淺析細(xì)胞核移植研究進(jìn)展

孫豐盛，孫浩偉，郭霧晴

摘 要：在梳理各國(guó)科學(xué)家研究細(xì)胞核移植技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了家畜細(xì)胞核移植技術(shù)的起源、發(fā)展歷程、存在困難及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞核移植;研究;進(jìn)展

文章編號(hào)：1004-7026（2019）16-0102-02 ? ? ? ? 中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：Q813? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

細(xì)胞核移植技術(shù)是將從供體細(xì)胞中提取的細(xì)胞核移至除去核的卵母細(xì)胞，再將此細(xì)胞移植到受體動(dòng)物體內(nèi)，使其在受體動(dòng)物內(nèi)妊娠并分娩的技術(shù)。雖然在技術(shù)上仍然存在各種困難，但這并不妨礙其擁有廣闊的應(yīng)用前景。

1 ?細(xì)胞核移植技術(shù)研究歷史

德國(guó)生物學(xué)家Spemann利用蠑螈進(jìn)行了初次細(xì)胞核移植試驗(yàn)并在之后認(rèn)為可以克隆高等動(dòng)物。1952年，Briggs和King成功克隆出了蝌蚪。1958年，英國(guó)科學(xué)家JohnGurdon第一次利用體細(xì)胞核移技術(shù)創(chuàng)造出非洲爪蟾，并因此獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。直至1963年，J.B.SHaldane才創(chuàng)造了“克隆”（clone）一詞。1986年，丹麥科學(xué)家克隆出的綿羊是首次經(jīng)證實(shí)通過(guò)細(xì)胞核移植技術(shù)產(chǎn)生的哺乳動(dòng)物。此時(shí)學(xué)者普遍相信，成年動(dòng)物的體細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行體細(xì)胞核移植。但是，1997年“多莉（Dolly）”[1]的誕生打破了這一觀點(diǎn);同年，一只恒河猴[2]也通過(guò)克隆技術(shù)產(chǎn)生。自Dolly誕生以來(lái)，已有20多種哺乳動(dòng)物被克隆成功[3]。中國(guó)科學(xué)家分別于2007年和2018年在中國(guó)本土成功克隆出水牛[4]和獼猴[5]。

2 ?亟待解決的問(wèn)題

雖然通過(guò)細(xì)胞核移植技術(shù)克隆出許多動(dòng)物，但是克隆動(dòng)物存在各種問(wèn)題，例如胚體外培養(yǎng)發(fā)育率低，受體家畜出現(xiàn)的流產(chǎn)率、畸胎率升高和后代個(gè)體早衰、早亡等。如“多莉”羊患有關(guān)節(jié)炎，而且染色體的端粒酶變短。相關(guān)機(jī)理還需要根據(jù)分子遺傳學(xué)、組織胚胎學(xué)及細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程進(jìn)行研究。

2.1 ?供體種類(lèi)來(lái)源及所處時(shí)期

進(jìn)行細(xì)胞核移植，首先要選擇合適的供體細(xì)胞種類(lèi)。不同動(dòng)物有不同的適宜細(xì)胞，如牛有成體成纖維細(xì)胞、顆粒細(xì)胞、卵丘細(xì)胞、輸卵管上皮細(xì)胞、乳腺上皮細(xì)胞等多種供體細(xì)胞。Kubota等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，卵丘細(xì)胞是最佳的供體類(lèi)型。通常情況下，供體卵細(xì)胞來(lái)自體外培養(yǎng)的卵母細(xì)胞，不同動(dòng)物的卵母細(xì)胞利用情況也不同，例如犬的卵母細(xì)胞十分敏感，不易培養(yǎng)，總體的成熟率不足20%[6]。

使細(xì)胞同期化的處理方法有接觸抑制法、血清饑餓法和化學(xué)處理法。但是3種不同的處理方法對(duì)胚胎發(fā)育的影響還不明確。Wilmut等使用血清饑餓法，使供體細(xì)胞處于G0期，以便于后期工作，此后大部分學(xué)者在克隆過(guò)程中效仿此法。Gibelli等用活躍分裂的胎兒成纖維細(xì)胞（56%為G1期）為供體，克隆出4頭牛犢，證明了非G0期細(xì)胞也可作為核供體。Boquest等（1990）[7]發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)的豬胎兒成纖維細(xì)胞血清饑餓5 d后，大量細(xì)胞出現(xiàn)凋亡的特征。

2.2 ?構(gòu)建、融合、激活重組胚

構(gòu)建融合激活重組胚常用的方法可分為3類(lèi)，即生物融合法（用仙臺(tái)病毒等病毒誘導(dǎo)融合）、化學(xué)融合法（用聚乙二醇等化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)融合）和物理融合法（用離心、震動(dòng)、電刺激因素刺激誘導(dǎo)融合）。動(dòng)物體細(xì)胞核移植中最常用的是電融合法，但是針對(duì)不同的生物，不同的試驗(yàn)方法具體參數(shù)還需分類(lèi)討論。

