世界首例體細胞克隆猴在中國誕生：牛在哪？意義有多重大？

鬼谷藏龍 / 作

明天、小貝 / 編

24日下午，中國科學院神經科學研究所的孫強團隊宣布，成功克隆出了兩隻食蟹猴。這是世界首個體細胞克隆猴。該成果1月25日以封面文章發表於學術期刊「細胞」上。

圖片來源：China Daily

中中和華華，人類首次通過體細胞核移植的方式克隆出來的靈長類動物。視頻來源：參考文獻[6]

而在此之前，靈長類動物的克隆絕對是生命科學領域最讓人絕望的技術難題之一。

克隆猴：

無法迴避的巨坑

克隆羊早在二十多年前就已經誕生，之後不過幾年，小鼠，豬，牛，馬，狗以及喵主子都被成功克隆了出來，可這克隆猴卻始終一丁點動靜也沒有。這可不能怪科學家不努力。克隆猴的意義重大，全世界最頂尖的科學家有條件的都上了，沒條件的製造條件也要上。

多莉誕生後的部分克隆動物：

1997，老鼠Cumulina；

2001，山羊Megan；

1998，牛Gene；

2000，豬Jose, Josúe, Juan, Amber, Jose；

2001，貓CC；

2003，馬Prometea；

2005，狗Snuppy；

最初的「克隆猴」更像同卵多胞胎？

這其中最值得一提的是美籍哈薩克科學家沙烏科萊特·米塔利波夫（Shoukhrat Mitalipov），他的導師唐·沃爾夫（Don P. Wolf）早在1997年就曾經利用卵裂球的細胞核做過「克隆猴」[2]。所謂卵裂球就是受精卵早期分裂（二細胞期到八細胞期）的產物，本身就能發育成完整個體（多胞胎就可能由幾個卵裂球發育而來）。

但是，這並不是真正的克隆。

克隆技術示意圖。圖片來源：鬼谷藏龍

我們所說克隆技術，是將體細胞的細胞核取出，替換掉卵細胞原本的細胞核。這個新進入到卵細胞的細胞核會「被迫「做起卵細胞核的工作，指揮這個卵細胞發育成一個完整的個體。

這種更換細胞核的操作就叫「核移植」；倒逼細胞核轉型的現象，有點類似於給電腦硬體修改程序，因此就被稱為「重編程」。因此「克隆」的專業名稱叫做「體細胞核移植重編程」。

而卵裂球細胞核克隆猴，和前天宣布成功的體細胞核克隆猴相比，區別就在於：前者只涉及「核移植」，無關「重編程」。唐·沃爾夫的這種「克隆猴」更接近於人造同卵多胞胎猴。

沙烏科萊特·米塔利波夫。圖片來源：wikimedia.org

突破！獼猴克隆胚胎幹細胞

米塔利波夫接過了他導師的衣缽，在克隆猴的道路上也走得更遠。米塔利波夫就職於世界最頂尖的非人靈長類研究機構——美國俄勒岡健康與科學大學（Oregon Health and Science University）。二十多年來，他幾乎就只專註於克隆猴這一件事。2011年，他首次發現咖啡因可以提升核移植重編程效率，並由此第一個製造出了獼猴的克隆胚胎幹細胞[3]。這在當時也是非常重大的突破了，他曾是全世界最被寄予厚望第一個克隆出猴子的人。

克隆技術曾被判死刑

2012年，CRISPR/Cas9技術的誕生更是讓人覺得給克隆技術判了死刑。原本克隆最大的優勢在於製作基因編輯動物，人們編輯體外培養的細胞的基因非常容易，而編輯動物個體的基因則極為困難。而克隆相當於是將養在盤子里的細胞變成養在籠子里的動物。細胞有什麼樣的基因，動物就有一模一樣的基因——這對於製造基因編輯動物而言意義重大，因此克隆曾是製作基因編輯動物為數不多的技術選擇之一。

但是CRISPR/Cas9改變了這一切，這個基因編輯技術極為高效，在小鼠等動物身上很輕鬆就能直接編輯動物個體的基因，那還要克隆作甚？

體細胞克隆猴中中、華華：那麼我們無用武之地了嗎？當然不是！ 圖片來源：參考文獻[6]

