中科院猪克隆效率提高7倍

1997年，克隆羊“多莉”诞生。随后的21年时间里，已有20余种动物相继成功实现克隆。在追求打破新物种壁垒的同时，科学家们还在孜孜不倦地解决另一个问题：克隆效率低下。

日前，中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究团队在猪体细胞克隆方面取得新进展：将克隆效率提高7倍。相关成果发表在美国科学类期刊《干细胞报告》(STEM CELL REPORTS)。

论文的第一作者阮德功在接受澎湃新闻采访时表示，“克隆不是自然界中自然发生的一个过程，它是一个人工的过程，克隆效率就会很低。即使像最新获得的克隆猴，现阶段克隆效率也是不高，全球仅获得2例成功。”

定点失活XIST基因

所谓的克隆即体细胞核移植技术(Somatic Cell Nuclear Transfer，简称“SCNT”)，研究人员需要将一种体细胞培养后注入去除遗传物质的卵子，通过人工方法激活后再移植到代孕母体发育成个体。

“实际上，截至目前体细胞的重编程具体机制依然没有被完全了解，重编程体系还是有待完善。体细胞是一种高度特化的细胞，要把它变成胚胎样的细胞，自身属性必然要被改变，在这个转变的过程中就遇到诸多问题，这就被称为重编程障碍。”阮德功表示。

以克隆猴为例，中科院上海神经科学研究所孙强团队获得成功的克隆猴体细胞来自于胎儿成纤维细胞，而成年猴体细胞的克隆猴出生后不久即死掉了(分别在出生3小时和30小时后死亡)。针对这一现象，同济大学生命科学与技术学院院长高绍荣就点评，“这也反映了现在的克隆技术还远远不是完美，还需要我们进一步去进行重编程机制的探索。”

对于猪而言，赖良学研究组在多年的克隆猪研究中发现，猪克隆胚胎移植到代孕母体后，大部分胎儿都会发生退化，其机制目前尚不清楚。阮德功提到，“此前的克隆效率基本不到1%。”

研究团队最新的这项研究主要集中于体细胞重编程过程中的两方面障碍。据阮德功介绍，“其中一方面X染色体上长链非编码RNA XIST，它对重编程有很大的阻碍作用。”

研究团队通过基因编辑技术，定点失活XIST基因。“我们移植了530枚XIST敲除克隆胚胎和953枚对照胚胎到5头代孕母体中，XIST敲除胚胎产生11头猪，但是野生型只有3头，所以克隆效率分别为2.07%和0.3%”

这也就意味着，通过敲除XIST基因，猪的克隆效率提高了大约7倍。

两道重编程障碍如何关联

研究团队此次聚焦的另一大重编程障碍是成体细胞的表观遗传修饰，例如H3K9me3甲基化。阮德功提到，“成体细胞中胚胎表达的基因都是沉默的，这种基因沉默就是靠这些表观遗传，但是在重编程的过程中要重新开启胎胚发育所需要的基因。”

研究人员发现，如果把XIST基因敲除掉，它能够很好地提高猪的克隆效率，同时还发现胚胎H3K9me3甲基化这种抑制状态也会下调。这也就意味，猪克隆效率越高，H3K9me3甲基化水平也会越低。

接下来，研究人员通过向XIST基因未敲除克隆胚胎中注射H3K9me3去甲基化酶来主动下调H3K9me3甲基化水平，从而观察是否会提高猪的克隆效率。

“这些胚胎移植到体内之后并没有提高总体的克隆效率，这就让XIST基因和H3K9me3甲基化之间产生了一个联系。XIST基因本身就是被H3K9me3甲基化抑制住的，如果再主动下调H3K9 me3甲基化水平，相当于把它对XIST基因的抑制作用给消除了。这最终就会抑制重编程，抑制猪胚胎的体内发育。”阮德功表示。

值得注意的是，研究团队此番是首次阐述了猪身上XIST基因和H3K9me3甲基化之间存在关联。

大动物克隆研究稀缺

回到研究团队的初衷，即提高猪克隆的克隆效率。阮德功提到，“这实际上是各物种普遍存在问题”。而因为资源限制等因素，大动物克隆研究尤其不易。“目前大家所有的研究都集中在小鼠身上，对大动物的研究，全球也没几家实验室可以做，范围和深度都有限，对大动物的了解也是不够的。”

以阮德功此番研究所用的猪举例，“猪的克隆研究就得有配套的养猪场，不像小鼠那样简单。另外猪的实验周期相对也较长，研究人员需要付出很大的成本，出成果也很慢，像小鼠一个月就能生一轮，猪就得三个多月。最新获得的克隆猴在这方面就更难，周期比猪还长，还不像猪一样是多胎生育，而是单胎”。

阮德功坦言，“能得到一个可以发文章的结果还是比较难的，所以大动物克隆研究背后必须有强大的支持力量。”

据阮德功介绍，目前克隆猪的用途主要在提供疾病模型、作为异种器官移植的供体和农业育种。

尤其在异种器官移植方面，猪具有天然优势。

猪于一万多年前被人类驯养，其生理指标、代谢系统以及基因的相似度都与人类相似，器官大小和功能与人类器官也高度相似，包括肾、心、肝、胰岛细胞、皮肤和角膜等器官和组织是能移植到人身上的最佳异种器官。

另外，猪具备繁殖快、无伦理之争等优势，目前被认为是解决人类器官短缺的理想供体。

就在2017年12月，中国西南生物多样性实验室诞生出了世界首批内源性逆转录病毒被灭活的猪，这也意味着猪异种器官移植最大的障碍，也就是猪内源性逆转录病毒引起的安全性问题和排斥反应已被解除。研究团队当时预计称，2020年将实现猪到人的器官异种移植。