从高中生物学教材看我国克隆技术的发展

刘 丹

(人民教育出版社 北京 100081)

2017年底，我国科学家成功培育了体细胞克隆猴“中中”和“华华”，它们的诞生轰动了全世界。我国开展克隆技术的研究工作始于20世纪60年代，相关研究成果从90年代末开始被写入高中生物学教材。

“克隆”一词是英文“clone”的音译，最早是指植物通过无性繁殖得到的群体，而克隆技术就是指相应的技术操作。随着分子生物学的发展，“克隆”的含义有所扩展，包括基因克隆、细胞克隆和生物个体克隆等。本文主要论述以细胞核移植技术为核心的生物个体克隆，体细胞克隆猴就属于此类。

1 最早的鱼类细胞核移植工作

在1998年12月出版的《全日制普通高级中学教科书(试验本)生物 选修 全一册》中第一次对细胞核移植技术进行了介绍，是以“课外读——核移植技术漫谈”的形式呈现的，其中重点介绍了我国科学家运用核移植技术培育了鲤鲫移核鱼。这项研究成果由被誉为“中国克隆技术之父”的我国著名生物学家童第周先生带领的研究小组取得。他们将鲤鱼囊胚细胞的核移植到了去核的鲫鱼未受精卵中，培育了发育成熟的“鲤鲫杂种鱼”，这也是世界上首例成功完成的种间动物克隆工作[1]。

从理论上讲，任何一个含有生物体基因组全部基因的细胞都有发育成为完整个体的潜能。但实际上，克隆动植物的差别很大。克隆植物无论是自然的、还是人工的，都普遍存在。然而，已经分化的动物细胞的核基因组是否能够恢复其分化前的功能状态，一直是克隆动物需要解决的重要问题。20世纪30年代，胚胎学家Hans Spemann就提出了动物细胞核移植的设想。但直到1952年，科学家R. Briggs和J. King才将已经分化的蛙囊胚细胞的核移植到去核的蛙卵细胞中，初步建立了核移植技术；并通过进一步改进技术，获得了成功发育的幼蛙。童第周先生正是从中得到了启发，他的研究团队以金鱼和鳑鮍鱼为材料，于1961年开始了细胞核移植的工作。尽管当时技术手段落后、科研资源有限，但他们克服重重困难，自己设计了一种微量注射器，即在注射器的轴上装一个弹簧，在注射器的头上接一条塑料细管，细管的另一端由一根小橡皮管与一个毛细吸管头相接，并将塑料细管固定在显微操纵台上。就是利用这种简易的装置，研究人员完成了在卵细胞有极体一侧插入玻璃针将核挑除，或直接切除一小部分细胞质等高精度的操作。移植后的细胞有的发育成了正常的胚胎和幼鱼[2]。

2 从胚胎细胞核移植向体细胞核移植发展

教科书发展到了现行的《普通高中课程标准实验教科书 生物 选修3 现代生物科技专题》(以下简称“高中生物选修3”)，其中对核移植技术的介绍已不仅是课外阅读层次了，除了在“专题2细胞工程”的“科技探索之路”中介绍了童第周先生的研究工作外，还在“动物细胞工程”一节单列一个标题“动物体细胞核移植技术和克隆动物”详细讲述了体细胞核移植的过程和应用前景。

在体细胞核移植技术取得突破之前，科学家开展得比较多的是胚胎细胞的核移植工作。我国科学家在鱼类细胞核移植工作的基础上也进行了相关尝试，并于20世纪90年代取得了一系列可喜的研究成果。1990—1991年，陆德裕教授和王斌教授的研究小组分别将兔卵裂球的核移植到去核的未受精的卵细胞中，然后用电刺激诱导两者融合，成功获得了用胚胎细胞克隆的兔[3]。同期，西北农业大学张涌教授的研究团队选用陕北黑山羊的4～32细胞期胚胎和萨能奶山羊的次级卵母细胞分别作核供体和胞质供体，培育了世界上第一例用胚胎细胞克隆的山羊[4]。此后，科学家又相继用胚胎细胞克隆了牛、猪等家畜。

