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世界首例舞蹈症豬 精準模擬人類神經退行性疾病

來源:歐巴風    閱讀: 4.9K 次
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北京時間2018年3月30日凌晨(就在剛剛),生物學頂尖學術期刊《Cell》在線發表,我國科學家領銜的國際研究團隊首次利用基因編輯技術和體細胞核移植技術,成功培育出世界首例亨廷頓舞蹈症基因敲入豬。

世界首例舞蹈症豬 精準模擬人類神經退行性疾病

這是繼世界首隻轉基因亨廷頓病猴模型之後,由中國科學家主導,在豬模型上取得的重大科學突破,這個首例舞蹈症豬能精準地模擬人類神經退行性疾病——亨廷頓舞蹈病,爲我國腦科學與類腦研究提供了最新手段,也標誌我國大動物模型研究走在了世界前列。

這支中國科學家領銜的國際研究團隊有千人計劃專家、暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院李曉江教授,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院賴良學研究員,美國Emory大學人類遺傳學系李世華(Shi Hua Li)教授。

這支由我國科學家領銜的國際研究團隊,首次利用基因編輯技術(CRISPR/Cas9)和體細胞核移植技術,成功培育出世界首例亨廷頓舞蹈症基因敲入豬,能精準地模擬人類神經退行性疾病——亨廷頓舞蹈病。而這項研究,經歷了中外科學家聯手4年的努力。

科學家利用基因編輯(CRISPR/Cas9)技術,精準地將人突變的亨廷頓基因,即人外顯子1中包含150 CAG重複序列精確地插入豬的HTT內源性基因中,利用成纖維細胞篩選出陽性克隆細胞,並通過體細胞核移植技術,成功培育出亨廷頓舞蹈病的基因敲入豬模型,在國際上首次建立了與神經退行性病人突變基因相似的大動物模型。

研究發現,該模型不僅能模擬亨廷頓舞蹈症病人在大腦中特異神經元選擇性死亡的典型病理特徵,而且表現出類似亨廷頓舞蹈病“舞蹈樣”的異常行爲。更重要的是,這些病理特徵及異常行爲都可以穩定地遺傳給後代。

亨廷頓舞蹈症、阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化症等均是因爲蛋白質的錯誤摺疊而導致神經細胞死亡, 是當今社會嚴重威脅人類健康的神經退行性疾病。這些疾病伴隨年齡漸長而產生、可遺傳、呈漸進性發展,由於缺乏合適的動物模型進行藥物篩選,目前尚無有效的治療方法。

“舞蹈症”聽起來多少有些浪漫,症狀卻可怕極了。得病的人會情緒異常,手指、腿部、臉部或身體出現不自主動作,以及智力衰減……患者會逐漸喪失行動、思考、說話和吞嚥等功能。最可怕的是,亨廷頓舞蹈症不可治癒,可遺傳。

亨廷頓舞蹈病是由單基因(HTT)突變導致的神經退性疾病,這是一個理想的疾病模式,可用於研究蛋白質錯誤摺疊如何引起選擇性的神經退性病變,是以後研究多基因突變病症的基礎。

小鼠,是最常見的動物模型,已被廣泛地用於研究人類疾病機理和尋找臨牀治療方法。但本次研究的共同作者李曉江發現,表達突變基因的神經退行性疾病小鼠模型,並不能表現出像病人腦中一樣的典型神經細胞死亡的重要病理特徵。許多有治療效果的藥物在小鼠模型中有效,在臨牀上對病人往往無效。於是,科學家開始把目光轉移到大動物身上。

而早在2008年,李曉江和同爲人類遺傳學教授的夫人李世華(Shi Hua Li)在美國Emory大學合作者的支持下,通過將外源性的突變基因引入到獼猴的體內,成功地建立了世界首例轉基因亨廷頓病猴模型。在該模型中,可以明顯地觀察到相應的病理特徵和行爲變化。但是,表達外源性致病基因片段的毒性過強,實驗中的轉基因猴子基本在出生後較短時間內死亡,同時無法傳代。因此,沒有辦法達到篩選治療疾病的藥物的目的。

最終,他們找到了現在的試驗對象——豬。研究團隊通力合作經過4年的努力,利用基因編輯(CRISPR/Cas9)技術,精準地將人突變的亨廷頓基因插入豬的HTT內源性基因中,並通過體細胞核移植技術,成功培育出亨廷頓舞蹈病的基因敲入豬模型。

文章共同第一作者爲暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院閆森副研究員和塗著池博士、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院劉朝明。中山大學、吉林大學、雲南農業大學的科學家們也參與了該工作。

