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中国创建世界首例生物节律紊乱体细胞克隆猴模型

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继2017年底在国际上率先攻克非人灵长类动物体细胞核克隆这一世界性难题、成功诞生世界上首个体细胞克隆猴“中中”和第二个克隆猴“华华”之后,中国科学家又经过努力,首次利用基因编辑方法,并通过体细胞克隆技术,获得5只生物节律核心基因BMAL1敲除的克隆猴,在国际上首次成功构建一批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型。

中国科学家通过体细胞克隆技术,获得5只BMAL1基因敲除的克隆猴。 中科院神经科学研究所 摄

这项成果表明,中国正式开启了批量化、标准化创建疾病克隆猴模型的新时代,为脑认知功能研究、重大疾病早期诊断与干预、药物研发等提供新型高效的动物模型。业内专家称,该成果的应用有助于缩短药物研发周期,提高药物研发成功率,必将极大地促进生命科学和医学的发展,加快中国新药创制与研发的进程。

由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(中科院神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心研究团队完成的这一重大科研成果,1月24日获中国顶级综合英文期刊《国家科学评论》在线发表《BMAL1敲除猕猴表现出睡眠紊乱与精神相关异常》、《利用体细胞核移植技术克隆基因敲除猴模型》两篇论文,引发学界广泛关注。

新闻发布会上,中国顶级综合英文期刊《国家科学评论》提前印刷的世界首例生物节律紊乱体细胞克隆猴模型成果专刊。 孙自法 摄

国际同行评价称,这项研究首次证实通过体细胞核移植技术可以克隆成年基因修饰猴,也为短期内生产一批无嵌合体的基因修饰猴提供了一个完美的解决方案;这样的克隆猴对人类疾病研究有重要价值;利用体细胞克隆技术获得遗传背景一致的猴模型将会加速对疾病发病机理及治疗靶点筛查的研究进程……

中科院于论文发表前夕专门在上海举行“生物节律紊乱体细胞克隆猴模型”新闻发布会说,在中科院战略性先导科技专项(B类)“脑认知与类脑前沿研究”和上海市市级科技重大专项“全脑神经联接图谱与克隆猴模型计划”支持下,中科院脑科学研究团队以国家重大需求为导向,致力于节律紊乱等相关疾病非人灵长类动物模型的构建,经过两年多努力,首次利用CRISPR/Cas9方法,敲除了猴胚胎中的生物节律核心基因BMAL1,产生了一批BMAL1缺失的猕猴,行为学分析表明这些猕猴具有昼夜活动紊乱、睡眠障碍、焦虑和精神分裂症等表型,血液分析也表明其与炎症、睡眠障碍、抑郁等相关的基因表达水平显著上调,为模拟人的节律紊乱相关疾病迈出关键一步。

但通过基因敲除方法获得的第一代模型猴个体间存在遗传背景和基因编辑嵌合率差异,所获得的5只BMAL1敲除猴表现出上述症状的严重程度不一致,因此不能作为理想的动物模型。为此,研究团队在基因编辑基础上,采集了一只睡眠紊乱症状最明显的BMAL1敲除猕猴的体细胞,再通过体细胞克隆技术,获得5只BMAL1基因敲除的克隆猴,这也是国际上首次成功构建一批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型。

中科院神经科学研究所研究员刘真介绍“体细胞核移植技术克隆基因敲除猴模型”成果。 孙自法 摄

为何要选择克隆猴及开展生物节律紊乱模型构建?中科院脑科学研究团队介绍说,自然界中大部分生物,从简单的单细胞生物,到复杂的哺乳动物,都拥有按时间节奏调节自身活动的本领,称之为生物节律。生物节律是生物体内在的时间控制系统,是生物体内多种生理学和生物化学过程波动的基础。生物节律系统在维持机体内在的生理功能(如睡眠/觉醒系统、体温、代谢和器官功能等)、适应环境的变化等方面扮演着重要角色。而生物节律紊乱与人类睡眠障碍、神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)、精神类疾病(如抑郁症)、糖尿病、肿瘤、以及心血管等疾病密切相关。

此外,小鼠和果蝇等传统动物模型因其与人的昼夜活动周期、脑结构和代谢速率等存在明显差异,极大地制约了生物节律紊乱机理研究和相关疾病治疗手段的研发,而非人灵长类动物与人类最接近,是研究节律紊乱相关疾病机理和诊治手段比较理想的动物模型,因此,建立体细胞克隆猴的非人灵长类生物节律紊乱模型最符合要求。

中科院院士、中科院神经科学研究所所长蒲慕明指出,生物节律紊乱等脑疾病模型的克隆猴科研用途广泛,主要包括:解析幼年期自闭症和智障、中年期抑郁症和成瘾、老年期退行性脑疾等脑重大疾病的致病机理;确立脑重大疾病预警、早期诊断各种指标,如血液和脑脊液成分、结构和功能影像、脑功能指标等;研发脑疾病干预、治疗与康复的新方法,包括药物、基因治疗、细胞治疗以及生理和物理治疗等。

展望未来,中科院脑科学研究团队透露,在正建设的非人灵长类模式动物上海松江研发基地,科研人员将积极推动脑疾病猴模型、脑认知工具猴模型、免疫缺陷猴模型、心血管等慢病猴模型、肿瘤及相关药物研发猴模型、内分泌紊乱猴模型、眼科疾病相关猴模型、其他猴模型等构建与研究,持续为人类相关疾病机理研究和相应药物研发作贡献。



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