我國誕生世界首例神經疾病基因敲入豬

繼世界首個體細胞克隆猴之後，我國在大動物模型研究領域又誕生一項重要成果——世界首例神經疾病基因敲入豬在中國誕生。

由中國科學家領銜的國際研究團隊經過4年努力，利用基因編輯技術和體細胞核移植技術，成功培育出世界首例亨廷頓舞蹈病基因敲入豬，精準地模擬出人類神經退行性疾病。

這在帕金森等神經退行性疾病研究領域，是一個里程碑式的標誌，意味著科學家可以通過合適的動物模型，更深入地了解神經細胞死亡的機制，尋找有效的治療方法。

為什麼是豬？

據悉，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，豬的體形大小和馴服習性允許進行反覆採樣和進行各種外科手術。與非人靈長類動物相比，豬的基因多樣、繁殖周期短、一窩產仔多，便於根據特殊需要進行選育。所以，豬的疾病模型用於做藥物篩選、人類疾病研究、幹細胞治療的研究結果，更容易轉化為臨床應用。

小豬為何生？

為攻克人類神經退行性疾病

在廣州黃埔區九龍鎮有一座 「豬賓館」，裡面有一群特殊的小豬，它們身上帶有人類的亨廷頓舞蹈症基因，可以精確模擬這一疾病的發病過程。

亨廷頓舞蹈症、阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化症等是當今社會嚴重威脅人類健康的神經退行性疾病。這些疾病伴隨年齡漸長而產生，可遺傳、呈漸進性發展，由於缺乏合適的動物模型進行藥物篩選，目前尚無有效的治療方法。亨廷頓小豬正是科學家為了攻克神經退行性疾病而培育的。

亨廷頓舞蹈症是一種罕見的特發性神經變性疾病，臨床主要表現為痴呆和舞蹈樣動作。這種病的發病率不高，為何選擇它作為攻克神經退行性疾病的「入口」呢？

「神經退行性疾病的發病機制是，致病蛋白變異後沉澱在神經細胞中，造成神經細胞功能紊亂，並引發神經細胞死亡，從而導致疾病發生。而亨廷頓舞蹈症是由單基因（HTT）突變導致的神經退性疾病。這是一個理想的疾病模式，可用於研究蛋白質錯誤摺疊如何引起選擇性的神經退性病變，是以後研究多基因突變病症的基礎。」暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院李曉江教授介紹。

小豬尋覓記：

小鼠猴子都試過 發現小豬最合適

生活在「豬賓館」中的實驗小豬價格不菲，為了在神經退行性疾病研究中找到合適的動物模型，科學家們走過不少「彎路」。

小鼠作為最常見的動物模型，被廣泛地用於研究人類疾病機理和尋找臨床治療方法。但李曉江團隊發現，小鼠腦部結構與人腦部結構存在較大差異，表達突變基因的神經退行性疾病小鼠模型，並不能表現出像病人腦中一樣的典型神經細胞死亡的重要病理特徵。許多藥物在小鼠模型中有效，臨床上對病人往往無效。為了探索動物模型，他開始把目光轉移到大動物、非人靈長類動物身上。

2008年，「夫妻檔」科學家李曉江、李世華在美國Emory大學合作者的支持下，通過將外源性的突變基因引入到獼猴的體內，成功地建立了世界首隻轉基因亨廷頓症猴模型。李曉江說，在該模型中，可以明顯地觀察到相應的病理特徵和行為變化，但表達外源性致病基因片段的毒性過強。但實驗中的轉基因猴子在出生後很短時間內便死亡，同時無法傳代，難以達到篩選治療疾病的藥物的目的。

與果蠅、線蟲、小鼠等小型動物相比，豬被公認為是人類醫學研究理想的大動物模型。作為華南地區重要的大動物疾病模型實驗平台之一，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學團隊先後建立了50餘種在生物醫藥和農業領域具有重要價值的轉基因和基因打靶克隆豬。2010年，這對「夫妻檔」找到了賴良學，一拍即合，他們合作建立了首例轉基因亨廷頓病模型豬。

小豬誕生記：「基因魔剪」+克隆技術

然而，豬模型雖具有明顯的表型特徵，但不易存活，無法傳代，這一度困擾著科學家。人類是在某個定點發生基因突變而出現亨廷頓舞蹈症，而已有的轉基因技術是隨機將外來變異基因插入動物基因組，能否通過基因編輯技術，直接將豬的內源性基因改變為突變基因，從而精準模擬人類的發病機制呢？

2013年，隨著基因編輯技術（CRISPR/Cas9）被廣泛應用於哺乳動物中，在國家科技計劃、國家自然科學基金委、國家重大研究計劃、廣東省科技計劃等的大力支持下，李世華著手應用Cas9技術來建立亨廷頓基因敲入豬模型，將人突變的亨廷頓基因插入到豬的內源性亨廷頓基因的表達框中。

接下來，還要通過克隆技術培育出亨廷頓小豬。「利用成纖維細胞篩選出陽性克隆細胞並非易事，一定要挑選狀態最好的細胞用來胚胎移植」。負責此項工作的閆森先後篩選了上千個細胞，才從中挑出確定帶有突變基因且狀態最好的細胞。很快，團隊運用體細胞核移植技術進行克隆，成功培育帶有突變基因被稱為「F1代」的新生豬。該模型不但能夠模擬亨廷頓病患者在大腦紋狀體的神經元選擇性死亡的典型病理特徵，在行為上也表現出類似亨廷頓症「舞蹈樣」的異常行為。難能可貴的是，這些病理及行為學表型都可以穩定地遺傳給後代。

神經疾病基因敲入豬的成功，將推動我國發展出大動物疾病模型的醫藥研發產業鏈，促進針對阿爾茨海默病、帕金森症等神經退行性疾病以及免疫缺陷、腫瘤、代謝性疾病的新葯研發進程。同時，該動物模型可用於幹細胞治療等手段的臨床前評價，最終造福於人類。

來源：基因谷

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