中科院院士裴鋼教授在得知該成果發表後指出,在國家的前瞻性佈局下,我國在基因編輯猴和克隆猴的研究中相繼取得突破性成果,這次我國科學家在豬的疾病模型研究中又取得重大進展,表明我國在大動物模型的研究中已走在世界前列,將極大地推動我國生物醫藥產業的創新發展。

從事多年研究亨廷頓病的權威專家、美國加州大學洛杉磯分校楊向東(X. William Yang)教授指出,亨廷頓舞蹈病基因敲入豬的建立是神經退行性疾病研究領域中的一個里程碑式的發現, 使科學家能更深入瞭解神經細胞死亡的機制及尋找有效的治療方法。(來源:鳳凰網)

2017年6月20日訊,據外媒報道,美國生物夸克(Bioquark)公司將在今年啓動一項頗具爭議的研究——將幹細胞注射至已被宣告腦死亡的患者的脊髓中,同時採取其他一些輔助措施,目的是使受試者大腦中長出新的神經元,並促使它們相互連接,從而實現真正意義上的起死回生。

世界首例舞蹈症豬 精準模擬人類神經退行性疾病 第2張

世界首例舞蹈症豬 精準模擬人類神經退行性疾病 第3張

生物夸克公司的這項研究並非在今年纔開始,而是2016年就在印度的北阿坎德邦的阿溫帕姆醫院啓動人體復活術的第一次試驗,但是,由於沒有招募到志願者,這項研究胎死腹中。

生物夸克公司位於美國費城,公司CEO艾拉?帕斯特稱,幹細胞拯救腦死亡病人的試驗在2016年就已獲得美國國立衛生研究院的批准。這項試驗的主要任務就是要通過幹細胞的生長復活患者的中樞神經系統,以促使人死而復生。

現在,該公司需要招募20名受試者,對他們開展一系列試驗治療。首先,在這些人瀕死階段,從患者自身的脂肪或血液中取出幹細胞,待病人腦死亡後,把這些幹細胞注入受試者的脊髓,時間是在6星期內,每兩週一次向受試者脊髓或腦部注射幹細胞,以促進新神經元的產生。

與此同時,他們將每天用泵把混合肽輸入受試者的脊髓,爲新神經元的生長提供養料。這個套餐稱爲BQ-A配方。此前生物夸克公司已經在患有黑素瘤、腦損傷患者和動物身上試驗過這種配方。

另外,受試者將接受15天的對神經的電刺激和激光治療,以此促進新神經元的生長,讓神經連接起來,啓動人體自身修復機能。這種療法過去多用於卒中和帕金森症患者的治療,有一定效果。此外,研究人員還要用腦部掃描儀器觀察患者的腦電波及患者的行爲信號,以判斷治療是否具有效果。

現在,生物夸克公司正在尋找臨牀試驗的地點,初步確定在拉丁美洲開展這項試驗。

這項起死回生的醫學試驗似乎很鼓舞人,但是,也充滿疑問。如果真能修復腦死亡者的中樞神經——大腦和脊髓,同時還能讓全身的周圍神經也恢復功能,也就意味着真的可以讓腦死亡者起死回生。但是,腦死亡者如果恢復了大腦功能,無論是作爲局部的已經死亡的神經細胞,還是作爲產生意識的大腦白質和灰質的所有功能能否全面恢復?如果是,他們的大腦功能和思維是否與生前一模一樣?

世界首例舞蹈症豬 精準模擬人類神經退行性疾病 第4張

幹細胞是再生醫學的基礎,因爲幹細胞可以長出各種組織和器官,在生物當中最常見的是壁虎和蠑螈失去肢體後,還會從原有的位置長出新的肢體來,其新生的肢體就是由幹細胞生長的。

據生物夸克公司稱,他們使用的是從患者身上提取的間充質幹細胞,也是一種多能幹細胞。間充質幹細胞在體內或體外特定的誘導條件下,可以分化爲脂肪、骨、軟骨、肌肉、肌腱、韌帶、神經、肝、心肌、內皮等多種組織細胞。

用誘導的多能幹細胞可以長出新的神經細胞以修復受損的脊髓和大腦,在動物試驗中已經有成功的案例了。

2010年12月8日,日本東京慶應義塾大學岡野榮之的研究小組宣稱,他們先將四種基因移植到人體皮膚細胞中,誘導皮膚細胞生成誘導多能幹細胞,再把這些細胞注射到一隻癱瘓的絨猴(美洲產小型長尾猴)體內進行治療。這隻絨猴是因爲頸部脊椎受損而致高位截癱,頸部以下四肢失去運動功能,不能正常行走和活動。治療6周以後,絨猴已經能到處蹦跳,接近於它受傷前的正常運動水平。此外,這隻絨猴用前肢抓握物體的力量也恢復到了80%。

