利用最新表觀遺傳學成果 攻克非人靈長類動物克隆難題

? 原標題：中科院取得生命科學重大突破!通過體細胞核移植克隆獼猴誕生在中國

克隆「多莉羊」作為家喻戶曉的明星已經是20 多年前的事情了，可就在今天，中科院上海神經科學研究所的一項成就再次一石激起千層浪，他們經由體細胞核移植克隆的兩隻靈長類動物長尾獼猴「中中」和「華華」分別於2017年11月27日和12月5日誕生了。

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非人靈長類被認為是研究高等認知以及腦疾病的最理想模式動物，科學界一直就很重視，在世界各地建立了很多研究中心。中國因其得天獨厚的生物資源，更成為研究的重點。

克隆猴的作用在於，它可以幫助科學家製備具有相同遺傳背景的猴子，並對克隆猴的基因按需進行編輯，為研究人類腦部疾病、癌症、免疫系統或代謝紊亂等提供真實可靠的模型，還可用於測試藥物的療效。

克隆「中中」和「華華」所用的技術叫做體細胞核移植技術（somatic cell nuclear transfer，SCNT），克隆「多莉」羊就是靠這項技術才誕生的。它意味著無需精子這類生殖細胞而用已分化的體細胞也能產生和原細胞基因完全相同的子代。

其實，「中中」、「華華」並不是世界上首次被克隆出的靈長類動物。1999 年，科學家就使用胚胎分裂技術克隆出了一隻叫Tetra 的猴子。不過，該克隆技術比較簡單，是基於雙胞胎自然形成的模式，且一次最多只能產生四個後代。

應用體細胞核移植技術克隆生命體的步驟是這樣的：（以「多莉」為例）先將卵細胞的細胞核去除，再將另一個成熟分化的體細胞的細胞核取出，通過顯微注射打進卵細胞內。重構後的卵細胞繼續分化發育，最終形成與細胞核供體具有相同遺傳特徵的動物克隆。

在「多莉羊」誕生之後的20 多年間，先後克隆出了牛、鼠、豬、貓、兔、馬、狗、狼等動物，但克隆猴子的技術難度要大得多，這是因為：

1.猴子卵細胞獲取困難

食蟹猴和恆河猴都是單胎動物，要獲得猴子的卵母細胞資源，如果沿用在鼠、牛和豬等動物中的收集方法並不奏效。即使科學家用激素促進猴子排卵，得到的優質卵細胞仍然很少。所以，卵細胞數量就限制了這項技術。

2.SCNT技術本身存在缺陷

由於SCNT 本身存在的缺陷，導致通過克隆獲得的重構胚胎髮育效率很低。其中一個很重要的原因就是與其他哺乳動物的克隆相比，靈長類動物的體細胞核對SCNT 有抗性。

幾年前，美國科學家用SCNT 分別製造出了猴胚胎幹細胞和人類胚胎幹細胞，但是它們的發育能力十分有限。要解決這個難題，就必須找到這個抗性出現的原因究竟是什麼。經過多年研究，這種抗性被鑒別出來，即存在一種被稱之為重編程的抗性區（Reprogramming Resistence Regions, RRRs）。

在哈佛大學張毅教授的兩項研究中，明確了小鼠和人的供體細胞核的基因組中均存在RRRs。在這些區域，富集著一類組蛋白甲基化修飾，阻礙了具有多分化潛能調控功能的基因表達，使得SCNT 技術中的重構胚胎髮育受阻。

發現了原因，便為尋找解決辦法打開了大門。張毅教授研究組發現，如果向移植了體細胞核的卵細胞中引入KDM4D（一類組蛋白去甲基酶），去除這類組蛋白甲基化修飾，就能夠提高重構卵細胞的重編程效率和正常發育分化能力，進而提高核移植的成功率。

這次「中中」和「華華」之所以能夠誕生，就在於中科院上海神經科學研究所的研究人員充分利用了最新的表觀遺傳學成果。他們在完成核移植之後，研究人員向卵細胞導入了表觀遺傳修飾的調節因子KDM4D 和TSA，以此來啟動胚胎髮育的功能基因。由於導入了表觀遺傳修飾因子，體細胞核中原本被抑制的基因重新被激活，並最終在代孕雌猴中獲得了很高比例的受孕率和正常發育率。

對於「中中」和「華華」的供體細胞核的來源問題，科學家們嘗試了很多次才得以成功。起初，他們用了成年猴的體細胞核作為供體，但所得到的克隆猴因呼吸異常，在出生後只存活了幾個小時。後來科學家想到了用一隻流產的猴胚胎的成纖維細胞，這才得以獲得成功。研究人員從這隻流產的猴胚胎的成纖維細胞中獲得了大量遺傳背景相同的細胞核。

?圖：體細胞核移植技術中的顯微注射步驟（B,C,D,E,F）；重構細胞融合後正常發育為帶有內細胞團的囊胚（J）

? 科學家們從反覆的實驗中得出一項結論：相比胚胎體細胞，成體體細胞的重編程的阻礙更大，但其具體機制還不明確。目前，「中中」和「華華」還在喝奶期，生長發育良好，與其它猴子無異。科學家們會繼續關注其發育狀況，並致力於改善克隆技術。