我科學家用TALEN技術製備神經疾病猴模型

對非人類的靈長類動物進行基因編輯，可帶來有價值的動物模型，用以探索人類遺傳性神經係統疾病的病因和治療策略。然而，到目前為止，密切模擬人類病理和行為缺陷的神經係統疾病猴模型，還沒有被成功地製備出來。

8月9日，國際學術期刊《Cell Research》在線刊登了我國科學家的一項重要研究成果，這項研究采用TALEN技術，製備了小頭畸形致病基因MCPH1突變體食蟹猴模型，並對這種MCPH猴模型的表型進行了描述。中山大學中山醫學院的項鵬教授、華南農業大學獸醫學院的楊世華教授和中科院北京動物所的周琪研究員，是本文的共同通訊作者。

人類胚胎幹細胞可以用來開發各種不同的體外類器官培養係統，包括腦組織，可用於了解器官發生和疾病的相關機製。然而，人類的大腦包含超過1700億個神經元和非神經元細胞，它們分布在各個腦區。離體器官發生仍然不能充分地模擬人類神經係統和精神疾病。

在最近的幾十年中，基因編輯的動物模型，特別是齧齒類動物模型，已經被製備出來，用以加深我們對於致病機製的理解，並測試人類神經係統疾病的潛在療法。然而，因為人類和齧齒類動物之間在行為、生理和解剖學上有著許多的差異，所以，許多齧齒類動物模型不能真實地模擬人類的病情。由於非人靈長類動物的感知、認知和行為技能與人類非常相似，所以，開發非人靈長類動物模型，模擬人類神經係統疾病，會非常有助於我們理解在人類大腦中運作的機製。

常染色體隱性遺傳性小頭畸形（MCPH）是一種神經係統發育障礙疾病，其主要臨床特征是頭圍減小伴隨一定程度非進行性智力退化。目前已經確定了超過12個致病基因；第一個被稱為MCPH1。進化研究表明，MCPH1基因的變化對於人類大腦的增大起著重要作用。此外，該基因在人類和大猿的進化過程中顯示了積極選擇的證據。

MCPH1基因的截短可引起大腦尺寸顯著降低與身材矮小。一些患者表現出智力缺陷和其他神經係統疾病，包括痙攣。磁共振成像（MRI）顯示腦畸形的存在，如大腦中一個簡化的腦回格局，和胼胝體腦的發育不全。幾項精心設計的研究表明，MCPH1基因缺陷小鼠可表現出小頭畸形的一些關鍵特征，從而有助於我們了解致病機製。例如，Chen等人報道，MCPH1基因敲除小鼠表現出小的頭骨大小和聽力障礙。另一組研究也發現，由於海馬神經前體細胞從對稱到不對稱分裂的過早切換，阻斷MCPH1可引起小頭畸形。到目前為止，研究人員在小鼠模型中沒有發現神經病學症狀，並不是所有的MCPH1突變小鼠會表現出在人類患者中觀察到的大腦尺寸嚴重降低。因此，非人靈長類動物模型是十分可取的。相關閱讀：Nature聚焦中國：靈長動物研究的聖地。

人類疾病的轉基因猴模型，如亨廷頓舞蹈病轉基因猴模型和自閉症相關基因MECP2轉基因猴模型，已被創建出來，並被認為能夠比齧齒類動物更好地模擬人類的行為和認知表型（相關研究：中科院發表Nature頭條文章：世界首建自閉症轉基因猴）。然而，在猴子中進行精確的基因編輯，仍然是一件耗時和困難的事情。

最近，一些研究使用轉錄激活因子樣效應核酸酶（TALENs）或CRISPR/Cas9改良了基因編輯技術。有兩組科學家曾經報道用TALENs製備MECP2基因敲除猴子模型（相關研究：中國學者報道TALEN介導的獼猴和食蟹猴的基因敲除）。然而，目前尚不清楚的是，TALEN介導的基因突變形成，是否能在非人類的靈長類動物中有效破壞靶基因功能，並概括疾病表型。

在這項研究中，研究人員采用TALENs，製備了一個攜帶雙等位基因MCPH1突變的食蟹猴（Macaca fascicularis）模型。這種猴子模型能夠概括患者中觀察到的最重要臨床特征，包括標誌性的頭圍減少、染色體早期凝集（PCC）、胼胝體的發育不全和上肢痙攣。

此外，MCPH1在突變的真皮成纖維細胞中的過度表達，可緩解PCC綜合征。這隻猴子模型可以幫助我們闡明MCPH1在人類小頭畸形發病機製中的作用，並讓我們更好的了解這種蛋白質在靈長類動物大腦進化中的功能。