中科院李勁松團(tuán)隊(duì)系列研究形成遺傳疾病治療策略，獲上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)
為人類(lèi)基因缺陷修復(fù)提供新思路
對(duì)細(xì)胞進(jìn)行重編程，目前比較有效的是核移植和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)。全球首例克隆猴采取的就是核移植技術(shù)，該技術(shù)與誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)于2012年摘得諾獎(jiǎng)。然而，核移植技術(shù)程序復(fù)雜、克隆胚胎發(fā)育率低；誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)安全性低，重編程機(jī)制不清楚。如何找到一種安全、可靠、高效的細(xì)胞重編程技術(shù)，一直困擾著生物學(xué)界。中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所李勁松團(tuán)隊(duì)開(kāi)展系列研究形成了遺傳疾病治療策略，有望在受精卵形成或受精過(guò)程中修復(fù)基因缺陷，對(duì)于人口健康具有重要的意義，日前獲得上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。
“人造精子”入選中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展
“能夠證明這一假說(shuō)，我到現(xiàn)在都感到興奮?！崩顒潘裳芯繂T表示，通過(guò)核移植重構(gòu)胚胎，能在小鼠的體外發(fā)育成囊胚，但將這些囊胚移入小鼠子宮，僅有3%左右能發(fā)育成克隆鼠。國(guó)際上有一種假說(shuō)認(rèn)為，這是由于克隆囊胚的滋養(yǎng)外胚層里，存在一類(lèi)“重編程異常細(xì)胞”。然而，這一假說(shuō)始終未被證實(shí)。2011年，李勁松團(tuán)隊(duì)不僅直接驗(yàn)證了這一假說(shuō)，還修復(fù)了個(gè)中缺陷，使克隆動(dòng)物出生率一下提高了6倍。
卵子和精子是體內(nèi)僅有的單倍體細(xì)胞，然而卵子和精子都無(wú)法在體外培養(yǎng)，也無(wú)法在基因?qū)用孢M(jìn)行操作。從上世紀(jì)80年代初，就有許多科學(xué)家想要建立一個(gè)單倍體細(xì)胞來(lái)當(dāng)精子用，無(wú)奈在細(xì)胞培養(yǎng)中，這些單倍體細(xì)胞很容易自發(fā)地二倍體化，直到近年來(lái)出現(xiàn)了流式分選儀，可以把單倍體和二倍體分開(kāi)。李勁松研究組和徐國(guó)良課題組“借殼生蛋”，從只攜帶精子遺傳物質(zhì)的胚胎中建立了單倍體胚胎干細(xì)胞，再將其注入卵子后于2011年10月23日產(chǎn)生了健康的小鼠?！斑@是非常令人驚奇的事情。因?yàn)檫@并不是真正的精子，而是胚胎干細(xì)胞?！边@一成果入選了2012年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。
這一半克隆技術(shù)當(dāng)時(shí)的成功率只有2%，到了2015年，成功率提高到了20%?！拔覀兒芎闷?，卵子單倍體細(xì)胞是否也如此？”研究組從卵子中找到了能夠代替精子的單倍體胚胎干細(xì)胞，在實(shí)驗(yàn)室里誕生了“沒(méi)有爸爸，卻有兩個(gè)媽媽”的健康小鼠。半克隆技術(shù)的成熟，使得它真正變成了一個(gè)工具。“圍繞這一工具，我們正在開(kāi)展一項(xiàng)全基因組標(biāo)簽計(jì)劃，準(zhǔn)備為全部2萬(wàn)多個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因添加一個(gè)標(biāo)簽，使每個(gè)蛋白質(zhì)具有特定的‘二維碼’?！?/p>
既要守得住，也要結(jié)合新技術(shù)
受精卵是生命的起始，是否能在這一階段修復(fù)導(dǎo)致疾病的遺傳缺陷呢？?jī)H用了8個(gè)月，課題組直接使用CRISPR-Cas9（一種基因編輯手段）修飾攜帶遺傳缺陷的白內(nèi)障小鼠受精卵，發(fā)現(xiàn)有三分之一新生小鼠被治愈，在國(guó)際上率先建立了受精卵介導(dǎo)的基因治療策略。這一成果被寫(xiě)入經(jīng)典教科書(shū)“分子細(xì)胞生物學(xué)”。但該方法存在治愈率低及少量脫靶問(wèn)題。為此，課題組從白內(nèi)障小鼠睪丸中獲取精原干細(xì)胞，在體外進(jìn)行修復(fù)并選擇不存在脫靶的“優(yōu)質(zhì)”細(xì)胞移植到體內(nèi)產(chǎn)生精子，進(jìn)而通過(guò)卵子注射獲得了100%修復(fù)的小鼠。該研究為人類(lèi)遺傳修復(fù)提供了一條新的思路。
在美國(guó)洛克菲勒大學(xué)從事博士后工作時(shí)，李勁松所在的實(shí)驗(yàn)室，都在研究嗅覺(jué)，只有他一個(gè)人從事嗅覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞克隆工作。由于之前沒(méi)有做過(guò)小鼠核移植，在整整一年半時(shí)間里，工作進(jìn)展緩慢，他一度也想離開(kāi)。在瘦了20斤以后，他的研究總算有了眉目。
“中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所有著自由的科研氛圍，與我在美國(guó)洛克菲勒大學(xué)感受到的沒(méi)有什么兩樣?！币宦纷邅?lái)，李勁松很是感慨，從事科研既要守得住，不能輕易放棄，也要結(jié)合新技術(shù)，說(shuō)不定就會(huì)柳暗花明。
在他的實(shí)驗(yàn)室走廊，展示著課題組的一些重要成果。“我想以此來(lái)激勵(lì)大家，要出更多更好的成果，把走廊都掛滿(mǎn)，也要努力為增強(qiáng)人民福祉作貢獻(xiàn)?！?/p>
原載于《解放日?qǐng)?bào)》 2018年5月6日 第2版
作者：黃海華
