浅析细胞核移植研究进展

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　　摘 要：在梳理各国科学家研究细胞核移植技术体系的基础上，重点介绍了家畜细胞核移植技术的起源、发展历程、存在困难及发展前景。
　　关键词：细胞核移植;研究;进展
　　文章编号：1004-7026（2019）16-0102-02         中国图书分类号：Q813        文献标志码：A
　　 细胞核移植技术是将从供体细胞中提取的细胞核移至除去核的卵母细胞，再将此细胞移植到受体动物体内，使其在受体动物内妊娠并分娩的技术。虽然在技术上仍然存在各种困难，但这并不妨碍其拥有广阔的应用前景。
　　1  细胞核移植技术研究历史
　　 德国生物学家Spemann利用蝾螈进行了初次细胞核移植试验并在之后认为可以克隆高等动物。1952年，Briggs和King成功克隆出了蝌蚪。1958年，英国科学家JohnGurdon第一次利用体细胞核移技术创造出非洲爪蟾，并因此获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。直至1963年，J.B.SHaldane才创造了“克隆”（clone）一词。1986年，丹麦科学家克隆出的绵羊是首次经证实通过细胞核移植技术产生的哺乳动物。此时学者普遍相信，成年动物的体细胞无法进行体细胞核移植。但是，1997年“多莉（Dolly）”[1]的诞生打破了这一观点;同年，一只恒河猴[2]也通过克隆技术产生。自Dolly诞生以来，已有20多种哺乳动物被克隆成功[3]。中国科学家分别于2007年和2018年在中国本土成功克隆出水牛[4]和猕猴[5]。
　　2  亟待解决的问题
　　 虽然通过细胞核移植技术克隆出许多动物，但是克隆动物存在各种问题，例如胚体外培养发育率低，受体家畜出现的流产率、畸胎率升高和后代个体早衰、早亡等。如“多莉”羊患有关节炎，而且染色体的端粒酶变短。相关机理还需要根据分子遗传学、组织胚胎学及细胞工程、蛋白质工程进行研究。
　　2.1  供體种类来源及所处时期
　　 进行细胞核移植，首先要选择合适的供体细胞种类。不同动物有不同的适宜细胞，如牛有成体成纤维细胞、颗粒细胞、卵丘细胞、输卵管上皮细胞、乳腺上皮细胞等多种供体细胞。Kubota等通过研究发现，卵丘细胞是最佳的供体类型。通常情况下，供体卵细胞来自体外培养的卵母细胞，不同动物的卵母细胞利用情况也不同，例如犬的卵母细胞十分敏感，不易培养，总体的成熟率不足20%[6]。
　　 使细胞同期化的处理方法有接触抑制法、血清饥饿法和化学处理法。但是3种不同的处理方法对胚胎发育的影响还不明确。Wilmut等使用血清饥饿法，使供体细胞处于G0期，以便于后期工作，此后大部分学者在克隆过程中效仿此法。Gibelli等用活跃分裂的胎儿成纤维细胞（56%为G1期）为供体，克隆出4头牛犊，证明了非G0期细胞也可作为核供体。Boquest等（1990）[7]发现，培养的猪胎儿成纤维细胞血清饥饿5 d后，大量细胞出现凋亡的特征。
　　2.2  构建、融合、激活重组胚
　　 构建融合激活重组胚常用的方法可分为3类，即生物融合法（用仙台病毒等病毒诱导融合）、化学融合法（用聚乙二醇等化学物质诱导融合）和物理融合法（用离心、震动、电刺激因素刺激诱导融合）。动物体细胞核移植中最常用的是电融合法，但是针对不同的生物，不同的试验方法具体参数还需分类讨论。
　　 此外，进行细胞核移植成本极高，获得卵母细胞，构建重组胚，进行胚胎体外培养等所需的仪器、设备、药品试剂价格极为昂贵。例如“多莉”羊的花费就已经超过200万英镑。
　　3  应用及前景
　　3.1  作为生物反应器
　　 转基因技术和生物克隆技术快速发展，可以将人们所需的基因导入到动物体内，使动物发展成为“活体生物反应器”，产生人们所需要的药物蛋白。例如，DNX公司把人的血红蛋白基因转入猪的细胞，可以制造生产人血红蛋白。
　　3.2  器官生产
　　 利用克隆技术可以生产人体所需的内脏器官，用于器官移植或替换体内衰老或发生病变的器官。很早就有医生使用猪的心脏瓣膜、凝结因子、胰岛细胞等治疗人类疾病，但是存在严重的排斥反应。最新研究通过竞争、抑制和剔除α-1，3半乳糖基转移酶基因，来阻止超急性排斥反应[8]，以实现猪器官异种移植治疗人类疾病。利用此法可缓解器官捐献数量不足的问题，挽救人类生命。
　　3.3  提高品种质量
　　 众所周知，猪、鸡等规模化养殖的家畜个体利润极低，只有大规模养殖才能获得可观的经济效益，这很大程度上取决于家畜的繁殖能力，为此育种学者们采取了世代筛选、人工授精等措施来提高家畜的繁殖能力。随着克隆技术的发展，为了获得高产仔数的母牛，可以将具有高产仔数的母牛进行体外胚胎培养后移植到低产仔数的母牛体内，即可获得优良的品系，利用此法不仅可以保护优良品系，更可以提高畜牧业的繁殖效率。利用重复克隆技术能使同一优良品种无限繁殖下去，在扩大种群数量方面有极大的优势。
　　3.4  保护濒危物种
　　 很多濒危野生动物即使通过人工繁殖，也无法维持现有种群的数量。对此，可以将濒危物种的细胞核移植到血缘相近的非濒危动物卵细胞，进行体外胚胎培养，再移入非濒危动物体中妊娠产仔，从而提高种群的数量[9]。此法属于异种克隆，不仅成本高，而且实现难度大，如果能够成功，在保护濒危动物方面将有极大的帮助。
　　参考文献：
　　[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，李宁.猪作为异种器官移植供体的研究进展[J].生物技术通讯，2011，12（4）：329-331.
　　[9]李光华，叶绍辉.动物体细胞克隆技术的研究进展[J].家畜生态学报，2006（4）：1-5.
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