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作者:秦志伟 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/3 14:56:20
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“中国青年五四奖章”获得者刘真:
正在扩充构建动物模型“武器库”

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刘真怀抱体细胞克隆猴。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心供图

世界首例克隆猴“中中”和“华华”及其5只生物节律紊乱体细胞克隆猴相继问世后,它们其中的一位“主人”刘真更忙了。刘真是中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(以下简称脑智卓越中心)研究员,今年33岁。“中中”和“华华”问世那一年,他只有30岁。

虽然实现了体细胞克隆猴的突破,但刘真并不满足于现有7只克隆猴的效率。为此,他跟团队一方面不断优化体细胞克隆猴技术,另一方面又在加紧研发用于构建模型的其他技术。他将这一做法形容为扩充“武器库”,“需要什么样的猴模型,就可以有对应的技术开发出来”。

作为中国土生土长的青年科学家,刘真的目标非常明确,就是要为脑疾病和高级脑认知研究提供更理想、更多样化的猴模型。

决定扎根于这一领域

为什么绝大多数脑疾病不能得到有效治疗?据刘真介绍,主要原因之一是研发药物通用的小鼠模型的脑结构和脑功能与人类相差甚远,研发出的药物在小鼠模型上有效,但到人体检测时大都无效或有副作用。而以食蟹猴和恒河猴为主的非人灵长类,有着跟人更为相近的脑结构和神经环路,被认为是脑疾病和高级脑认知研究的理想模式动物。

2010年前,中国只有为数不多的非人灵长类研究机构,其中一个就在脑智卓越中心(原名神经科学研究所),该中心研究员孙强担任平台负责人。

这一年,刘真本科毕业后考取神经科学研究所的研究生,他最初并不知道有这个平台,但最后机缘巧合地做了孙强的首个学生。既留之,则安之。一年的基础理论系统学习后,刘真对非人灵长类领域有了相对全面的了解,他正式来到非人灵长类研究平台,投入转基因猴的研究工作中。

越研究越有趣,硕士二年级还未结束,刘真就决定扎根于非人灵长类领域。刘真相信,只要踏实工作,以后肯定能做出点成绩。

根据安排,刘真开始了胚胎显微操作训练。他一开始用小鼠的胚胎进行训练,每天坚持练习8至10个小时,不到半年时间,刘真就熟练技术方法和流程,为其对体细胞核移植显微操作打下了很好的基础。

就在刘真即将硕士毕业时,非人灵长类研究平台和仇子龙研究组合作,利用慢病毒转基因方法成功构建MECP2过表达转基因猴。而MECP2是一个自闭症相关基因,在病人中该基因过表达会导致自闭症的发生。

转基因猴出生了,也表现出很多类似人类自闭症的行为表型。孙强告诉刘真等团队成员,“如果能快速实现转基因猴的繁殖传代,繁殖出具有自闭症表型的子代转基因猴,这在技术发展和自闭症研究中会更有意义。”

在调研相关资料时,一篇文献引起刘真格外关注,正是早期的精巢移植技术。“之前的研究只做到获取精子这一步,并没有开展精子功能验证。”

他们敏锐地意识到,该技术极有可能加速传代。同导师孙强讨论后,他便很快开展实验。最开始,刘真也没有足够的信心和把握,但进展很顺利,他们验证了精子的功能,并成功获得MECP2子代猴。

刘真介绍,基于精巢异种移植的技术显著缩短转基因猴精子产生时间,在两年内得到下一代转基因猴,首代转基因猴中类似人的自闭症表型也传递到了下一代,为自闭症的致病机制及干预手段研究提供了有效的非人灵长类动物模型。MECP2首代及子代转基因猴模型的构建及行为分析的工作发表在《自然》杂志上,而精巢异种移植的工作则发表于《细胞研究》。

然而,病毒转基因的方法只能实现外源基因的过表达,无法实现精确的基因敲除。随着基因编辑技术的兴起,刘真和团队成员抓住机会,又迅速建立了高效稳定的基因敲除模型构建平台,并得到了多种基因敲除猴模型。

成功翻越“两座山”

这时,刘真博士生涯即将结束。是要留在国内还是出国从事博士后研究,他很难抉择。那时国内博士毕业后的常规套路是先出国再回国,但出国就要改变原有的研究方向,刘真也清楚这一点。

带着疑惑,刘真找到了研究所领导。当得到“只要你做出好的工作,我们不会看重国外的经历”的答复时,刘真打消了顾虑并决定留下来,继续攻克领域内最重要的问题,就是非人灵长类体细胞核移植。

