中国科学家培育“自闭症猴子”有望治疗人类患者

小辣辣

2016-01-27 09:32:00 来源：腾讯科技 责任编辑

李娟/文

2016年1月26日，《自然》在线发表了题为《MeCP2转基因猴的类自闭症行为表征与种系传递》的研究论文，该研究由中科院上海生命科学研究院神经科学研究所仇子龙研究组与神经所苏州非人灵长类研究平台孙强团队合作完成。该研究通过构建携带人类自闭症基因MeCP2的转基因猴模型及对MeCP2转基因猴进行分子遗传学与行为学分析，发现MeCP2转基因猴表现出类人类自闭症的刻板行为与社交障碍等行为。此研究首次建立了携带人类自闭症基因的非人灵长类动物模型，为深入研究自闭症的病理与探索可能的治疗干预方法提供了重要基础。

MeCP2基因表达异常与自闭症发生密切相关

近几十年来，随着生命科学的日新月异，对于自闭症的研究和理解也越来越深入，从早期的临床病理层面，逐步深入到细胞以及分子的病理层面，使得人们对于自闭症的发生、病程进展以及治疗有了更全面和精细的了解。目前的研究结果显示：自闭症并不是神经系统的严重的、明显的损伤，而是与神经系统的发育过程以及功能具有相关性，其中最重要的则是与神经元间的连接——神经突触功能与调节息息相关。有趣的是，神经突触并不是静态的，而是一直处于动态的变化当中，旧的不需要的突触消失，新的突触又形成，消失与形成处于精密的调控机制操纵之下的。那些与突触这个微小却又重要的结构以及调控这个结构消亡产生相关的生命源代码——基因，毫无疑问，也与自闭症有着密切而重要的联系。

在这些相关的基因中，一个名叫甲基化CpG岛结合蛋白2（MeCP2）的基因，以其有趣的特征吸引了研究者们的注意。MeCP2基因编码一种甲基化DNA结合蛋白，通过结合DNA的甲基化CpG岛或是“招募”转录因子来操纵与神经突触功能及调控相关基因的表达，从而间接的对神经功能造成影响。当MeCP2基因因突变或者缺失丧失功能时，可导致瑞特综合症（Rett syndrome），该症发于女童，患者表现出类自闭症的行为特征；而当MeCP2基因拷贝数异常增多时，却又会导致患者具有严重自闭症症状，此疾病被命名为MeCP2倍增综合症（MECP2 duplication syndrome）。由此可见，体内MeCP2这个基因的表达量如同一座天平，必须保持着精妙的平衡，无论过多或者过少，都会导致神经突触及神经系统功能的异常，从而导致自闭症（图1）。

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图1 MeCP2表达量必须维持精妙的平衡以保证神经系统的功能正常

自闭症高级动物模型——转基因食蟹猴的建立

然而，仅仅知道了遗传背景和分子机制，对于治疗自闭症还是远远不够的。如何为发病过程提供一个观察窗口以及为治疗方案提供一个可供测试的动物模型也是非常重要的，近年来基因编辑技术及模式动物的发展对此提供了非常有利的条件。现有的研究结果已经报道了MeCP2基因敲除的小鼠模型，该模型的确展现出与Rett syndrome非常相似的表型，为Rett syndrome的观察和治疗提供了便利；同时，MeCP2转基因的小鼠模型也同样已得到建立，该模型也展现出明显的社交功能障碍。但自闭症毕竟涉及多种复杂的高级神经活动，如果要为临床研究与治疗提供更为有力的支持，小鼠已显得捉襟见肘，更高级的动物模型和更复杂的神经系统是非常必要的。

