为了研究自闭症,他们编辑了猴子的基因。 《关爱自闭症儿童》

时间:2023-01-30 21:02来源: 作者: 点击:
  

文革结束后,冯在重开高考的第一年参加了考试。那是1977年。文革十年,570万学生参加高考。冯是他高中唯一考上大学的人,后来他被分配到一所医学院。

第一只Shank3基因敲除猕猴于2015年诞生。很快又有四只出生,现在总共有五只猕猴。

中国科学家对CRISPR的热情也延伸到了对人类的研究。与西方相比,中国的研究进展更快,在某些情况下监管更少。所以第一个用CRISPR编辑人类胚胎的研究,第一个用CRISPR治疗癌症的临床试验,都出现在中国。

更新:由中国科学院深圳先进技术研究院、美国麻省理工学院等机构研究人员组成的国际团队近日在《自然》杂志上发表了非人灵长类动物模型的最新进展。

我问卡恩,美国严格的伦理限制是否会让中国等世界其他地区的研究人员超越美国。他指出,不同文化的国家对这类工作可能会有不同的限制,这是可能的,甚至是完全可以接受的。他说,“如果我们不愿意也无法使用这项技术,我们将失去竞争优势,但也许这正是我们不得不接受的。”

几十年来,科学家一直在对猕猴的社会行为进行分类,因此它是研究自闭症等具有强烈社会因素的疾病的更典型模型。

这个育种机构本身并不进行猴子基因工程项目。然而,冯意识到,由于猴子的数量巨大,这里成了新的基因工程技术的理想实验场所。一个中国熟人已经在这个机构研究干细胞,所以冯和他的同事在那里开始实验并不困难。

即使有CRISPR这种先进的技术,对猕猴进行基因工程研究也并不容易。研究人员首先给雌性猴子注射了人类体外受精使用的相同激素。然后,他们收集卵子并使其受精,然后用一根细长的玻璃针将CRISPR蛋白注射到产生的胚胎中。猴子的胚胎比老鼠的胚胎敏感得多,注射试剂的pH值或CRISPR蛋白浓度的微小变化都会对其产生影响。只有一些胚胎会出现预期的突变,只有一些胚胎在植入代孕母亲体内后能够存活。一只活猴需要几十个卵,所以几只敲除的猴子需要一个大的繁殖群体。

猕猴脸上微妙而敏感的洞察力是冯研究灵长类动物的原因之一。

在科学文献中,用于研究的猴子通常简称为NHP,即“非人灵长类动物”。这种差异说明它被改造了。

冯主要研究老鼠。作为一名有天赋的年轻遗传学家,他发明了几项基因技术,以促进啮齿类动物大脑的研究。2011年,当周洋加入冯在麻省理工学院的实验室时,冯让他用实验室培育的突变小鼠研究自闭症。这些小鼠是“敲除小鼠”,它们被命名为Shank3的特定基因已经被敲除,或被废除。在人类自闭症谱系障碍的病例中,1%至2%的患者存在Shank3基因突变,包括一些最严重的病例。这些患者表现出重复行为和缺乏社会意识,这是自闭症的症状。他们中的一些人有严重的智力障碍,不得不坐在轮椅上。

这个养殖机构占地很大,从一头到另一头需要一辆车。它甚至有自己的污水处理系统。于是,我和周洋戴上口罩、发套、塑料防溅罩、手套、实验服和靴子,登上了一辆白色面包车。

该研究中心是八个国家灵长类动物研究中心之一,由美国国立卫生研究院和当地机构资助。该中心位于马萨诸塞州的Southtown,距离麻省理工学院校园仅20英里。但在2013年,哈佛决定关闭该中心。

在中国期间,我还见到了加州大学伯克利分校的蒲慕明,他现在是上海神经科学研究所的所长。不久之后,蒲慕明研究所的科学家向全世界宣布他们成功克隆了猴子。由于其重要价值,这两只克隆猴被命名为“中中”和“花花”,意为“中华民族”。蒲慕明对这一突破感到惊讶,他说,通过克隆技术,研究人员可以迅速创造一群相同的猴子,而不是一次一只。研究猴子疾病模型的一个重要挑战是生产足够多的猴子用于研究。蒲慕明希望在上海建立一个中心,以吸引来自世界各地的灵长类动物研究人员。