此外，進(jìn)行細(xì)胞核移植成本極高，獲得卵母細(xì)胞，構(gòu)建重組胚，進(jìn)行胚胎體外培養(yǎng)等所需的儀器、設(shè)備、藥品試劑價(jià)格極為昂貴。例如“多莉”羊的花費(fèi)就已經(jīng)超過(guò)200萬(wàn)英鎊。

3 ?應(yīng)用及前景

3.1 ?作為生物反應(yīng)器

轉(zhuǎn)基因技術(shù)和生物克隆技術(shù)快速發(fā)展，可以將人們所需的基因?qū)氲絼?dòng)物體內(nèi)，使動(dòng)物發(fā)展成為“活體生物反應(yīng)器”，產(chǎn)生人們所需要的藥物蛋白。例如，DNX公司把人的血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入豬的細(xì)胞，可以制造生產(chǎn)人血紅蛋白。

3.2 ?器官生產(chǎn)

利用克隆技術(shù)可以生產(chǎn)人體所需的內(nèi)臟器官，用于器官移植或替換體內(nèi)衰老或發(fā)生病變的器官。很早就有醫(yī)生使用豬的心臟瓣膜、凝結(jié)因子、胰島細(xì)胞等治療人類(lèi)疾病，但是存在嚴(yán)重的排斥反應(yīng)。最新研究通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)、抑制和剔除α-1，3半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因，來(lái)阻止超急性排斥反應(yīng)[8]，以實(shí)現(xiàn)豬器官異種移植治療人類(lèi)疾病。利用此法可緩解器官捐獻(xiàn)數(shù)量不足的問(wèn)題，挽救人類(lèi)生命。

3.3 ?提高品種質(zhì)量

眾所周知，豬、雞等規(guī)?；B(yǎng)殖的家畜個(gè)體利潤(rùn)極低，只有大規(guī)模養(yǎng)殖才能獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，這很大程度上取決于家畜的繁殖能力，為此育種學(xué)者們采取了世代篩選、人工授精等措施來(lái)提高家畜的繁殖能力。隨著克隆技術(shù)的發(fā)展，為了獲得高產(chǎn)仔數(shù)的母牛，可以將具有高產(chǎn)仔數(shù)的母牛進(jìn)行體外胚胎培養(yǎng)后移植到低產(chǎn)仔數(shù)的母牛體內(nèi)，即可獲得優(yōu)良的品系，利用此法不僅可以保護(hù)優(yōu)良品系，更可以提高畜牧業(yè)的繁殖效率。利用重復(fù)克隆技術(shù)能使同一優(yōu)良品種無(wú)限繁殖下去，在擴(kuò)大種群數(shù)量方面有極大的優(yōu)勢(shì)。

3.4 ?保護(hù)瀕危物種

很多瀕危野生動(dòng)物即使通過(guò)人工繁殖，也無(wú)法維持現(xiàn)有種群的數(shù)量。對(duì)此，可以將瀕危物種的細(xì)胞核移植到血緣相近的非瀕危動(dòng)物卵細(xì)胞，進(jìn)行體外胚胎培養(yǎng)，再移入非瀕危動(dòng)物體中妊娠產(chǎn)仔，從而提高種群的數(shù)量[9]。此法屬于異種克隆，不僅成本高，而且實(shí)現(xiàn)難度大，如果能夠成功，在保護(hù)瀕危動(dòng)物方面將有極大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]Wilmut I，Schnieke AE，J Mcwhir，et al.Viable offspringderived from fetal and adult mammalian cells[J].Nature，1997，385（6619）：810-813.

[2]MENG L，ELY J J，STOUFFER R L，et al.Rhesus monkeys produced bynuclear transfer[J].Biology of Reproduction，1997，57（2）：454-459.

[3]Thuan NV，Kishigamis，wakayamat.Howe to improve the success rate of mouse cloning technology[J].Jre-prodDev，2010，56（1） ：20-30.

[4]SHI D，LU F，WEI Y，et al.Buffalos（Bubalusbubalis） cloned by nuclear transfer of somatic cells[J].Biol Reprod，2007，77（2）：285-291.

[5]LIU Z，CAI Y，WANG Y，et al.Cloning of macaque monkeys by somatic cell nuclear transfer[J].Cell，2018，172（4）：881-887.

[6]Farstad W.Current state in biotechnology in canine and feline reproduction[J].Anim Reprod Sci，2000，60（1）：375-387.

[7]Boquest AC，Day BN，Prather RS.Flowcy tometriccell analysis of cultured porcine fetal fibroblast cells[J].BiolReprod，1999，60（40）：1013.

[8]尹海芳，李寧.豬作為異種器官移植供體的研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通訊，2011，12（4）：329-331.

[9]李光華，葉紹輝.動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)的研究進(jìn)展[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2006（4）：1-5.