世界首例舞蹈症豬 精準模擬人類神經退行性疾病 第5張

但是,誘導多能幹細胞能否全面應用到臨牀治病救人,還有許多難題需要攻克:一是誘導多能幹細胞的致癌性,二是免疫原性,三是培養誘導多能幹細胞的效率。

更何況,把間充質幹細胞或誘導的多能幹細胞注射到腦死亡病人的脊髓和大腦中,能否產生新的神經細胞有一個巨大分水嶺,過去的所有研究都是在有生命功能的存活機體內產生的,人一旦腦死亡,所有的機能都會停止,包括大腦和脊髓神經細胞新陳代謝和功能都是不可逆的死亡,即便注入新的有強大功能的胚胎幹細胞,是否能在已經死亡的機體中生長和發育呢?

對此,生物夸克公司的研究人員的回答是,腦死亡的患者大腦仍有“一小羣細胞”沒有失去功能。但是,一些研究人員認爲這種說法只說對了一半。美國得克薩斯健康醫學中心的小兒外科醫生考克斯也在使用間充質幹細胞進行研究,與生物夸克公司試驗使用的細胞一樣。考克斯也認爲,人死亡後,一個叫做腦室下區的腦部區域中的細胞仍可以在培養基中生長。不過,通過幹細胞治療產生新的神經元,以及讓新生的神經元產生連接不大可能成功。因爲,由於腦死亡的人腦部血液供應幾乎已經完全停止,即便有新的神經元產生,也很難生存下來。

而且,讓新的神經元生長出來併產生連接,需要依賴功能正常的腦幹,大多數運動神經元都是通過這個結構與大腦皮層連接。如果腦幹功能已經停止,即便有新生神經元產生,也與大腦皮層連接不起來,因而難以讓人起死回生。

因此,生物夸克公司的這項大膽試驗到底能有什麼效果,或許只能期待奇蹟出現。

對腦死亡患者注入幹細胞讓其復活也面臨倫理問題,需要獲得倫理委員會的批准,還要讓病人和家屬知情同意。但是,比較而言,這一醫學試驗的倫理阻力顯然要比大腦移植(換頭術)要小得多,因爲,換頭術很可能讓受試者死亡,是以受試者的生命爲代價。

但是,對腦死亡患者進行試驗並非如此。因爲,患者已經死亡,按現代標準,腦死亡不同於傳統的呼吸心跳停止的死亡,即便患者還有心跳甚至呼吸,也是死亡。因爲病人的心跳、呼吸、血壓等生命體徵都可以通過一系列藥物和先進設備加以逆轉或長期維持,但是如果腦幹發生結構性損傷破壞,無論採取何種醫療手段都會發展爲心臟死亡。

在1968年在第22屆世界醫學大會上,美國哈佛醫學院腦死亡定義審查特別委員會提出了“腦功能不可逆性喪失”作爲新的死亡標準,並制定了世界上第一個腦死亡診斷標準:不可逆的深度昏迷;無自主呼吸;腦幹反射消失;腦電波消失(平坦)。凡符合這些標準,並在24小時或72小時內反覆測試,多次檢查,結果無變化,即可宣告死亡。但需排除體溫過低(<32.2℃)或剛服用過巴比妥類及其他中樞神經系統抑制劑兩種情況。

1968年,世界衛生組織和國際醫學科學組織委員會規定死亡標準也是腦死亡:對環境失去一切反應;完全沒有反射和肌張力;自主呼吸停止;動脈壓陡降;腦電圖平直。

當然,不同國家對腦死亡有不同的標準,但大同小異,而最大的差異是,有些國家法律認可腦死亡,有的不認可。所以,在認同腦死亡的國家,對腦死亡患者進行幹細胞逆轉生命的試驗應當行得通,在病人已經腦死亡的情況下,試驗成功是醫學科學的巨大成果,沒有成功也並未讓受試者遭受更大的損失。

不過,最大的疑點和關鍵點還是在腦死亡,即在試驗中如何定義腦死亡標準和按標準操作,如果腦死亡的標準不嚴謹,則有可能是讓並未腦死亡的人進行試驗,就會產生兩種結局:如果試驗不成功,會殺害病人;如果試驗成功,也並非完全是幹細胞的功效,因爲人還活着,脊髓、大腦和周圍神經組織的功能以及血液循環和呼吸系統還在發揮作用。即便幹細胞促使新的神經元產生,也並非只是幹細胞的功能。來源:北京日報 微信公衆號 猜你會好奇 作者 張田勘

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