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    广州:世界首例神经疾病基因敲入猪 或为治疗渐冻症带来希望

    2018年04月07日 10:33
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      2018年4月6日消息,广州。  

      刚生下来时,它们如正常小猪一般活泼可爱。但几个月后,它们就逐渐不由自主地“跳舞”:步态不稳,身躯抖动,有的走路时后腿交叉,在跑步机上它们无法前行,只能缩成一团。  

      3月30日,生物学顶尖学术期刊《细胞》发表一项重大研究成果,广东科学家领衔的国际研究团队,在世界上首次培育出了“亨廷顿舞蹈病”基因敲入猪,将为神经退行性疾病的研究提供动物实验模型。  

      这样特殊的猪,是如何培育出来的?在本期科技能见度,南方日报记者就请来了领衔该项研究的暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院教授李晓江、中科院广州生物医药与健康研究院研究员赖良学、美国Emory大学教授李世华,为大家解密。  

      亨廷顿舞蹈症患者的子女50%几率会患病  

      阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症(“渐冻人”)等都属于神经退行性疾病。“这些疾病都有一个共性,不管是遗传因素还是环境因素,都是神经细胞因致病蛋白的结构变化和沉淀而死亡。”李晓江说。  

      亨廷顿舞蹈症也是其中一种,这种遗传性疾病,患者的子女有50%的几率患病。  

      “由于是单基因突变导致,病理很清楚,容易找到突破口,这就成为了一个理想的疾病模式。”李晓江说,通过研究亨廷顿舞蹈症,能成为以后研究多基因突变病症的基础。“如果能治疗亨廷顿病,那这种治疗方法可能也适用于其他的神经退行性疾病,如老年痴呆、帕金森病等”。  

      自然界众多动物中科学家为何选择它?  

      自然界的动物非常多,比如有像人的灵长类动物猴子,为什么实验选择的是猪?赖良学介绍,猪被公认为是人类医学研究理想的大动物模型。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,都与人的情况极为相似,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。  

      “猴虽然更像人,但太贵,而且繁殖周期太长。”赖良学说,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,便于根据特殊需要选育。

      其实,李晓江和李世华也尝试过使用小鼠和猴子来做亨廷顿舞蹈症的动物模型。然而,由于小鼠的大脑与人类有着巨大区别,并不能很好地模拟亨廷顿病患者的典型病理特征;转基因亨廷顿猴虽然能完美地模拟人的患病,但因为转入外源性突变基因的表达量很高,毒性太强,猴子出生后很快就会死亡。  

      2008年,李晓江和李世华夫妻俩找到赖良学合作,开始了培育亨廷顿猪的研究。2010年,他们就培育出了世界首例转基因亨廷顿猪。然而,与亨廷顿猴相似,转基因病猪也很快就死亡了。  

      李世华说,这让他们认识到,转基因路子走不通,需要精确地对猪的内源性基因进行编辑。而当时,基因编辑技术又不成熟,这项研究只好暂时搁置。  

      克隆出的突变基因可稳定遗传给后代  

      2013年,革命性的基因编辑技术CRISPR/Cas9出现了,基因定点敲入成为可能。团队再次大胆尝试,由李世华来设计实验。  

      该怎样培育出一头患上亨廷顿舞蹈症的猪?第一步是对猪的体细胞内的基因进行改造,将人的致病基因序列插进猪的亨廷顿基因中。团队选择了猪的成纤维细胞。  

      利用“基因魔剪”CRISPR/Cas9,研究团队将人的亨廷顿突变序列精确插入了猪的亨廷顿基因中。“通过这一基因敲入,猪就只表达人致病基因,不再表达猪的亨廷顿基因,因此表现出来的症状、病理变化都跟自然发生一致,能更好地模拟人患病。”赖良学说。  

      对猪的成纤维细胞进行基因敲入后,论文的第一作者闫森从上千个细胞中挑出了带着突变基因且状态最好的细胞。接下来,就是要运用体细胞核移植技术,克隆出带有突变基因的亨廷顿猪。  

      具体来说,核移植是将经过供体细胞的细胞核取出来,放入去掉细胞核的卵母细胞中,培育成胚胎。最后,再将这一胚胎移植到代孕母的子宫内发育长大,最终生下与核供体基因完全一致的克隆猪。  

      通过这种方法,团队最终获得了6头带有亨廷顿突变基因的F0代小猪。在历经5个月的观察后,它们都出现了运动障碍等渐进性发病的表型。  

      更可贵的是,这些病理及行为学表型都可以稳定地遗传给后代。李世华介绍,团队将亨廷顿猪与健康公猪交配,培育出的FI及F2代亨廷顿猪,都带有亨廷顿突变基因。  

      李晓江说,接下来,他们将通过对亨廷顿舞蹈猪的研究,更具体地分析研究亨廷顿舞蹈症的病理变化和表型发展过程,“通过分析才能找到真正治病的有效方法。”  

      他介绍,在此基础上,可以尝试对该病进行干细胞治疗、基因修饰治疗及化学药物筛选,为攻克神经退行性疾病带来希望。 

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