一个疾病的动物模型建立需要满足两点：一是再现人类疾病的症状，二是可以传代。之前美国、中国科学家都做过相关工作，将人类的一些致病基因导入到猴子身上试图建立疾病模型，但是有的没法繁殖，有的是没法完全再现人类的疾病症状，所以就不能称之为模型。为此，中科院上海生科院神经所的仇子龙研究组和苏州灵长类平台孙强博士通过使用慢病毒载体侵染带入外源基因的方法（图2A），成功建立了在神经系统中特异性过表达MeCP2基因的转基因食蟹猴模型（图2B）。通过分子生物学和生物化学方法的鉴定，外源的MeCP2基因有效地插入了食蟹猴的基因组之中（图2C），并且能够只在神经系统中进行表达。

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图2 （A）病毒载体中外源转基因片段的设计方案。（B）在母亲照看下的新生F0代转基因食蟹猴。（C）深度测序得到的转基因插入位点的全基因组Mapping。（D）行动路线追踪结果示意及重复路径时间结果统计。（E）社群内社交行为检测的行为学范式。（F）F0代配对社交行为测试的结果。（G）新生的F1代转基因食蟹猴。（H）F1代配对社交行为测试结果。

转基因食蟹猴具备多个类人类自闭症表征

研究人员接着对此模型进行了长期的体征观察和大量的行为学测试，证实其具备自闭症表征。在体征观察与记录中，MeCP2转基因食蟹猴表现出明显的体重发育迟缓以及血浆中脂肪酸代谢的异常，这两种表型也见于一些自闭症患者的临床表现的报道中。

而在行为方面，对食蟹猴进行行动路线追踪的结果显示，转基因食蟹猴会花费更多的时间在一种刻板的重复性路径行进上（图2D）。而当人为的给予转基因食蟹猴威胁性刺激时，相对于野生型食蟹猴，该型食蟹猴会表现出更强烈的焦虑情绪与敌意。在最为重要的社交行为及能力方面，研究人员发现，无论是在社群内的社交行为（图2E）还是与另一只配对的社交行为，转基因食蟹猴的社交频率统计结果均显著低于野生型对照（图2F），该结果对于评估MeCP2转基因食蟹猴的类自闭症表型具有重要的意义。

在此之后，研究人员又通过威斯康星认知行为测试对转基因食蟹猴的学习能力进行了评估，在该项实验中，转基因食蟹猴并没有表现出明显的学习障碍，但却出现了被认为是自闭症表征的重复刻板行为。因此，该模型在行动方式、焦虑响应及社交行为等方面都表现出了类人类自闭症的表型。

亲代的类自闭症表征可遗传给F1代子猴

在自闭症中，遗传是一项重要因素。据作者称，他们需要等待第二代食蟹猴出生并确认其同样具备自闭症表征。但食蟹猴的自然性成熟时间是5-6年，怀孕需要6个月，这等于说可能需要至少5年繁殖下一代后，才能开展下一步研究。

而中科院上海生命科学研究院神经科学研究所去年9月份在cellresearch上已经发表了一篇文章，实现了转基因食蟹猴的加速传代，具体做法是将食蟹猴的睾丸部分组织埋殖在小鼠皮下，产生成熟的精子，经过体外授精在短期内得到了第二代的转基因猴（F1）（图2G）。这是该项科研成果能够顺利完成的关键一步。

经过遗传学检测，研究人员们发现，F0代转基因食蟹猴基因组中的外源插入片段的位点，通过种系传递，遗传至F1代子猴的基因组中，并且F1代子猴中位点的分布与F0代比较，呈现出典型的孟德尔分离现象。此结果显示，F1子代猴从亲代F0身上遗传到了神经系统中特异性过表达MeCP2的特性，并且针对于F1的配对社交行为检测结果也显示，转基因食蟹猴相较于野生型对照也展现出社交行为频率的显著下降（图2H），证实了子代转基因猴具备与亲代相同的类自闭症表型。

