颁奖现场
云南网讯（记者 高艺萌）8月4日，2017年度中国生命科学十大进展交流会暨青少年科普报告会举行。中国科学院院士饶子和、程和平、邵峰、季维智及科研院所学术带头人、生命科学顶尖专家齐聚南京，向青少年传播普及生命科学知识。
会上，饶子和院士介绍了2017年度“中国生命科学十大进展”评选的基本情况。现场还对2017年度十大生命科学领域获奖团队进行了颁奖。值得一提的是，由昆明理工大学季维智院士团队与同济大学孙毅教授合作的“中国学者首次建立基因编辑瑞特综合征猴模型”研究成果入选“十大进展”。
颁奖仪式后，昆工季维智院士团队的陈永昌教授与其他9位获奖代表分别为来自南京中华中学、外国语学校、南师附中、金陵中学河西分校、南京九中的500多位初、高中生做了精彩的科普报告，向学生们提出了一系列充满趣味、“博士级别”的尖锐科学问题。
新闻助读：季维智团队的获奖项目介绍
靶向基因编辑建立瑞特综合征食蟹猴模型
陈永昌1 孙毅2 季维智1
1，昆明理工大学灵长类转化医学研究院，昆明 650500
2，同济大学医学院干细胞研究中心，上海 200092
自闭症（autism）是一个医学名词，最早由美国医生Kanner命名[1]，又称孤独症，是一种由于神经系统发育失调导致的精神疾病，临床症状主要表现为不正常的社交及沟通能力、语言表达障碍、异常的兴趣和行为模式。由于病症非常复杂，学术上一般更多地使用自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder，ASD），是一类广泛性的神经系统发育性疾病[2]，包括瑞特综合征（Rett syndrome，RTT），阿斯伯格综合症（Asperger syndrome），童年瓦解性障碍（Childhood disintegrative disorder，CDD）等（图1）。
图1 自闭症谱系障碍图解。
电影《雨人》的上映使得媒体及公众对自闭症及其他罕见病的关注度进一步提升。2007年12月联合国大会通过决议，从2008年起，将每年的4月2日定为“世界自闭症关注日”，以提高人们对自闭症和相关研究与诊断以及自闭症患者的关注；2008年2月29日，欧洲罕见病组织（EURORDIS）发起了第一届国际罕见病日，随后国际上将每年2月份的最后一天定为“国际罕见病日”。全球发病率调查显示，ASD的发病率呈现不断升高的趋势，在一些地区已高达1/68[3,4]，发达国家ASD的发病率显著高于发展中国家，如美国、日本和欧洲的发病率要显著高于其他地区[4,5]，这可能与社会对ASD的关注度有关。调查还显示发病率还与父母的生育年龄、教育程度等成正比，一般受教育程度越高，母亲的年龄越大，可能大龄母亲的卵质量、身体素质等有所下降，导致的早产、胎儿发育不良等情况较多[6,7]。
大部分ASD患者的病因还不明确，一般认为与环境及遗传因素都有关系。已发现同卵双胞胎中的一个患病，另一个患病的概率为60-70%；异卵双生的概率可达30%，非双生同胞患病的相关性为18%[8,9]。这说明遗传因素是导致ASD的重要因素。目前已发现多个与自闭症发病相关的基因，如与神经元突触连接及细胞黏附相关的FMR1，NLGN3/4，NRXN1，SHANK3，CNTNAP2等，与神经元活性相关的MECP2，UBE3A等[10]。由于临床诊断上首先会根据患者的病症来判断，而许多神经系统疾病会有一些共同的表现，因此在确诊某一种疾病时，通常会制定一系列的诊断标准，如必须标准、支持标注、排除标准等[11]。即便如此，仅凭临床症状还是很难确诊某一种疾病。近年来发展起来的基因测序技术为筛选致病基因做出了重大贡献，也使得疾病的诊断更为准确，这将有助于筛查ASD的致病基因。
临床上ASD患者以男孩较为常见，而瑞特综合征（Rett Syndrome, RTT）则以女孩患者为主。现已知道，RTT是属于ASD的一种神经发育性疾病，通常导致男性胎儿在胚胎期流产，而患病的女孩在出生后6-18个月开始表现语言能力丧失、睡眠质量差、社交和认知障碍、大脑发育变缓、心电图异常、运动能力异常等综合症状。该病最早是1966年由奥地利医生Andreas Rett首先报道的[12]，当时只报道了1例女性患者。1983年，Bengt Hagberg等报道了35例类似患者，较为系统地对发病过程及临床症状进行了描述，并以发现者的名字命名为Rett Syndrome[13]。随后的研究者对该疾病进行了较为全面的研究和跟踪，根据疾病的发病进程及严重程度进行了分级，包括早期停滞期、快速倒退期、假性稳定期、运动恶化晚期等[14]。1999年确定RTT是由遗传因素引起的神经发育性疾病。Huda Zoghbi等利用系统的基因筛查方法，发现MECP2基因突变缺失是导致RTT的直接原因[15]。