特别报道丨世界首批生物节律紊乱体细胞克隆猴模型

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（Biological Rhythm）。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。生物节律紊乱与睡眠障碍、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【1-3】。

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，因此建立非人灵长类生物节律紊乱模型迫在眉睫。

节律紊乱克隆猴宝宝 。来源：中科院神经所

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心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，在中国科学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”的大力支持下，经过两年多的努力，首次利用CRISPR/Cas基因编辑方法，敲除了体外受精的猴胚胎中的生物节律核心基因BMAL1（Brain and Muscle ARNT-Like 1，一种调控生物节律的重要转录因子，其分子伴侣是另一关键节律基因CLOCK，二者可形成异二聚体发挥作用【4】），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，转录组数据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了关键的一步。

然而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，中心研究团队在此基础上，采集了一只睡眠紊乱症状最明显的BMAL1敲除猕猴的体细胞，通过体细胞克隆技术（Cell发布中国克隆猴重大成果，季维智院士、高绍荣教授独家点评），获得了五只BMAL1基因敲除的克隆猴（325个体细胞核移植胚胎移植到65个代孕猴体内，最终获得5个与供体成纤维细胞核基因相同的BMAL1基因敲除的克隆猴，下图），这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。

从BMAL1基因敲除猴中选取合适的成纤维细胞（图上），然后通过核移植技术最终获得五个BMAL1基因敲除克隆猴（图下）。图片引自NSR论文。

2019年1月24日（离去年发布体细胞克隆猴的时间整整一年。去年Cell论文在线时间是北京时间1月25日凌晨），上述成果在我国高水平综合英文期刊《国家科学评论》（National Science Review, NSR）上分别以BMAL1 knockout macaque monkeys display reduced sleep and psychiatric disorders（BMAL1敲除猕猴表现出睡眠紊乱与精神相关异常）和Cloning of a gene-edited macaque monkey by somatic cell nuclear transfer（利用体细胞核移植技术克隆基因敲除猴模型）为题在线发表。

NSR论文封面。来源：中科院神经所

据悉，上述成果被国际同行评价为：“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。这为（在短期内）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（模型）对人类疾病研究有重要价值……”；“这是一个新颖的模型，对疾病医疗手段研发极为有用……”；“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……”。

中科院神经所非人灵长类研究平台团队合影 。来源：中科院神经所

该成果表明，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；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，加快我国新药创制与研发的进程。

据悉，在1月23日举行的成果发布会上，蒲慕明院士代表中科院神经所与中科院上海药物所蒋华良院士已正式签署了战略合作协议（下图）。

中科院神经所与中科院上海药物所签署战略协议。来源：中科院神经所

据悉，两篇论文全部由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）完成。第一篇基因编辑猴的工作，仇佩媛、姜建、刘真为共同第一作者，张洪钧（Hung-Chun Chang）和孙强为共同通讯作者；第二篇克隆猴的工作，刘真、蔡毅君、廖兆蒂为共同第一作者，孙强、刘真、张洪钧为共同通讯作者。

两项工作的主要负责人和完成人。左起图为孙强、刘真、蒲慕明、张洪钧。来源：中科院神经所

《国家科学评论》杂志介绍：该杂志由中科院主管、科学出版社主办，是我国第一份国家级英文版科技学术期刊，于2013年创刊，致力于全面展示国内外各科学领域的代表性研究成果，追踪报道重大科技事件，深度解读中外科学界热点研究和重要科技政策等，该杂志前期主要发表综述类文章，目前也发表高质量的研究论文。

参考文献：

1. Bass, J, Takahashi, JS. Circadian integration of metabolism and energetics. Science. 2010; 330(6009): 1349-54.

2. Mattis, J, Sehgal, A. Circadian Rhythms, Sleep, and Disorders of Aging. Trends in endocrinology and metabolism: TEM. 2016; 27(4): 192-203.

3. Musiek, ES, Holtzman, DM. Mechanisms linking circadian clocks, sleep, and neurodegeneration. Science. 2016; 354(6315): 1004-8.

4. King, D. P. & Takahashi, J. S. Molecular genetics of circadian rhythms in mammals. Annu. Rev. Neurosci. 23, 713–742 (2000

（转化医学网360zhyx.com）