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模型建立的意义

在此项研究中，研究人员成功建立了神经系统特异性表达MeCP2的转基因食蟹猴模型，且该转基因可以通过种系传递向子代进行遗传。并且在第一代与第二代转基因猴中，MeCP2的异常表达都导致了转基因食蟹猴出现明显的类自闭症行为，简而言之，使猴子患上了自闭症。该项工作为观察自闭症的神经科学机理研究提供了一扇重要的窗口，并为之后进一步的研究自闭症的干预方法提供了坚实的基础，最终为自闭症的临床治疗提供了良好的动物模型和试验平台。

为什么这个疾病模型的建立比较重要？中国科学院神经科学研究所蒲慕明所长和仇子龙研究员解释说，由于自闭症儿童一般不太配合，其脑成像的照片是很难拍摄到的，从全世界来看这方面的资料都很少，中国更是几乎没有。现在有了这个疾病模型，而且灵长类动物的大脑构造跟人类比较接近，所以将推动这方面的研究进展。此外，很多脑神经类的疾病如阿尔兹海默症、中年人群发病率较高的抑郁症等，现在基本没有治愈手段，给药只能缓解症状。现在人类的寿命越来越长，如果寿命超过80多岁（具体岁数需核实），会有很高的几率得阿尔兹海默症，而随着人口老龄化的加剧，长此以往，整个医疗系统将面临崩溃的风险，因为现有医护人员是不够的。希望通过这个疾病模型找到多种脑神经疾病的致病基因，实现早期干预。

《自然》杂志的审稿人对该项研究给予了高度评价，认为此工作系首次发现非人灵长类转基因动物模型表现出MeCP2倍增综合症的行为学表型变化，具有原创性与重要性，且数据质量很高。

然而，也有研究同行对此模型研究提出了担忧。作为MeCP2小鼠模型研究的先驱，得克萨斯州休斯敦贝勒医学院的Huda Zoghbi，指出MeCP2转基因猴并不模仿一些人的MeCP2倍增综合症的症状，如癫痫发作和严重的认知问题。这可能是因为该基因在猴模型中的表达与人类中的表达机制不同而引发（文章作者也承认这是一个限制）。她建议在做出关于人类自闭症假设时应谨慎使用该模型。

在接下来的工作中，研究者已经开展了对患有自闭症的MeCP2转基因猴进行详细的脑成像研究，以期待用基因编辑的工具例如CRISPR技术对这些携带自闭症基因的转基因猴进行基因治疗，探索最终治愈自闭症之路。

参考文献

1    Autism-likebehaviours and germline transmission in transgenic monkeys overexpressing MeCP2. Nature (2016) doi:10.1038/nature16533http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature16533.html

2    Monkeysgenetically modified to show autism symptoms. Butit is unclear how well the results match the condition in humans.

http://www.nature.com/news/monkeys-genetically-modified-to-show-autism-symptoms-1.19228

来源:赛先生

[责任编辑:王焕君]

（2016-01-26 11:32:01）

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【延伸阅读】澳研究：催产素鼻用喷雾或能帮助部分自闭症儿童
中新网10月28日电 据外媒报道，一小剂量的鼻用喷雾，就能提升患自闭症儿童的社交能力？澳大利亚一项研究发现，催产素(oxytocin)或能有效帮助3至8岁的自闭儿童，但具体效果仍待进一步研究。
据报道，澳大利亚悉尼女子布卢(Christine Blue)的7岁儿子海登(Hayden)患有自闭症，但自接受为期5周、每日两次的催产素鼻用喷雾后，就变得较为外向，除了经常和人对话之外，也变得更开朗，与以往的表现明显截然不同。
负责研究的悉尼大学专家居斯特拉(Adam Guastella)指，实验结果证明首次有药物能改善社交技巧，虽然在31位参与者中，喷雾只对1/3人有效，但不失为一个好尝试，而且喷雾相对现有疗法，明显更为便宜、省时。
不过，催产素也有不少副作用，例如会出现口渴及便秘等。但研究目前只是处于起步阶段，至于其究竟是否能起到改善作用，仍需要进一步研究。
（2015-10-28 15:14:02）

