我科学家用TALEN技术制备神经疾病猴模型

　　

生物通报道：对非人类的灵长类动物进行基因编辑，可带来有价值的动物模型，用以探索人类遗传性神经系统疾病的病因和治疗策略。然而，到目前为止，密切模拟人类病理和行为缺陷的神经系统疾病猴模型，还没有被成功地制备出来。

8月9日，国际学术期刊《Cell Research》在线刊登了我国科学家的一项重要研究成果，这项研究采用TALEN技术，制备了小头畸形致病基因MCPH1突变体食蟹猴模型，并对这种MCPH猴模型的表型进行了描述。中山大学中山医学院的项鹏教授、华南农业大学兽医学院的杨世华教授和中科院北京动物所的周琪研究员，是本文的共同通讯作者。

人类胚胎干细胞可以用来开发各种不同的体外类器官培养系统，包括脑组织，可用于了解器官发生和疾病的相关机制。然而，人类的大脑包含超过1700亿个神经元和非神经元细胞，它们分布在各个脑区。离体器官发生仍然不能充分地模拟人类神经系统和精神疾病。

在最近的几十年中，基因编辑的动物模型，特别是啮齿类动物模型，已经被制备出来，用以加深我们对于致病机制的理解，并测试人类神经系统疾病的潜在疗法。然而，因为人类和啮齿类动物之间在行为、生理和解剖学上有着许多的差异，所以，许多啮齿类动物模型不能真实地模拟人类的病情。由于非人灵长类动物的感知、认知和行为技能与人类非常相似，所以，开发非人灵长类动物模型，模拟人类神经系统疾病，会非常有助于我们理解在人类大脑中运作的机制。

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常染色体隐性遗传性小头畸形（MCPH）是一种神经系统发育障碍疾病，其主要临床特征是头围减小伴随一定程度非进行性智力退化。目前已经确定了超过12个致病基因；第一个被称为MCPH1。进化研究表明，MCPH1基因的变化对于人类大脑的增大起着重要作用。此外，该基因在人类和大猿的进化过程中显示了积极选择的证据。

MCPH1基因的截短可引起大脑尺寸显著降低与身材矮小。一些患者表现出智力缺陷和其他神经系统疾病，包括痉挛。磁共振成像（MRI）显示脑畸形的存在，如大脑中一个简化的脑回格局，和胼胝体脑的发育不全。几项精心设计的研究表明，MCPH1基因缺陷小鼠可表现出小头畸形的一些关键特征，从而有助于我们了解致病机制。例如，Chen等人报道，MCPH1基因敲除小鼠表现出小的头骨大小和听力障碍。另一组研究也发现，由于海马神经前体细胞从对称到不对称分裂的过早切换，阻断MCPH1可引起小头畸形。到目前为止，研究人员在小鼠模型中没有发现神经病学症状，并不是所有的MCPH1突变小鼠会表现出在人类患者中观察到的大脑尺寸严重降低。因此，非人灵长类动物模型是十分可取的。相关阅读：Nature聚焦中国：灵长动物研究的圣地。

人类疾病的转基因猴模型，如亨廷顿舞蹈病转基因猴模型和自闭症相关基因MECP2转基因猴模型，已被创建出来，并被认为能够比啮齿类动物更好地模拟人类的行为和认知表型（相关研究：中科院发表Nature头条文章：世界首建自闭症转基因猴）。然而，在猴子中进行精确的基因编辑，仍然是一件耗时和困难的事情。

最近，一些研究使用转录激活因子样效应核酸酶（TALENs）或CRISPR/Cas9改良了基因编辑技术。有两组科学家曾经报道用TALENs制备MECP2基因敲除猴子模型（相关研究：中国学者报道TALEN介导的猕猴和食蟹猴的基因敲除）。然而，目前尚不清楚的是，TALEN介导的基因突变形成，是否能在非人类的灵长类动物中有效破坏靶基因功能，并概括疾病表型。

在这项研究中，研究人员采用TALENs，制备了一个携带双等位基因MCPH1突变的食蟹猴（Macaca fascicularis）模型。这种猴子模型能够概括患者中观察到的最重要临床特征，包括标志性的头围减少、染色体早期凝集（PCC）、胼胝体的发育不全和上肢痉挛。

此外，MCPH1在突变的真皮成纤维细胞中的过度表达，可缓解PCC综合征。这只猴子模型可以帮助我们阐明MCPH1在人类小头畸形发病机制中的作用，并让我们更好的了解这种蛋白质在灵长类动物大脑进化中的功能。

（生物通：王英）

注：项鹏，中山大学教授，博士生导师。1999年毕业于华西医科大学，获理学博士学位。1999年至2004年先后在中山大学和美国芝加哥大学从事博士后研究工作。现任广东省医学会细胞治疗学分会主任委员，广东省干细胞与再生医学工程技术研究开发中心主任，广东省普通高校干细胞与再生医学工程技术研究中心主任，广东省人体生物组织工程学会副理事长。在干细胞移植与组织再生领域取得突出成绩，以通讯作者身份在Cell Res ,Leukemia, Biomaterials, Stem Cells等发表SCI收录论文31篇，影响因子151.82。

周琪，博士，研究员，博士生导师，中国科学院动物研究所副所长，干细胞与生殖生物学国家重点实验室主任，生殖工程研究组组长，中国科学院院士。1996年毕业于东北农业大学，获理学博士学位；1997年进入中国科学院发育生物学研究所博士后流动站，1999年获副研究员任职资格；1999-2002年，法国国家农业科学研究院（INRA）分子发育生物学部博士后、项目组长；2001年入选中国科学院“****”；2002年加入中国科学院动物研究所，任研究员；2005年获得国家杰出青年科学基金；2015年当选中国科学院院士。

杨世华，教授，华南农业大学兽医学院副院长，广东省兽医临床重大疾病防控重点实验室副主任。2002年毕业于甘肃农业大学，获得临床兽医学博士学位；在中国科学院昆明研究所从事博士后研究、德国柏林笼养与野生动物研究所作高级访问学者。 2009年被破格晋升为教授。十多年来，长期从事动物胚胎生物学和胚胎工程技术研究，建立了猕猴（恒河猴和食蟹猴）辅助生殖技术和树鼩胚胎工程技术，制作中国首例试管猴、转基因猴及p53基因敲除猴，目前以主要应用基因修饰动物工程技术在制作多种基因缺陷动物方面开展了系列研究工作，相关研究成果已发表SCI收录论文30余篇，影响因子累计超过100。

生物通推荐原文摘要：
TALEN-based generation of a cynomolgus monkey disease model for human microcephaly
Abstract：Gene editing in non-human primates may lead to valuable models for exploring the etiologies and therapeutic strategies of genetically based neurological disorders in humans. However, a monkey model of neurological disorders that closely mimics pathological and behavioral deficits in humans has not yet been successfully generated. Microcephalin 1 (MCPH1) is implicated in the evolution of the human brain, and MCPH1 mutation causes microcephaly accompanied by mental retardation. Here we generated a cynomolgus monkey (Macaca fascicularis) carrying biallelic MCPH1 mutations using transcription activator-like effector nucleases. The monkey recapitulated most of the important clinical features observed in patients, including marked reductions in head circumference, premature chromosome condensation (PCC), hypoplasia of the corpus callosum and upper limb spasticity. Moreover, overexpression of MCPH1 in mutated dermal fibroblasts rescued the PCC syndrome. This monkey model may help us elucidate the role of MCPH1 in the pathogenesis of human microcephaly and better understand the function of this protein in the evolution of primate brain size.