一時之間，原本的熙熙攘攘變得門庭冷落，放眼全世界，也只剩少數幾個研究機構還在繼續堅持。這其中包括米塔利波夫的實驗室，也包括一些來自中國的實驗室。而希望也正燃起於絕望之中。

新技術猴子用不了，還是得克隆！

在中國新近立項的「中國腦計劃」[4]中，基因編輯非人靈長類被放在了核心位置。一開始，大家的想法自然是，既然猴子貌似根本無法克隆，那麼就用CRISPR/Cas9來編輯猴子的基因好了。

然而猴子貌似就是有某種非要跟新技術過不去的體質——克隆搞不定，CRISPR/Cas9居然也不是很給力。在小鼠身上運行流暢的技術移植到猴子身上，效率少說降個九成。2014年，昆明動物所的季維智研究員率先將CRISPR/Cas9用在獼猴身上，結果效率低得可怕，獼猴渾身上下的的細胞中被成功編輯只有微乎其微的一丁點，得用很精密的生物學檢測手段才能查出來。

雖然後來，中國科學家經過一系列改進，將基因編輯猴推進到了能夠實用的程度，也走進了國際前列，比如製造出過帶有特定遺傳病的猴子模型。但是這些技術改進多少都有點「得之桑榆，失之東隅」的意思——雖說能造出想要的猴子，但也存在製作周期漫長或是適用範圍狹隘等問題。

這時驀然回首，人們才發現克隆技術其實並未過時，它依然是製造基因編輯猴模型的最佳選項。但這畢竟是個國際難題，單單是承接這個課題就需要巨大的勇氣。米塔利波夫兢兢業業鑽研了二十多年，但是臨門一腳死活踢不進去；以楊輝博士等為代表的中國科學家也曾設計過一些「曲線救國」的方案，但是後來也未能如願以償。

靈長類克隆，難在哪？

之所以靈長類的克隆如此艱難，很大程度上是因為靈長類動物的卵和細胞核都「特別矯情」。

一方面，靈長類的卵極為敏感，哪怕是簡單的擠壓都會導致其異常分裂，那麼你要把它挖開來吸走細胞核，又要塞個野路子細胞核進去，這麼一通操作下來還不跟你玩命？

另一方面，靈長類的細胞核非常戀舊，就算你給它換了工作崗位，卻怎也做不通它的思想工作，重編程無論如何都不徹底，指揮胚胎髮育的時候心猿意馬，以至於總會「胎死腹中」

問題解決

  克隆猴終於誕生！

去除卵母細胞的細胞核。視頻來源：參考文獻[6]

往卵母細胞里注入體細胞核。原本的顯微操作很容易讓卵子「壓力山大」，這次研究改進了核移植的操作，使得這個過程更加溫和，卵子就會乖乖的啦。視頻來源：參考文獻[6]

之前，米塔利波夫在克隆操作中引入咖啡因的做法，大致解決了卵細胞過於敏感的問題。咖啡因是一種蛋白磷酸酶抑製劑，它可以暫時抑制卵細胞中的某些信號通路，讓卵細胞在「大權交接」期間基本保持穩定。不過咖啡因等小分子存在毒性問題，這次的克隆猴並未採用咖啡因的方案，而是採用一種不會擠壓到卵細胞的特殊核移植方法，直接降低對卵子的刺激。

而靈長類體細胞難以徹底重編程這個問題的解決，則得感謝另一位華裔科學家，來自哈佛大學醫學院、加州大學聖迭戈分校的張毅博士。他發現細胞核這種執念的本質在於其表觀遺傳學修飾，也就是細胞DNA上一些特殊的化學標記。如果在克隆的過程中加入一種叫做Kdm4d的酶，就可以「擦掉」體細胞核基因的一些關鍵的表觀遺傳修飾，讓這枚體細胞核 「洗心革面，重新做核」[5]。

本次克隆猴的實驗設計。圖片來源：參考文獻[6]

順著張毅博士的思路，中國科學院神經科學研究所的孫強博士和劉真博士一起改進了克隆猴技術——他們成功地利用Kdm4d「洗腦」了猴子的體細胞核，終於使之得以全心全意指導猴子的胚胎髮育。

