
劉真懷抱體(ti) 細胞克隆猴。腦智卓越中心供圖
■本報記者 秦誌偉(wei)
世界首例體(ti) 細胞克隆猴“中中”和“華華”及5隻生物節律紊亂(luan) 體(ti) 細胞克隆猴相繼問世後,它們(men) 其中的一位“主人”劉真更忙了。劉真是中科院腦科學與(yu) 智能技術卓越創新中心(以下簡稱腦智卓越中心)研究員,“中中”和“華華”問世那一年,他隻有30歲。
雖然實現了體(ti) 細胞克隆猴的突破,但劉真並不滿足於(yu) 現有7隻克隆猴的效率。為(wei) 此,他和團隊一方麵不斷優(you) 化體(ti) 細胞克隆猴技術,另一方麵又在加緊研發用於(yu) 構建模型的其他技術。他將這一做法形容為(wei) 擴充“武器庫”,“需要什麽(me) 樣的猴模型,就可以有對應的技術開發出來”。
作為(wei) 中國土生土長的青年科學家,劉真的目標非常明確,就是要為(wei) 腦疾病和高級腦認知研究提供更理想、更多樣化的猴模型。
決(jue) 定紮根於(yu) 這一領域
為(wei) 什麽(me) 絕大多數腦疾病不能得到有效治療?據劉真介紹,主要原因之一是研發藥物通用的小鼠模型腦結構和腦功能與(yu) 人類相差甚遠,研發出的藥物在小鼠模型上有效,但到人體(ti) 檢測時大都無效或有副作用。而以食蟹猴和恒河猴為(wei) 主的非人靈長類,有著跟人更為(wei) 相近的腦結構和神經環路,被認為(wei) 是腦疾病和高級腦認知研究的理想模式動物。
2010年前,中國隻有為(wei) 數不多的非人靈長類研究機構,其中一個(ge) 就在腦智卓越中心(原名神經科學研究所),該中心研究員孫強擔任平台負責人。
這一年,劉真本科畢業(ye) 後考取神經科學研究所的研究生,他最初並不知道有這個(ge) 平台,但最後機緣巧合地做了孫強的首個(ge) 學生。既留之,則安之。一年的基礎理論係統學習(xi) 後,劉真對非人靈長類領域有了相對全麵的了解,他正式來到非人靈長類研究平台,投入轉基因猴的研究工作中。
越研究越有趣,碩士二年級還未結束,劉真就決(jue) 定紮根於(yu) 非人靈長類領域。
根據安排,劉真開始了胚胎顯微操作訓練。他一開始用小鼠的胚胎進行訓練,每天堅持練習(xi) 8至10個(ge) 小時,不到半年時間,劉真就熟練掌握了技術方法和流程。
就在劉真即將碩士畢業(ye) 時,非人靈長類研究平台和腦智卓越中心仇子龍研究組合作,利用慢病毒轉基因方法成功構建MECP2過表達轉基因猴。而MECP2是一個(ge) 自閉症相關(guan) 基因,該基因過表達會(hui) 導致自閉症的發生。
轉基因猴出生了,也表現出很多類似人類自閉症的行為(wei) 表型。孫強告訴劉真等團隊成員,“如果能快速實現轉基因猴的繁殖傳(chuan) 代,繁殖出具有自閉症表型的子代轉基因猴,這在技術發展和自閉症研究中會(hui) 更有意義(yi) 。”
在調研相關(guan) 資料時,一篇關(guan) 於(yu) 早期精巢移植技術的文獻引起了劉真的關(guan) 注。“之前的研究隻做到獲取精子這一步,並沒有開展精子功能驗證。”
他敏銳地意識到,該技術極有可能加速傳(chuan) 代。他同導師孫強討論後,便開展實驗。實驗進展很順利,他們(men) 驗證了精子的功能,並成功獲得MECP2子代猴。
劉真介紹,基於(yu) 精巢異種移植的技術顯著縮短了轉基因猴精子產(chan) 生時間,在兩(liang) 年內(nei) 得到下一代轉基因猴,首代轉基因猴中類似人的自閉症表型也傳(chuan) 遞到了下一代,為(wei) 自閉症的致病機製及幹預手段研究提供了有效的非人靈長類動物模型。相關(guan) 研究分別發表於(yu) 《自然》《細胞研究》。
然而,病毒轉基因的方法隻能實現外源基因的過表達,無法實現精確的基因敲除。隨著基因編輯技術的興(xing) 起,劉真和團隊成員抓住機會(hui) ,又迅速建立了高效穩定的基因敲除模型構建平台,並得到了多種基因敲除猴模型。
成功翻越“兩(liang) 座山”
彼時,劉真博士生涯即將結束。是要留在國內(nei) 還是出國從(cong) 事博士後研究,他很難抉擇。那時國內(nei) 博士畢業(ye) 後的常規套路是先出國再回國,但出國就要改變原有的研究方向,劉真也清楚這一點。
帶著疑惑,劉真找到了研究所領導。當得到“隻要你做出好的工作,我們(men) 不會(hui) 看重國外經曆”的答複時,劉真打消了顧慮並決(jue) 定留下來,繼續攻克領域內(nei) 最重要的問題,即非人靈長類體(ti) 細胞核移植。
體(ti) 細胞核移植又叫體(ti) 細胞克隆。1997年首隻體(ti) 細胞克隆哺乳動物“多莉”的問世掀起了哺乳動物體(ti) 細胞克隆的研究浪潮,截至2017年,已經有23種哺乳動物被成功克隆。從(cong) 2002年開始陸續報道的體(ti) 細胞克隆猴研究均未成功。