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【延伸阅读】科学家老鼠背部培育出人类耳朵：将可私人订制

         日本科学家近日公布了他们的研究结果：一只背上长着耳朵的老鼠。他们表示，人类的耳朵在五年内便可实现“私人订制”。

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这种技术可以在两个月之内培养出耳朵的软骨结构。

新浪科技讯 北京时间1月26日消息，日本科学家近日公布了他们的研究结果：一只背上长着耳朵的老鼠。他们表示，人类的耳朵在五年内便可实现“私人订制”。这项技术由东京大学和京都大学共同研发，可以用来帮助患有先天面部畸形的儿童，或者被狗咬伤的儿童等。此外，在事故中或战场上受伤的成年人也能从中受益。

目前医院采用的方法是，从病人的肋骨上取下一段软骨，再雕刻成耳朵的形状。但这种方法需要施行多次手术，且从肋骨上取下软骨非常痛苦，终生难以完全痊愈。而现在这种新技术则只需取少量细胞样本，作为培育材料。而且培育出的耳朵具有活性，可以随着儿童的生长而生长。

在培育过程中，科学家先是将人类干细胞转化成软骨细胞。这些在实验室中培养出的软骨随后会长成小球状，然后被放进安在老鼠背部的、人耳形状的塑料管中。两个月之后，塑料管外框会自行分解，留下一个长约2英寸（约合5厘米）的耳状物，平平地贴在老鼠背上。

除了这项技术之外，世界上还有几项类似的技术也正在完善之中，它们的目标都是制造人体器官替代品，取代在事故中受损的、被疾病损伤的、或先天畸形的人体部分。伦敦的医生已经“凭空”造出了一只鼻子，不过是以病人自己的胳膊、而不是老鼠的背作为培养基。他们还造出了一根人造气管，并表示在实验室中造出整个面部组织迟早有一天会成为现实。（叶子）

（2016-01-26 08:24:22）

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【延伸阅读】半人半兽？科学家用猪羊培育人体器官引争议

美国科学家去年通过基因改造技术，把人类干细胞注入动物胚胎，尝试在猪和羊体内培育人体器官。

中新网1月12日电 据香港《文汇报》12日报道，移植器官供不应求，每年很多患者因为等不及而身亡。美国科学家去年通过基因改造技术，把人类干细胞注入动物胚胎，尝试在猪和羊体内培育人体器官，希望减缓器官短缺，据悉已有至少20只羊或猪被植入改造胚胎。

这一做法引发道德争议，有人批评这些“半人半兽”模糊物种之间的界线，有人更担心胚胎或发育成具人类特征、甚至是人智的生物。

科学家先通过基因工程，去除胚胎某个特定器官并注入人类干细胞，然后把胚胎植入母体，待胚胎成长时，干细胞便会分化成特定器官，填补空缺。类似技术早已应用于白鼠身上，但如今应用于较大型哺乳类动物，被视为在培育人造器官上迈出一大步。

由于胚胎成长及发育需要时间，科学家将要等待数年才能知道这些器官是否适合用作移植。

虽然此技术尚未传入英国，但英国政府预料会于本周公布首份相关指引，宣布有关技术合法。爱丁堡大学罗斯林研究所动物生物科技教授怀特洛认为，英国科研人员会对新技术感兴趣，又指此举“符合商业利益，且可引发健康、具建设性的社会讨论”。

动物权益组织则猛烈批评，称实验把活生生的动物当作培育人类器官的“容器”。评论又指这一技术与普通基因改造不同，实际是在制造新的生物，一旦动物体内发展出人类脑细胞，更可能改变其的思想和行为模式，成“半人半兽”，后果不堪设想。

寒冬开梅

希望有帮助于自闭症患儿。

华盛顿人

寒冬开梅 发表于 2016-1-27 11:32
希望有帮助于自闭症患儿。

自闭症患儿，中美都很常见。寄予希望。