不過理論歸理論，實際的摸索還是很艱巨的，孫強與劉真師徒倆為此奮鬥了超過三年，嘗試了超過三百次核移植後才終於誕生了世界上首例，兩隻，克隆猴[6]。中中和華華，這兩個名字，也代表了中國科學家的自信。

中中和華華，終於誕生。圖片來源：參考文獻[6]

克隆猴的到來

給未來更多可能性

從落後到並跑，如今領先世界

曾經，中國的神經科學研究在國際上是根本排不上號的。在中國科學院神經科學研究所所長蒲慕明剛剛回國的時候，國際一二線的神經科學期刊已經幾十年都沒出現過中國科研機構的名稱了。二十年的努力，讓中國也終於邁入了國際神經科學大國的行列，能夠與其他國家「並跑」了，而克隆猴的突破則一舉奠定了「中國腦計劃」乃至整個神經科學領域新時代研究的基石。蒲慕明對此非常激動地表示，從此中國神經科學家再也不單單是「並跑」了，我們將「領跑」整個世界。

從左向右，分別是中科院神經科學研究所所長蒲慕明，論文通訊作者孫強和第一作者劉真。圖片來源：中國科學院神經科學研究所

神經科學與醫學研究，邁入新時代

從中國科學院，從中國這裡開始，神經科學研究將邁入「基因編輯非人靈長類」的時代。

猴子是神經科學領域不可或缺的實驗動物。如果對比其他動物的腦子，就會發現，放眼整個自然界，也只有猿猴的大腦能與人類比肩。

猴子能模擬許多人類的行為和決策，經過訓練的猴子甚至可以跟人下棋打牌（當然是比較簡單的類型，不過你也不一定玩得過它們）。它們甚至不用訓練就懂得「看人臉色」——實驗室里相當一部分猴子都知道研究生可以欺負，但是導師可惹不起。

猴子也會出現非常類似於人類的腦部疾病，包括孤獨症、抑鬱症、帕金森病以及不久前很火的「漸凍人」等等。這一切都可以利用基因編輯與克隆技術迅速製作出相關的猴模型。藉助這樣的動物模型，科學家可以在與人類更加相似的平台上研究疾病的發病機制，試驗新的治療方法。人們對這些疾病的理解將出現質的飛躍。

我們至今都對這些複雜思維背後的神經學機制一無所知，一旦克隆猴技術得到突破，沒準到頭來人們還會破解大腦作出決策的「演算法」——如果大腦將外界刺激轉化為特定決策真的有規律可循，怕是連人類數千年來固守的「自由意志」都將受到動搖。

中中和華華。圖片來源：參考文獻[6]

有了克隆猴，人們也終於可以隨心所欲地在靈長類動物身上應用「光遺傳」等技術，在基因和神經環路層面洞悉靈長類的大腦——這對於理解我們人類的大腦有著非比尋常的意義。

還有如今很火的基因治療。在此之前由於幾乎不可能製造出帶有遺傳病的猴模型，因此基因治療的概念在動物實驗和人體實驗之間一直存在著巨大鴻溝。少數在人體上的嘗試也面臨倫理指責。而現在，這一切都將成為過往。說不定，在未來的醫院，維修基因也會像維修一般的器官一樣，成為必備的科目。

而我們，有幸見證了一個偉大時代的開始，更可以期待一個更加美好的未來。

參考資料：

1. Gurdon, J.B. (1962). The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J. Embryol. Exp. Morphol. 10, 622–640.

2. Meng, L., Ely, J. J., Stouffer, R. L., & Wolf, D. P. (1997). Rhesus monkeys produced by nuclear transfer. Biology of reproduction, 57(2), 454-459.

3. Byrne, J. et al. (2007). Producing primate embryonic stem cells by somatic cell nuclear transfer. Nature, 450(7168).

4.蒲慕明, 徐波, 譚鐵牛. 腦科學與類腦研究概述[J]. 中國科學院院刊, 2016, 31(7): 725-736

5. Chung YG et al. (2015). Histone Demethylase Expression Enhances Human Somatic Cell Nuclear Transfer Efficiency and Promotes Derivation of Pluripotent Stem Cells.Cell Stem Cell. 3;17(6):758-766.

6.Liu, Z. et al. (2018). Cloning of macaque monkeys by somatic cell nuclear transfer. Cell

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