人类疾病遗传研究的助手——“人造精子”介导的半克隆技术

■文/马晓颦

有了CRISPR/Cas9技术的加持，“人造精子”介导的半克隆技术如虎添翼。研究人员既能够一步获得多基因同时精确靶向修饰的小鼠，也能够实现规模化的小鼠个体遗传筛选，便于从大量候选基因中快速锁定关键基因进行深入研究。

模式生物因其细胞数量少、结构简单、遗传背景明确、容易培养等优点，在生命科学研究中占据至关重要的地位。在众多常见的模式生物中，小鼠与人类的亲缘关系非常接近，其基因组与人类基因组高度同源。因此，利用小鼠建立疾病模型已经成为研究人类基因功能和探索人类疾病分子机制最重要的手段之一。

“人造精子”技术由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的李劲松课题组于2012年首创。2015年，该团队对其进一步优化，通过敲除雄性印记基因的两个调控基因，获得被称为“人造精子”的孤雄单倍体胚胎干细胞。“人造精子”因其为单倍体细胞且能够在体外长期培养扩增的特点，易于进行遗传改造。更重要的是，它能够代替精子在注入卵母细胞后支持胚胎发育，并最终稳定高效地产生携带特定遗传修饰的“半克隆小鼠”。该技术自创立至今，已经为功能基因组的研究作出诸多贡献，并成功应用于印记基因功能的研究、胚胎关键发育基因的筛选以及基因组标签计划的开展。

最近，李劲松课题组及其合作团队再次发力，应用“人造精子”介导的半克隆技术，结合“基因魔剪”——CRISPR/Cas9基因编辑系统，实现了对小鼠骨发育相关基因的个体水平遗传筛选。该研究的理论价值在于首次实现了小鼠个体水平骨发育靶向遗传筛选，为小鼠骨发育过程中关键基因的功能研究开辟了新的途径，为骨质疏松症的药物研发及临床应用提供了理论支撑。

基因修饰小鼠模型在基因功能研究、药物靶点的发现和临床前药效学评价等生物医学研究中具有不可替代的地位。但是，由于小鼠具有二倍体基因组，如何在小鼠基因组中操控基因一直是小鼠遗传筛选，尤其是建立隐性遗传疾病小鼠模型的难题。传统二倍体胚胎干细胞基因打靶的周期较长，将胚胎干细胞注入囊胚后得到的嵌合体小鼠需要通过杂交一到两代才能获得纯合后代。对“人造精子”介导的半克隆技术的应用，研究人员则只需要将携带修饰基因的孤雄单倍体胚胎干细胞注入卵子，便能直接获得携带特定基因遗传修饰的半克隆纯合小鼠。与此同时，基因编辑技术的迅猛发展无疑使“人造精子”介导的半克隆技术如虎添翼，特别是CRISPR/Cas9基因编辑系统的横空出世，显著降低了基因编辑的成本及技术门槛。有了CRISPR/Cas9技术的加持，研究人员既能够一步获得多基因同时精确靶向修饰的小鼠，也能够实现规模化的小鼠个体遗传筛选，便于从大量候选基因中快速锁定关键基因进行深入研究。