与此同时,中国脑计划的关键人物蒲慕明告诉我,“不存在伦理问题……我认为在临床前试验中使用猴子作为疾病模型不需要任何犹豫或怀疑。”他说,只要这些猴子得到良好的照顾,这与目前使用神经毒素诱导猴子患帕金森病的做法没有区别,也可以用来测试新的治疗方法。

像他同时代的大多数有科学抱负的人一样,他很快将注意力转向了美国的研究生项目。他说:“与美国相比,中国真的落后了30到50年,没有办法进行尖端研究。”所以,在1989年,他去了纽约的布法罗,在那里他第一次看到了几英尺厚的雪,然后他在纽约州立大学布法罗分校获得了遗传学博士学位。

对于美国科研人员来说,在中国研究猴子是非常划算的。一只标准的猴子在中国大约1500美元——在美国大约6000美元,猴子的日常食物和护理费用也减少了一个数量级。

在研讨会上,科学家们提到了在灵长类动物的大脑中使用——CRISPR,一种强大的新基因编辑技术的可能性。第二天,我和冯实验室的博士后周洋一起探索理论讨论背后的现实。我们的车在广东省开了几个小时,穿过摩天大楼、尘土飞扬的公寓社区,然后是大片农田。最后半个小时,GPS信号逐渐消失。周洋拿出手机,查看他之前来这里时拍的路牌照片。

冯又小又瘦,有着和尚般的平和,时常面带微笑。现任麻省理工学院神经科学教授,主要从事脑功能障碍的遗传学研究。他的实验室由45人组成,隶属于麦戈文大脑研究所,成立于2000年。麦戈文夫妇承诺捐赠3.5亿美元的研究基金,这是麻省理工学院有史以来收到的最大一笔捐款。简而言之,他的实验室不缺经费。

过去几年,中国出现了小规模的猴子基因工程研究的爆发。在昆明、上海和广州,科学家培育出了能够表现出帕金森氏症、杜氏肌营养不良症、自闭症和其他疾病症状的猴子。冯·的团队甚至不是中国唯一一个制造出猴子的团队。来自埃默里大学的另一组研究人员和中国科学家也制作了同样的猴子。

美国科学家担心美国在灵长类动物研究方面落后于中国。“我有两个担心,”宾夕法尼亚大学研究灵长类动物的脑科学家迈克尔·普拉特说。“美国在这些(灵长类)模型上投资不多。所以,我们得不到中国科学家的优势。”第二,他说,“我们可能会失去灵长类神经科学的人才基础和专业技能。”

与冯合作的山三猴繁育基地也获得了国际非营利组织“实验动物保护协会”的认可,该组织负责监督实验室的动物福利条件。这个饲养机构制定的实验室设施标准涵盖了很多细节:从安乐死的细则到实验室走廊宽度标准。西蒙和在那里工作的其他科学家告诉了我许多关于设备的情况。当我们的车到达门口时,我已经听到了许多关于水果、玩具和新鲜制作的包子供应给猴子的故事。

“他们自己搞砸了。”麻省理工学院的神经科学家迈克尔·哈拉萨在冯·的研讨会上告诉我的。另一位演讲者姚卫东也加入了进来,他指出,CRISPR仅在两年后就引发了人们对灵长类动物研究的兴趣。姚卫东曾经是哈佛大学灵长类动物研究中心的研究人员之一。他现在领导纽约州立大学商州医科大学的一个实验室,该实验室使用转基因小鼠和人类干细胞进行研究。他来深圳讨论重启他的灵长类动物成瘾研究。

工作人员警告我们,猴子看到新来者会很兴奋。果然,当我们的面包车来到饲养场的几栋瓦房时,栅栏上出现了几十只小爪子,突然出现了许多毛茸茸的脑袋看着我们。我当时穿着全套的防护装备,但是因为没有全套的疾病检测,被告知只能远远的看到猴子。一个戴着口罩的工人打开一栋楼的门,一只好奇的吃螃蟹的猕猴探出头来。这个物种原产于东南亚,有独特的头簇和长而卷曲的尾巴。“它们非常优雅。”周洋说。一只母猴子抱着一只小猴子。

随着灵长类神经科学研究的发展,科学家总能发现猴子模型的不完善之处。换句话说,就是猴子和人类的区别。对猴子有效的药物可能在人体试验中失败。只有当基因编辑的猴子在模拟人类疾病方面非常成功,也就是作为模型最有用的时候,伦理问题才变得最麻烦。中国昆明的一位科学家提出利用CRISPR技术将与大脑发育和语言相关的人类基因植入猴子体内。同样的基因工程技术很可能既适用于人类,也适用于猴子。

