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广州生物院等培育出世界首例神经疾病基因敲入猪

发布日期: 2018-04-09 来源:

 近日,由中国科学院广州生物医药与健康研究院、暨南大学等院校科研人员组成的国际研究团队经过四年努力,首次利用基因编辑技术(CRISPR/Cas9)和体细胞核移植技术,成功培育出世界首例亨廷顿舞蹈病基因敲入猪,精准地模拟出人类神经退行性疾病。相关研究成果于北京时间3月30日在线发表于《细胞》。

  亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症等均是因为蛋白质的错误折叠而导致神经细胞死亡,是当今社会严重威胁人类健康的神经退行性疾病。这些疾病伴随年龄渐长而产生、可遗传、呈渐进性发展,由于缺乏合适的动物模型进行药物筛选,目前尚无有效治疗方法。亨廷顿舞蹈病是由单基因(HTT)突变导致的神经退性疾病,这是一个理想的疾病模式,可用于研究蛋白质错误折叠如何引起选择性的神经退性病变,是研究多基因突变病症的基础。

  建立准确模拟疾病病理及表型的动物模型,对开发治疗疾病的有效手段至关重要。小鼠作为最常见的动物模型,已被广泛用于研究人类疾病机理和寻找临床治疗方法。但已有研究发现,表达突变基因的神经退行性疾病小鼠模型,并不能表现出像病人脑中一样的典型神经细胞死亡的重要病理特征。因此,许多有治疗效果的药物在小鼠模型中有效,在临床上对病人却无效。

  为了探索与人类更相似的大动物能否更好地模拟神经退行性疾病,暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院教授李晓江、美国Emory大学教授李世华等曾在2008年成功建立了世界首例转基因亨廷顿舞蹈病的猴模型,2010年,他们又与广州生物院研究员赖良学合作建立了首例转基因亨廷顿舞蹈病的猪模型。然而,转基因模型由于表达外源性致病基因片段的毒性过强,出生不久后死亡,不能将致病基因传代,严重限制了科学家们对其进一步探索和研究。

  为了建立更能准确模拟神经退行性疾病的动物模型,他们通力合作,经过4年的努力,利用基因编辑(CRISPR/Cas9)技术,精准地将人突变的亨廷顿基因,即人外显子1中包含150 CAG重复序列精确地插入猪的HTT内源性基因中,利用成纤维细胞筛选出阳性克隆细胞,并通过体细胞核移植技术,成功培育出亨廷顿舞蹈病的基因敲入猪模型,在国际上首次建立了与神经退行性病人突变基因相似的大动物模型。

  研究发现,该模型不仅能模拟亨廷顿舞蹈症病人在大脑中特异神经元选择性死亡的典型病理特征,而且表现出类似亨廷顿舞蹈病“舞蹈样”的异常行为。更重要的是,这些病理特征及异常行为都可以稳定地遗传给后代。该研究为开发治疗亨廷顿舞蹈病新手段提供了稳定、可靠的动物模型,也为制备其它神经退行性疾病大动物模型提供了技术范本和理论依据。

  针对该研究成果,中科院院士裴钢表示,2008年,我们在制定发育与生殖研究国家重大科学研究计划"十二五"专项规划时,就前瞻性地布局了大型实验动物模型包括猪和猴的培育内容,并在后来的“干细胞国家重大科学研究计划”中持续加大经费投入。我国在基因编辑猴和克隆猴的研究中相继取得突破性成果,这次我国科学家在猪的疾病模型研究中又取得重大进展,表明我国在大动物模型的研究中已走在世界前列,将极大地推动我国生物医药产业的创新发展。HD研究专家、美国加州大学洛杉矶分校教授杨向东指出,亨廷顿舞蹈病基因敲入猪的建立是神经退行性疾病研究领域中的一个里程碑式的发现,使科学家能更深入了解神经细胞死亡的机制及寻找有效的治疗方法。

  暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院副研究员闫森、博士涂著池,广州生物院刘朝明为论文共同第一作者;李晓江、赖学良、李世华为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、国家重大研究计划、国家重点研发计划和广东省科技计划的资助,以及中山大学、吉林大学、云南农业大学科研人员的支持。

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