相对于胚胎细胞，高度分化的体细胞恢复全能性要困难得多。直到1997年，体细胞克隆动物才培育成功，它是一只用高度分化的成年母羊的乳腺上皮细胞作为核供体产生的克隆绵羊多莉(Dolly)，自此细胞核移植技术开始进入体细胞核移植的飞速发展阶段。我国国家基金会也专门设立了相关的研究课题。1999年，陈大元教授等将成年大熊猫的几种体细胞作为供核细胞移植到去核兔卵母细胞中，尝试异种体细胞克隆，以期解决我国濒危动物大熊猫的繁育问题[5]。次年6月，西北农林科技大学的研究人员将传代培养冷冻后的成年山羊耳朵皮肤成纤维细胞作为核移植的供体细胞，培育了世界第一例体细胞克隆山羊。在培育过程中，我国科学家进行了很多自主性的探索。例如，此研究是用离子霉素(ionomycin)联合二甲氨基吡啶(6-DMAP)化学激活的方法来激活克隆胚胎，且采用了胞质内直接注射法(当时核移植一般是通过电刺激诱导细胞融合)等[6]。这一切表明，当时我国科学家已经掌握了世界顶尖的克隆技术。截至目前，我国已经自主培育了体细胞克隆牛、转基因克隆山羊、异种克隆北山羊等克隆动物。在高中生物选修3的“拓展视野——核移植技术发展简史”中，就有一张诞生在我国山东曹县的体细胞克隆牛的照片。

3 体细胞克隆猴领跑世界

在高中生物选修3中有一张用胚胎细胞克隆的猴的照片，两只小猴诞生于2000年。尽管科学家在近20年前就用体细胞克隆了哺乳动物，也用胚胎细胞克隆了猴，但是在与人类亲缘关系最近的非人灵长类动物的体细胞克隆上，屡屡受挫，甚至有不少专家一度认为“这是不可能突破的”。究其原因，一方面是非人灵长类动物的供体细胞核在受体卵母细胞中很难完全恢复其分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率很低；另一方面是该类动物胚胎的操作技术尚不完善。

我国研究人员以胎猴的成纤维细胞作为供核细胞，首先在偏振光下去除了卵母细胞的细胞核，并将供核细胞与仙台病毒的包膜(HVJ-E)共孵育；然后用激光划破透明带使供核细胞进入去核的卵母细胞中；在细胞融合1～2h后，用离子霉素和二甲氨基吡啶激活重构胚胎；进而，用组蛋白去乙酰化酶的抑制剂曲古柳菌素(TSA)处理重构胚胎10h，并将人的H3K9me3去甲基化酶(Kdm4d)mRNA注入激活后的重构胚胎，来促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率；最终获得了2只健康的小猴[7]。除了创新性的探索，在研究过程中研究人员掌握的娴熟的操作技巧也是功不可没。经过大量的训练，他们能在10s内精准地完成细胞的去核操作。体细胞克隆猴的诞生意义无疑是重大的，而这一里程碑式的研究成果也很可能被载入新的高中生物学教材当中。

4 理性看待克隆技术

关于克隆技术存在的问题，在高中生物选修3的专题2和专题4里都展开了阐述和讨论。当年培育克隆羊Dolly时，共获得了277个融合的细胞，早期发育成功的胚胎数却只有29个，移植后成功怀孕的母羊仅有1只[8]；培育体细胞克隆猴时，用了127个卵母细胞，获得109个核移植胚胎，移植给21只代孕母猴，只有6只成功怀孕，最后只诞生了2只健康的小猴[7]。可见，无论是克隆家畜还是克隆猴，都面临着重构胚胎成功率低、植入代孕母体后胚胎着床率低、流产率高等问题，克隆技术还有很大的改进和完善空间。

还有人认为体细胞克隆猴成功了，克隆人离我们也就不远了。虽然，从原理和技术层面看，克隆人是可行的；但是，在伦理道德层面，显然是公众难以接受的。新颁布的《普通高中生物学课程标准(2017年版)》里已明确要求课程内容包括： 举例说出生殖性克隆人面临的伦理问题；分析说明我国为什么不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验[9]。目前，针对生殖性克隆人，我国政府明确表示坚持上述四不原则，认为克隆人是对人类尊严的巨大威胁，且可能引起严重的社会、伦理、道德、宗教和法律问题。为此，相关部门还颁布了《人类辅助生殖技术管理办法》《人类辅助生殖技术规范》和《人类辅助生殖技术和人类精子库伦理原则》。

综观半个世纪以来我国克隆技术的发展，经过几代科学家的努力，我们已经实现了从跟跑到领跑的历史性跨越。而我们的高中生物学教材也紧密追踪进展，为师生呈现了我国这一技术的发展和进步，在引导学生树立与时俱进的观念、培养民族认同感、提升爱国心和责任感等方面发挥了不可或缺的作用。