冯说,他的合作者在深圳先进技术研究所的研究是由一个管理委员会审查的,这个委员会类似于美国实验动物管理和使用委员会(IACUC)。虽然实验动物管理和使用委员会主要由科学专家组成,但其成员也包括当地社区成员。同时,任何委员会成员都可以提出道德异议。冯说,“我们已经制定了标准。”这意味着他的团队要求其合作伙伴达到或超过美国标准。

与此同时,中国正在使自己成为灵长类动物研究的国际中心。国际人道协会的中国政策专家李铨说,虽然中国确实有蓬勃发展的动物保护运动,但活动人士主要关心的是宠物的福利。吃狗肉成了禁忌,对狗的医学实验激起了愤怒,但对猴子的研究却没有用同样的方式进行检验。

然而,冯现在每年都要回中国几次。因为在中国,他可以从事美国还没有的研究。2018年1月,我在深圳认识了他。在他出国的30年间,深圳从一个小渔村变成了一个大都市。他从波士顿乘红眼航班一下飞机就直奔中国科学院深圳先进技术研究院(SIAT),在那里他正与几名研究人员合作。在该研究所的总部前,矗立着一座巨大的金属雕塑:一块主板和一个DNA双螺旋结构比邻而立——前者定义了20世纪的科技成果,后者被认为定义了21世纪的科技成果。

我问他,有没有他认为我们不应该做的事?他马上回答,好像这个问题一直困扰着他。他说,有些癫痫婴儿一天发作几次。“作为父母,你知道这有多痛苦吗?你根本帮不了他们,你知道他们会死的。”冯在中国医学院毕业后差点成为一名儿科医生,但他无法习惯看着孩子死去。

2018年10月,美国国家医学院召集的专家会议将讨论编辑灵长类基因的意义。一个伦理小组将回答冯和其他研究人员问自己的一些问题:猴子会得什么病?研究项目中使用的猴子是否应该进行基因改造,使其看起来更像人类?

在麻省理工学院,冯的实验室对一只名叫狨猴的猴子进行基因工程研究。这种长相奇特的猴子体型较小,饲养成本较低,但它是一种比较新的实验动物,在实验任务中很难训练。因此,冯也想在中国猕猴身上研究山k3。几十年来,科学家一直在对猕猴的社会行为进行分类,因此它是研究自闭症等具有强烈社会因素的疾病的更典型模型。猕猴与人类的关系也比狨猴更密切,这使得它们的大脑更适合取代人类的大脑。

德斯蒙德说,“现在的情况是,很多事情之前做得非常快,走了一些捷径,所以现在我必须回去纠正它们。”为了获得国际认可,它们必须翻新。例如,地板可能没有接缝或灌浆线,这可能会滋生病原体。我一月份去的时候,地板是灰色的塑料,有光泽,很光滑。深圳高级技术学院在2月初得到了他们的认可。

这次访问是一次精心策划的活动,但设施管理人员仍然对美国记者保持谨慎。当董事长助理认为话题处于敏感范围时,就会打断谈话。她强调了她所理解的动物权利活动家的教条主义:“他们认为你不应该拿这些动物做实验,你应该保护它们。然而,他们不会试图理解人类的疾病和死亡。”后来她告诉我,“但是在中国的法律下,还是以人为本。”

然后我们去参观了小猴子,它们的笼子有小卧室那么大。我看到了非常新鲜的水果,还有一家糕点店,厨师正在蒸红薯和包子。

深圳之行一周后,我在马萨诸塞州剑桥的办公室见到了冯。他提出了对圈养灵长类动物进行基因工程研究的伦理问题。“这仍处于非常早期的阶段,”当我们的谈话暂停时,他说。“你该怎么办?你不该做什么?所有这些事情都还没有最终确定。”

冯说,只有在其他模式不起作用的情况下,并且只有在找到明确的前进方向之后,才应该使用灵长类动物。他说,他的工作的第一步是利用Shank3 monkey来识别大脑突变引起的变化。然后,研究人员可以利用这些信息来寻找药物的目标,这些药物可以在相同的猴子身上进行测试。他正在与俄勒冈国家灵长类动物研究中心讨论在美国开展类似的工作。“最终,我们需要在这里做点什么,”他说,指的是美国。“我们不能完全落后。”美国加州国家灵长类动物研究中心的科学家成功编辑了灵长类动物胚胎的基因,但幼崽安全出生的消息尚未见诸报端。

