导出自闭症的成因,检测可能治疗自闭症的药物等提供了可能。

  从人类“近亲”身上探索治疗新可能

  在大众的印象中,自闭症像是一种性格标签,可以不吝惜地贴在那些不善社交、少与别人交流、性情内向的人的身上。然而对于医学和神经科学相关的专业人士而言,自闭症却并不是一张轻易就能贴的标签。

  自闭症患者在我国大概有上百万甚至数百万之多,然而治疗这类疾病,目前没有有效的药物。建立自闭症的非人灵长类动物模型研究自闭症的机理以及潜在的药物靶点,显然非常重要。

  中国科学院遗传研究所高级工程师姜韬表示,仇子龙团队此次的研究成功地制造了转基因猴子,这点首先应予以肯定。而另外一项重要的贡献仍不能忽视,那就是此次研究首次表明MeCP2基因的过量表达导致了类似自闭症的谱系障碍,这为未来运用相关技术进行实际治疗提供了帮助。

  姜韬还指出,转基因猴子模型的建立,不仅是对于自闭症,对于其他的人类疾病都能有研究,这个意义也非常重大。

  而用仇子龙的话讲,动物模型必须要有它的实际用途,其价值才能显现。“我们现在在做的第一件事是把这种含有人类基因突变的猴子运用到了神经所的脑成像平台,做磁共振脑成像,分析猴子大脑和自闭症患者的大脑有什么共同点”。

  之前有文献显示,人类自闭症的一些重复刻板行为、社交障碍和人的某些脑区有相关性,但相关遗传因素并不明确,所分析的上百个自闭症病例都不知道是和什么基因突变有关的。而现在有一个明确的MeCP2基因突变,并且动物也表现出了刻板行为和社交障碍,“所以接下来要分析,在转基因猴中找到的脑区异常是否跟文献里报道的一样”。这里也就体现出了用猴作为动物模型的优势,如果是小鼠的话就完全无法与人脑做这样的比较,“初步得到的结果非常令人振奋”。


研究中使用的转基因自闭症猕猴

  通过动物实验打开“自闭”之门

  “接下来有几件重要的事情可以做,包括各种干预,药物干预、物理干预、基因疗法等等。药物来说很难,因为现在几乎没有针对自闭症的药。因而我个人认为,可以考虑怎么从根源上来改变。我们清楚转基因猴的自闭症是基因倍增造成的,那在我们的动物模型上就可以尝试一些暂时还没法在人身上用的方法,做一些基因的编辑”。

  随着转基因猴子的行为越来越多地被仇子龙团队所“解读”,许多科学界的学者都在关注这项研究的进展,但是公众可能更关心的是什么时候治疗自闭症的药物能够通过转基因猴子的研究而问世。

  对此,仇子龙介绍说:“我们认为这个工作的临床意义很大,但不能说有了这个动物模型马上就可以用来筛选药物。药物筛选是很慢的。我们可以用这个模型去问,人类那么复杂的大脑究竟什么地方出了问题”。不仅如此,仇子龙还表示治疗自闭症也许可以不用药——因为对于神经系统来说,药物未必能直接起到作用,而是可以用一些非创伤的方法,比如脑电刺激或经颅磁刺激等干预方,“一旦在猴子身上发现了有效的干预方式,很容易过渡到人类。这是为什么猴子模型那么受重视的原因”。

  仇子龙还指出,对于自闭症,普遍的误解有好几点。最大的误解是不知道自闭症的起因,有人错误地认为自闭症是因为妈妈怀孕时吃了什么,或是因为打疫苗。“我要强调,自闭症肯定是基因变化引起的,但基因的因素非常复杂,有的时候是先天突变,有的时候是隐藏突变,有的时候是体细胞的嵌合,等等”。测量基因突变的手段目前也在飞速发展。可以肯定,自闭症绝对不是打疫苗引起的,也不是后天的某些免疫缺陷引起的。但要注意,某些自闭症孩子的确会出现异常过敏原,但不是说单单因为过敏就产生了自闭症。

  另一方面,好多自闭症孩子的家长在带孩子进行康复治疗时,容易遇到非官方的机构给你灌输一些莫名其妙的观点,比如饮食疗法、针灸治疗等非主流的所谓康复疗法。本来家长已经有很大压力,如果再给他们那么多完全未经确证的、有很大可能是骗钱的方法,造成的影响非常坏。

  可以看出,仇子龙对于转基因猴子对于自闭症治疗的前景还是非常谨慎的,这也体现了科研工作一贯的科学作风。姜韬也指出,从此次的研究到最终实现治疗的过程中还有两个基础:一个是彻底了解MeCP2基因的功能是什么?另外MeCP2突变和过量表达导致疾病的分子机制也需要弄清楚,“比如我们感冒常吃的对乙酰氨基酚,退烧效果很好。这个药物的结构也非常简单,但是迄今为止人们还是不清楚其退烧的分子机制”,这说明了解病因距离能够治疗未必很近,“但是起码这次的研究为未来可能的治疗方法打开了一扇门”。■