其中,美國俄勒岡(gang) 國家靈長類研究中心教授Mitalipov團隊的研究最為(wei) 著名,該團隊在靈長類核移植領域完成了一係列重要突破。但在向這一領域內(nei) 最重要的科學問題發起衝(chong) 擊後,該團隊最終铩羽而歸。他們(men) 使用約15000枚卵母細胞進行體(ti) 細胞克隆猴研究,僅(jin) 僅(jin) 得到了一個(ge) 81天的流產(chan) 克隆猴組織。
盡管有這麽(me) 多失敗報道,劉真仍想試一試。他們(men) 堅信隻要在Mitalipov團隊的基礎上再進一步,就有希望突破該領域內(nei) 的公認難題。
於(yu) 是,劉真在Mitalipov團隊研究基礎上改進優(you) 化了體(ti) 細胞核移植技術,實現更加快速高效精確的卵母細胞去核和體(ti) 細胞注入等操作。“參照所有已有報道,我們(men) 的操作是最優(you) 化的。”
但這還遠遠不夠,提高胚胎發育效率是體(ti) 細胞克隆猴成功的關(guan) 鍵,這是劉真認為(wei) 的“第一座山”。為(wei) 了保證效果,廢棄的卵細胞無法再用,不得不使用部分好的卵細胞實驗。他們(men) 嚐試了三四種,結果不斷失敗。
好不容易測試到最好的條件,但得到的克隆猴又無法存活,這是劉真認為(wei) 的“第二座山”。“壓力非常大。”劉真表示,一方麵考慮到占用了資源,還沒有得到很好的結果;另一方麵考慮到一直失敗,對同事們(men) 也沒法交代。
這時,劉真又找到研究所領導和孫強。“他們(men) 非常堅定地支持我,給我減輕了負擔。”
劉真跟團隊成員重新設計方案,開展嚴(yan) 謹細致的實驗,最終完成了Mitalipov團隊在體(ti) 細胞克隆猴領域未完成的關(guan) 鍵一步,通過胚胎移植成功得到健康存活的克隆猴“中中”和“華華”。研究成果於(yu) 2018年作為(wei) 封麵文章發表於(yu) 《細胞》,這一成果轟動了世界。
緊接著,他們(men) 又成功地利用體(ti) 細胞克隆技術獲得首批遺傳(chuan) 背景一致的節律紊亂(luan) 疾病猴模型,證明體(ti) 細胞克隆技術用於(yu) 構建疾病模型猴的可行性。體(ti) 細胞克隆猴技術的誕生和應用,標誌著中國率先開啟批量化、標準化創建以獼猴作為(wei) 實驗動物模型的新時代。
實現有研究組的願望
完成上述重大突破時,劉真還在從(cong) 事博士後研究。出色的工作,讓他提前一年出站,並破格升為(wei) 研究員,那時他隻有30歲。
這時,劉真準備大展身手,並希望組建自己的研究組。
2018年9月,他的願望實現了,他的實驗室開始“招兵買(mai) 馬”。兩(liang) 年來,研究組已有近20人。
然而,作為(wei) 研究組負責人,並不是一件容易的事。確定課題方向、管理實驗室、培養(yang) 學生……劉真需要抽出更多的時間和精力。
“說實話,帶學生是壓力最大的,選拔到這裏來的學生基本是各個(ge) 學校的尖子生,一來至少是五年,他們(men) 麵臨(lin) 的畢業(ye) 壓力也很大。所以不僅(jin) 要關(guan) 心他們(men) 成才,還要留意他們(men) 生活中的方方麵麵。”劉真說。
劉真也希望,更多的學生能像自己一樣幸運,遇到開明的導師和領導,不惟人才帽子,不拘一格錄用本土培養(yang) 人才;能夠一直從(cong) 事自己認定的科學研究方向,失敗了也能得到鼓勵支持;2017年,劉真獲得兩(liang) 年60萬(wan) 元的“博士後創新人才支持計劃”資助,為(wei) 開展博士後研究工作提供了重要幫助……
劉真打算用2到3年的時間完成研究組的過渡,同時開啟一些他感興(xing) 趣的課題。“當然,這些感興(xing) 趣的課題也是配合腦智卓越中心的整體(ti) 布局,麵向國家腦科學研究領域的需求和社會(hui) 腦疾病的需求。”
劉真研究組的大部分課題仍然會(hui) 與(yu) 孫強繼續合作。去年7月,兩(liang) 個(ge) 研究組合作,在《細胞研究》發文稱,他們(men) 利用第一極體(ti) 移植技術構建線粒體(ti) 替換食蟹猴模型,首次在靈長類個(ge) 體(ti) 水平驗證了極體(ti) 置換技術方法的有效性和安全性,對線粒體(ti) 遺傳(chuan) 疾病的核質置換治療及卵巢儲(chu) 備低下引起的不孕不育治療具有重要參考意義(yi) 。
劉真清楚,非人靈長類模型在生命科學的多個(ge) 領域都有著其他動物模型無法比擬的優(you) 勢,雖然這條路不好走,但他願意肩負這一使命。
《中國科學報》 (2021-06-15 第1版 要聞)