我不能在猴子实验室或饲养机构拍照,原因很快就很明显了。照片很有力,但我发现自己无法盯着笼子和约束椅,尽管我提醒自己它们是标准的实验室设备。一只被关在笼子里的猴子的生活突然变得非常悲伤。当我和冯和德斯蒙德谈及我的感受时,他们给了我同样的回答:实验室里的猴子被照顾得很好,我不应该把野生猴子的生活理想化。野生猴子会生病,被吃掉,互相恶意争斗,有时甚至会死掉。他们问,比住在提供食物、住所和麻醉的实验室里好吗?

为了找到一个更像人类的自闭症研究模型,冯开始寻找中国的合作者来培育敲除Shank3的猴子。目标不是让一只猴子患上自闭症,而是让它有足够的症状来阐明导致自闭症的大脑结构,并测试可以缓解自闭症的药物。如果他的Shank3项目成功,冯还想用猴子来研究精神疾病,如强迫症和精神分裂症。他告诉我,他的一个密友在大学里患了精神分裂症,自杀了——这一悲剧一直在他的脑海里翻腾。脑子里的东西怎么会变得这么扭曲?这个基本问题促使他在过去三十年里研究大脑功能障碍,他认为可能在猴子身上找到一些答案。

这一决定震惊了研究界,被广泛解读为美国对灵长类动物研究兴趣下降的标志。国家灵长类动物中心一直是研究艾滋病毒、寨卡病毒、埃博拉病毒等疾病的重要基地,但也受到了公众的密切审视。美国人道协会等动物保护组织派出调查人员在实验室做卧底工作,媒体也以恐怖的细节报道猴子死亡事件。哈佛大学决定关闭该中心的官方声明是“财务”原因。但在此之前,2010年至2012年间有4只猴子因处理不当而死亡。这些死亡事件备受关注,并引起强烈反对——示威者出现在研究中心门前。哈佛用了两年时间才逐渐关闭灵长类动物中心,2015年才正式关闭该中心。

当美国政府的生物医学研究预算基本持平时,中国的国家和地方政府都渴望提高自己的国际科学声誉,并投入大量资金进行研究。政府资助的中国脑计划要为神经科学研究,尤其是灵长类动物模型培育提供巨额资金支持,这是一个由来已久的传言。中国科学家的工资也可能更高:由于深圳当地政府的财政支持,从海外归来的首席研究员在前五年可以获得300万元人民币的补贴,约合50万美元。中国甚至成功吸引了耶鲁大学等美国顶尖大学的外国研究人员。

汽车在一个树木茂密的岔路口开始减速。周洋指着路边的牌子说,这是崭新的,上面用中英文写着养殖机构的名字。该公司不愿透露姓名,因为它担心动物权利活动家的强烈反对。周洋每次都会在那里住上几个星期。在这个巨大的校园里有一个餐厅和员工宿舍。员工将照顾数千只吃螃蟹的猕猴,这些猕猴将被出售给为制药实验室和科研实验室提供动物的国际公司。

深圳高级技术学院为麻省理工学院的研究人员建立了一个灵长类动物实验室。2014年2月,深圳高级技术学院向德斯蒙德承诺,一栋旧学生楼将在夏季结束前改造成灵长类实验室。“我说,‘这是个笑话。再过几个月就是夏末了。德斯蒙德拿一瓶茅台酒打赌说他们不能在最后期限前完成。深圳的主管跟他打了两次赌。德斯蒙德输了。

该小组的发言人之一是杰弗里·卡恩(Jeffrey Kahn),他是约翰·霍普金斯大学伯曼生物伦理研究所的主任,也是2011年国家医学委员会的主席,该委员会建议应该停止对黑猩猩进行生物医学研究。美国国立卫生研究院也在2015年终止了对黑猩猩研究的支持。为美国大多数生物医学研究提供资助的美国国立卫生研究院(NIH)也通过拒绝资助来有效限制猴子的基因编辑。

