图11:2007年Teruhiko Wakayama等将完全没有冷冻保护的、在-20℃冷冻16年的小鼠尸体成功地克隆。
第一例体细胞核移植灵长类动物
2018,长尾猕猴
2018年,中科院神经科学研究所孙强与刘真等报道了利用食蟹猴胎儿皮肤成纤维细胞核移植,成功获得了2只健康的克隆个体,并命名为“中中”和“华华”【32】,见图12。这是人类史上第一次获得的体细胞克隆灵长类动物。因非人灵长类动物被认为是人类疾病最好的研究模型,利用克隆这一遗传一致性的特点便消除了传统模型猴的个体差异,故该项研究具有重大科学意义。
图12:2018年2月Cell以封面形式报道了中科院神经科学研究所孙强与刘真等利用食蟹猴胎儿皮肤成纤维细胞核移植获得的克隆猴“中中”和“华华”。
另外值得我们思考的是:从胚胎细胞移植绵羊 (1986) 到体细胞克隆羊Dolly (1997) 仅用了11年,但从胚胎细胞核移植猴 (1997) 到体细胞克隆猴却经历了21年,且利用成年个体体细胞 (卵丘细胞) 却没有获得成功。这充分地说明了最高级的灵长类动物的克隆并不像其他低等哺乳动物那样想想的简单,不仅需要更高的技术和难度,还需要更深入的科学探讨。故自克隆猴诞生后,我将体细胞克隆动物的发展进程分为了以下三个阶段 (见图13):第一阶段:自1958年开始报道的两栖类动物的体细胞克隆研究;第二阶段:自1997年开始报道的低等哺乳动物的体细胞克隆研究;第三阶段:自2018年开始报道的非人灵长类动物的体细胞克隆研究。
图13:体细胞克隆动物的发展进程可分三个阶段:1. 自1958年开始报道的两栖类动物克隆;2. 自1997年开始报道的低等哺乳动物克隆;3. 自2018年开始报道的非人灵长类动物克隆 (笔者所制)。
有人或许觉得,体细胞克隆猴不具有重大创新,只不过是换了物种的Dolly羊重复。那么Dolly算不算胚胎细胞核移植绵羊换了一种供体细胞呢?算不算体细胞核移植爪蟾换了一个物种呢?面对这些问题,我们可以在上述核移植的发展历程中找到答案:科学创新并不是没有基础的突发性飞跃,而是缓慢积累的循序式渐进;并不是来自没有依据的无知遐想和天马行空,而是来自对现有科学知识的批判和继承。
三、核移植在其他方面的重大科学突破
我们把上述利用核移植获得克隆动物的研究称为生殖性克隆,如克隆家畜、克隆宠物、拯救濒危物种、获得遗传一致的动物模型等。除此之外,利用核移植也可以研究其他重大科学问题,如获得病人来源的胚胎干细胞 (Embryonic Stem Cells, ESCs)、阻断线粒体疾病的下一代遗传、提高高龄妇女卵细胞质量、获得体外培养和遗传操作的“精子”、获得多倍体研究模型、研究基因组的稳定性、研究细胞重编程机制、解答表观遗传学的基础问题等等。下面就这方面所做出的重大成果进行阐述。
1. 治疗性克隆
治疗性克隆相对生殖性克隆而言,指的是体细胞克隆胚胎不移植入受体,而是在体外分离出干细胞的过程,我们将此干细胞称为核移植ESCs。如果利用病人来源体细胞核移植获得干细胞,就可以说是“量身定做”了,在理论上不存在免疫排斥,具有巨大的临床应用前景。在iPSCs (induced Pluripotent Stem Cells)【33】出现之前,核移植是能够将体细胞转变为二倍体多能干细胞的唯一方法,而iPSCs的出现为我们提供了另一种途径。这时治疗性克隆的研究开始放缓,主要是因为:第一,核移植研究的要求较高,不仅需要更复杂的实验设备,而且需要高超的实验技术;第二,人卵细胞的应用受到限制。
然而,在iPSCs 出现7年后,人核移植ESCs终于获得成功【34】,又一次将治疗性克隆提到了热点。尽管iPSCs具备更多的优势,如实验过程更加简捷和普及(如今商品化的iPS Kit能让最普通的实验室也能搞定)等,但核移植ESCs更接近于自然重编程和受精卵来源的ESCs【35】,且无基因修饰,临床应用可能更为安全可靠。故核移植ESCs与iPSCs可以进行优势互补来开展研究。下面我就概括一下治疗性克隆的发展历程和所取得的重大突破。
第一例体细胞核移植ESCs
2001
2001年,Teruhiko Wakayama等在其克隆小鼠的基础上,报道了在成年小鼠体细胞克隆胚胎中分离出了具备多能性特征的核移植ESCs【36】,见图14。这也是第一例体细胞核移植ESCs,为人核移植ESCs的研究提供了实验基础。
图14:2001年Teruhiko Wakayama等在Science报道了利用小鼠克隆胚胎分离出的ESCs。
第一例灵长类体细胞核移植ESCs
2007
2007年,美国Oregon国家灵长类研究中心的Shoukhrat Mitalipov等报道了在成年恒河猴皮肤成纤维细胞核移植的克隆胚胎中,成功地分离获得了2枚ESCs,其不仅有正常的核型,且具备体内外三胚层分化的多能性【37】,见图15。这是第一例灵长类体细胞核移植ESCs。