其实早在1992年Adrian Bird团队就发现了MECP2基因，初步发现其主要参与甲基化调控过程[16]。致病基因的发现促进了实验动物模型的建立，2001年Huda Zoghbi和Adrian Bird实验室同时报道了Mecp2基因敲除的小鼠模型[17-18]。但是即便是Mecp2基因全敲的雄性小鼠也并不致死，直至6-9个月才出现后肢痉挛等轻微的神经症状，而雌性小鼠模型基本无症状。显然，小鼠模型与RTT患者男性胚胎期流产现象相悖，也不能开展高级认知功能及社交行为等测试，难以利用小鼠模型开展RTT疾病机理及治疗的研究。这也许是由于小鼠和人类的进化差异导致的。人类的大脑高度发达，不仅具有复杂的沟回以及大脑分区，体积也比小鼠大脑大得多。而非人灵长类，如猕猴及食蟹猴与人类有非常相似的遗传背景及生理特点，而且神经系统也最为接近，都具有发达的前额叶，控制着情绪、高级认知等复杂社会行为，是公认的研究人类发育及疾病、尤其是神经系统疾病最理想的动物模型。
基因编辑技术（TALENs，CRISPR/Cas9等）为建立灵长类RTT模型开启了新的大门。我们利用CRISPR/Cas9技术首次实现了对灵长类基因组的改造[19]，同时也利用TALENs系统实现了猕猴及食蟹猴的基因编辑[20]。我们选择MECP2作为靶基因，当时发现所有怀孕的雄性胎猴均在胚胎期流产，仅有1只雌性猴出生[20]。这一现象也提示可能猴模型能模拟人类患者男性致死的情况，因此我们接着做了更多的猴模型。设计的基因编辑策略是用3对TALENs质粒对MECP2基因的3号外显子进行多点切割，并将TALENs与促进DNA修复的RAD51一起注射到1细胞期胚胎, 结果发现在细胞及早期胚胎中的编辑效率比较好，因此继续做了胚胎移植，最终获得5只存活雌性食蟹猴和2只雄性食蟹猴，其余胎儿在胚胎期流产。基因测序分析发现所有存活的雌性猴均实现了基因打靶，而存活的2只雄性猴并没有实现基因编辑，对胎儿组织的分析发现，所有被打靶的雄性胎儿均在胚胎期流产（图2，A-B）。这些结果首先证明我们已经获得一批经TALENs介导的MECP2基因敲除食蟹猴，雄性致死的情况也与人类患者相符合[20，21]。对流产猴脑组织的蛋白表达分析也发现基因敲除导致MeCP2蛋白表达量显著降低[21]（图2，C）。
图2. TALENs介导的基因修饰猴模型。（A，B）基因编辑胚胎移植后的胎儿发育、出生及性别分布情况；（C，D）突变型（Mut）和野生型（WT）流产胎猴大脑皮层MeCP2蛋白的表达情况。
上述遗传学分析已证明我们获得了MECP2基因敲除的食蟹猴。为了证明这些动物是否为可以模拟临床患者的RTT猴模型，我们开展了一系列的行为表型分析，包括睡眠节律、社交行为、对外界刺激反应的敏感程度等，发现MECP2敲除食蟹猴与正常猴相比存在显著的差异，并和临床患者的症状类似。与小鼠模型相比较，RTT猴在更多的方面与临床患者更为接近，说明这些MECP2基因敲除的食蟹猴是真正的RTT猴模型（表1）。
表1. RTT猴模型与小鼠模型行为学表型及与临床患者的比较
猴模型的优势还在于可以对其进行一些在小鼠上无法开展的测试，比如高级认知功能、情绪及社交行为、脑发育的动态监测等。通过MRI扫描对RTT猴脑结构动态变化情况的分析发现：许多脑区均发生了表面积、厚度及体积的变化（图3），并与已报道的临床病人的一些变化类似。而临床患者的检测是散点状态的，尚没有系统性、定期监测的动态变化数据。而小鼠因脑结构简单且发育速度较快，难以模拟患者情况。因此基于RTT猴模型的这些数据对于深入理解MECP2基因在灵长类大脑中的功能具有重要的参考价值。
图3 MRI监测RTT猴模型脑结构动态变化情况（8月龄，15月龄及20月龄）。与野生型对照相比，暖色调表示模型的脑区体积变大，冷色调则表示变小。
眼动行为是灵长类动物区别于其他哺乳动物所特有的一种行为，RTT患者与狭义的自闭症患者不同，在发病的后期会出现主动的眼神交流，这也是自闭症与RTT的区别之一。对RTT猴模型的眼动数据采集发现，RTT猴模型更倾向于关注不带情绪的面孔，而当其眼前出现猴面孔及其他物体时，对面孔的关注要更多一些（图4）。这与临床患者的情况非常类似。
图4 眼动分析。（A）实验设计：以不同情绪的猴面孔图谱和食物作为参照，采用两点矫正，采集猴模型对感兴趣事物的关注度；（B，C）比较模型猴及对照动物对不同情绪面孔的关注情况；（D，E）比较模型猴及对照动物对猴面孔及其他物品的关注情况。
上述是我们自2012年底开始启动的通过敲除MECP2基因构建瑞特综合征猴模型的工作，相关结果于2017年5月18日发表在国际顶级生物学期刊Cell[21]上。获得的RTT猴模型很好地模拟人类患者，具有领先于其他动物同类模型的巨大优势，对RTT发病机制和治疗方法将发挥重要作用。
（注：本文已被中国科协技术出版社出版，仅限科普用）