这些基因敲除小鼠的特征与Shank3突变人类相似。这些老鼠的一些神经细胞不发达,它们反复清洁自己,有时甚至会划伤皮肤。

与西方相比,中国的研究进展更快,在某些情况下监管更少。

"中国当时的名声就像是蛮荒的西部."麻省理工学院麦戈文研究中心的负责人罗伯特·戴西蒙说。他在2001年第一次访问中国。对虚假数据、虚假同行评审、假冒伪劣研究化学品和宽松道德标准的担忧一直困扰着中国科学界。但是德斯蒙德说,“情况正在发生根本的变化。”最近对科学的投资吸引了中国的研究生和博士后从西方回来,他们也带来了西方的标准。与美国研究人员的合作,如冯与德斯蒙德在深圳先进技术研究所的合作,也将西方标准引入了中国的研究机构。

但是这些结果对人类有很大的适用性吗?啮齿动物没有完整的前额叶皮层——大脑中负责个性、决策和高级认知功能的区域。它们不像人类一样社交。例如,避免目光接触是人类自闭症的典型症状,但即使在健康的小鼠中,目光接触也是不可能的。“他们的眼睛长在脑袋两侧!”冯对说道。自闭症研究人员越来越怀疑小鼠模型的适用性。

此后,在繁育中心出生的Shank3猴子搬到了深圳高级技术学院。在那里,周洋的合作者一直在训练它们完成各种行为任务。“猴子真聪明。”周洋告诉我,他的声音流露出真挚的感情。当被问到小儿子的年龄时,他回答说:“两岁。”然后赶紧补充道:“猴子现在三岁了。”好像这两样东西在他心里是绑在一起的。

20世纪90年代和21世纪初,中国建立了许多猴子饲养机构。这些机构养殖动物用于出口,主要出售给西方生物医学研究实验室。这意味着中国不仅有很多猴子,也有很多研究猴子繁殖的专家。他们可以做精细的实验来修改猴子的基因组。

猕猴脸上微妙而敏感的洞察力是冯研究灵长类动物的原因之一。当一只普通的猴子看到一只好斗的猴子的脸时,它会瞪回去。它不太注意中性的面部表情,完全忽略顺从的面孔。如果Shank3 monkey不能识别这些社交暗示,就像有些自闭症患者不能识别人类其他面部表情一样,那就说明灵长类动物确实是这种疾病的一个很好的模型。为了实现这一目标,冯博士在深圳的合作者也在使用核磁共振成像和脑电图来研究猴子的大脑,希望找到这种突变如何改变大脑结构。

为了看望他的研究动物,冯现在必须飞越8000英里,穿越12个时区来到中国。当然,在美国进行研究要方便得多,但是到目前为止,他还不能进行这样的研究。

冯与该研究所的合作源于新基因编辑技术的推广,尤其是CRISPR这一风靡全球的生物研究技术。CRISPR使用蛋白质作为分子剪刀,使科学家能够跟踪和删除特定的基因。在CRISPR技术应用之前,对灵长类动物的基因工程研究是一个费力的过程,科学家只能进行非常有限的编辑。很少有研究小组尝试过这种项目,成功的更少。有了CRISPR技术,在猴子身上进行基因工程研究可以像在老鼠身上一样容易。

患有严重癫痫的儿童的父母曾经问他是否有可能在猴子身上研究这种疾病。冯告诉他们,他认为这在技术上是可能的。“但我也说过,‘我不确定是否要做这样的模型。’”他回忆道。也许如果有一种药物可以控制猴子的癫痫发作,那么也许可以。他说:“我不能看着他们一直生病。"

在我参观的那天,这些Shank3猴子在活检前已经被麻醉了,但是我去深圳先进技术研究所看了其他猴子。每只吃螃蟹的猕猴都有同性伴侣。一对猕猴轮流在笼子的平台上看着我。领头的猴子看到我回头看他们,会有点害羞,躲在另一只猴子后面。然后这个也会变得害羞,他们会一遍又一遍的轮换位置。

冯在深圳先进技术研究院组织了一次研讨会。他不是唯一来自美国的科学家,他的几个同事也来自远方。麻省理工学院的一名神经科学家对树鼩感兴趣,树鼩是一种原产于中国西南部的小型哺乳动物,与灵长类动物有密切关系。还有一些中国神经科学家在匹兹堡大学和纽约州立大学商州医科大学研究成瘾性。像冯一样,这些中国神经科学家在20世纪80年代和90年代离开了中国。当时中国年轻的科学家为了寻找更好的机会纷纷出国,是当时出国潮的一员。现在,他们回到中国进行尖端研究,这在美国成本太高,不切实际,而且可能在伦理上过于敏感。


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