- [2018/7/10] 從最先的桃莉羊,到現在的小豬;新的亨汀頓氏症(Huntington’s disease, HD )基因嵌入的豬隻模型被確認了
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在HD的研究中,首次創造了在豬隻使用兩個切除DNA終端的編輯工具(cutting edge DNA editing tools)的動物模型。
由Caroline Casey 於2018年7月10日撰寫,Jeff Carroll博士編輯,Charles Yang翻譯。HD研究領域在本月出現了令人興奮的新聞,新的值得信賴的基因模型在豬隻身上被創造出來了。藉由結合了切除終端的DNA編輯器,研究人員得以生產HD豬隻,除了複製了HD病程中選擇性的腦部細胞死亡之外,也擁有HD病程中常見的眾多症狀。
動物模型
像HD這一類的神經退化疾病,對於研究人員而言是很難以捉摸的疾病,舉例而言,它們不像肝臟或腎臟疾病,可以將受損的器官部分取樣(HD受損部分在腦部)。因此我們所能做的最佳的替代方案,就是建立動物模型,用以複製人類病患身上可看到的損害與症狀。
新的HD豬隻動物試驗的建立,讓研究人員非常興奮。現有獲得的HD主要資訊,大多來自此類模型,特別是在小鼠身上完成的試驗。可以肯定的說,如果我們沒有這些工具,HD的研究將會比現有進度落後數十年! 話雖如此,老鼠就是老鼠並非人類,彼此在大腦構造、大小、壽命都存在著差異。因此在人體發現的情況,不一定會在老鼠模型中觀察到。
現在,豬隻模型出場了
我們所需要的是介於中間,較大且跟人類有更多相似性動物。幸運的是,由於美中團隊的努力,我們現在有了這個模型。由Emory大學以及Jinan大學的廣東-香港-澳門神經再生研究中心的研究人員,利用兩種依賴基因組編輯的技術,來創造豬隻的HD動物模型。這是個很棒的過程,讓科學家可以進入到細胞中的DNA並編輯它,有時候可以修正大自然產生的錯誤-試想當你遞交一份論文時,你通常先遞交草稿對嗎?大自然就像是初次草稿,科學家則是校稿者。在這個特別的試驗中使用的技術包括CRIPSR/Cas9 (可參見 https://en.hdbuzz.net/244 ),以及體細胞核轉移,而後者就是1996年應用在複製羊桃莉的技術。
這模型是如何運作的呢?要這樣做需要足夠技術性與技巧嗎?基本上是的,但是這同時也是個很酷的科學,同時它顯示它具可用性。
“如果這聽起來還不夠酷,真正讓人興奮的是這些豬隻在研究結果中,顯示出比起囓齒動物的試驗中,更接近人類HD患者的症狀。”
簡單來說,我們可以採用HTT基因的豬隻版本,切除一部分基因並替換成人類版本會造成HD的基因 – 這就類似”校對”行為。研究者在豬隻皮膚細胞進行此研究,然後取出細胞核(細胞核當中包含所有的DNA),然後將其置於會發展成豬隻胚胎的細胞核中。藉由代理孕豬,在繁衍幾代之後,發現被改變的部分成功的從父母代傳遞至後代,就像人類的HD情形一樣。對於那些不知道的人,一群豬隻被稱為一個飄變世代,這是研究人員所有的;對於一個豬隻的飄變世代而言,有些具有HD。 (For those that don’t know, a group of piglets is called a drift, and that’s exactly what these researchers had; a drift of piglets, some of which had HD.)
豬隻動物模型的好處
如果這聽起來還不夠酷,真正讓人興奮的是這些豬隻在研究結果中,顯示出比起囓齒動物的試驗中,更接近人類HD患者的症狀。隨著年齡增長,豬隻開始出現了走路或是跑路的困難,也就是複製了HD患者會經歷的運動障礙,或是舞蹈動作(Chorea)。豬隻的試驗錄影顯示了非常清楚、跟人類HD患者的狀況非常類似的動作障礙。令人訝異的是,囓齒動物的模型並未出現這類的動作障礙,這也是為何在老鼠HD模型中難以測試新的療法的問題點。就腦部的變化而言,HD豬隻與HD病患有的許多的類似處。你可能有聽過跟HD有關的中型多棘神經元(medium spiny neurons) (它們呈現多棘形狀)。 這些神經元是HD病患腦中第一批的受損者,而在病程中也很快的凋亡,這或許能解釋為何HD早期產生的動作問題。
對於為何這類細胞損失會被選擇性的發生,研究人員非常的沮喪,儘管已經研究數十年,我們仍不清楚為何多棘神經元會如此敏感! 或許我們距離曙光並不遠,在這些豬隻模型中,研究人員發現了多棘神經元的選擇性損失,以及許多人類HD病患身上的神經特性。
精準的編輯豬隻的DNA可藉由基因編輯技術達成如同身體的其他部位,當腦部產生損傷時會產生免疫反應。在腦中,當損傷發生時特定的細胞會被啟動,此過程稱為膠質細胞增生( gliosis)。這種免疫反應在HD病患的腦中有被發現;但是早先的動物模型都需要致力來複製這個疾病的特徵。在此議題,基因嵌入的豬隻模型再次展現價值,研究者發現試驗豬隻身上膠質細胞增生的顯著證據。
另一方面,你所不清楚的HD部分還包括大部分的患者並非腦部損傷而過世,反而是後續的連鎖反應造成的。試想,大腦控制了大部分的意志決定,以及其他我們沒有意識到的行為,像是呼吸。
當我們失去的大部分的腦部,我們的大部分身體將因此受到影響,像是呼吸困難以及肺炎可能會影響大部分HD患者。重要的是,這類影響從未在HD動物試驗中出現過,但是在基因嵌入的豬隻模型中,在這個研究裡顯示了像是呼吸困難等病患會經歷的症狀,這是相當大的突破。
上述的結果對研究者而言是非常興奮的,因為我們終於有了可以複製HD大腦與身體從開始到結束的歷程的模型。更讓人興奮的是,藉由豬隻的體型,我們得以測試可能的療法以及特殊的藥物給予途徑,這在過往是沒法達到的。
例如近期具潛力的頭條療法,ASO調控的HTT降低方法。該方法須經由腰椎穿刺直接注射到脊髓。即使你手非常穩,也沒辦法在老鼠試驗中達成。但是在豬隻研究中,這是可以達到的。
“上述的結果對研究者而言是非常興奮的,因為我們終於有了可以複製HD大腦與身體從開始到結束的歷程的模型。(All of these things together made for a very exciting read as a HD researcher, as it seems we finally have a model that replicates the journey of a HD brain and body from start to finish.) ”
對我們而言有何意義呢?
話雖如此,生命中沒有任何事物是完美的,這個研究也不例外。隨著研究動物的體型增大,會伴隨著更高的飼養費用,花費更長時間讓動物發育與成年,而這些可能讓新發現更晚才會被觀察到。這無疑解釋了為何此試驗所使用的動物數量偏少。作者也同意這點,認為需要更嚴格的試驗,目前也正在規劃中。撇開這些議題,這個新的模型是非常難以置信以及可能對於未來HD研究以及治療機構帶來許多的希望,因此代表全球的HD研究人員,可以說一句”做得好,這樣就可以了 ( ‘that’ll do pig, that’ll do’。)”