体细胞核移植又叫体细胞克隆。1997年首只体细胞克隆哺乳动物“多莉”的问世掀起了哺乳动物体细胞克隆的研究浪潮,截至2017年,已经有23种哺乳动物被成功克隆。从2002年开始陆续报道体细胞克隆猴研究,但均未成功。

其中,来自美国俄勒冈国家灵长类研究中心教授Mitalipov团队的研究最为著名,该团队在灵长类核移植领域作出了一系列重要突破。但在向这一领域内最重要的科学问题发起冲击后,该团队最终铩羽而归。他们使用约15000枚卵母细胞进行体细胞克隆猴研究,仅仅得到了一个81天的流产克隆猴组织。

尽管有这么多失败报道,刘真仍坚持试一试的想法。他们坚信只要在Mitalipov团队的基础上再进一步,就有希望突破该领域内的公认难题。

于是,刘真在Mitalipov团队研究基础上改进优化了体细胞核移植技术,实现更加快速高效精确的卵母细胞去核和体细胞注入等操作。“参照所有已有的报道,我们的操作是最优化的。”

但这还远远不够,提高胚胎发育效率是体细胞克隆猴成功的关键,这是刘真认为的“第一座山”。为了保证效果,废弃的卵细胞无法再用,不得不使用部分好的卵细胞实验。他们尝试了三四种,结果都是不断尝试、不断失败。

好不容易测试到最好的条件,但得到的克隆猴又没有存活,这是刘真认为的“第二座山”。“压力非常大。”刘真表示,一方面考虑到占用了资源,还没有得到很好的结果;另一方面考虑到同事们,一直失败,对他们也没法交代。

这时,刘真又找到研究所领导和孙强。“他们非常坚定地支持我,给我减轻了负担。”

刘真跟团队成员重新设计方案和开展严谨细致的实验,最终完成Mitalipov团队在体细胞克隆猴领域未完成的关键一步,通过胚胎移植成功得到健康存活的克隆猴“中中”和“华华”,研究成果于2018年作为封面文章发表于《细胞》,这一成果轰动了世界。

紧接着,他们又成功地利用体细胞克隆技术获得首批遗传背景一致的节律紊乱疾病猴模型,证明体细胞克隆技术用于构建疾病模型猴的可行性。体细胞克隆猴技术的诞生和应用,标志着中国率先开启批量化、标准化创建以猕猴作为实验动物模型的新时代。

实现有研究组的愿望

完成上述重大突破时,刘真还在从事博士后研究。出色的工作,让他提前一年出站,并破格升为研究员,那时他只有30岁。

这时,刘真准备好大展身手,并希望有自己的研究组。

2018年9月,他的愿望实现了,他自己的实验室开始“招兵买马”。两年来,研究组已有近20人。

然而,作为研究组负责人,并不是一件容易的事。确定课题方向、管理实验室、培养学生……刘真需要抽出更多的时间和精力。

“说实话,带学生是压力最大的,选拔到这里来的学生基本都是各个学校的尖子生,一来至少是五年,他们面临的毕业压力也很大。所以不仅要关心他们成才,还要留意他们生活中的方方面面。”刘真说。

刘真也希望,更多的学生能像自己一样幸运。能够遇到开明的导师和领导,不惟人才帽子,不拘一格录用本土培养人才;能够一直从事自己认定的科学研究方向,失败了也能得到领导的鼓励、同事的支持;2017年,刘真获得两年60万元的“博士后创新人才支持计划”资助,为开展博士后研究工作提供了重要帮助……

刘真打算用2到3年时间完成研究组的顺利过渡,同时开启一些他感兴趣的课题。“当然,这些感兴趣的课题也是配合脑智卓越中心的整体布局,面向国家脑科学研究领域的需求和社会脑疾病的的需求。”

刘真研究组的大部分课题仍然会跟孙强老师继续合作。去年7月,两个研究组合作在《细胞研究》发文称,他们利用第一极体移植技术构建线粒体替换食蟹猴模型,首次在灵长类个体水平验证了极体置换技术方法的有效性和安全性,对线粒体遗传疾病的核质置换治疗及卵巢储备低下引起的不孕不育治疗具有重要参考意义。

刘真清楚,非人灵长类模型在生命科学的多个领域都有着其他动物模型无法比拟的优势,虽然这条路不好走,但他愿意肩负这一使命。

 
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