模仿人类“尬舞”的动物们
在委内瑞拉西北部马拉开波湖畔的几个小渔村，生活着一群生下来就不得不跳“尬舞”的可怜人。他们经常会不受控制且毫无章法地手舞足蹈，而且伴有智力低下、运动障碍、口吃等健康问题。经过100多年的努力，科学家虽然查明了他们跳“尬舞”的病因，但是仍然没有办法治愈此病。于是，科學家不得不请一些动物来模仿人类的这种“尬舞”，以帮助人类找到有效的治疗方法。
这样“尬舞”是种病
其实这种病症从中世纪开始就有记载，不过直到1872年，22岁的美国哥伦比亚大学研究生乔治·亨廷顿才首次在他的第一篇论文中，准确地指出它是一种典型的显性遗传病。如果父母双方有一人患此病，那么他们的子女有50%的概率患此病;如果他们的子女没有患此病，那么这些子女的后代也不会患此病。之后，人们把这种病称为“亨廷顿病”。因为患者经常出现不由自主的手舞足蹈，所以这种病症又被称为“亨廷顿舞蹈症”，它有点像网络上流行的“尬舞”。
据全球流行病学调查报告显示，亨廷顿病是一种罕见的遗传疾病。全世界亨廷顿病的发病率约为2.7/100000人，其中欧美国家的发病率较高，每10万人的发病人数达5.7人，美国约有3万患者;亚洲的发病率较低，每10万人中仅有0.4人，预计中国约有300个家庭受到此病的困扰。
不过，此病在被亨廷顿描述后的100多年里，人们一直无法弄清它的具体致病机理。科学家猜测亨廷顿病是由某种基因突变引发的，但是，到底是什么基因突变导致了这种可怕的遗传病，却一直不得而知。最终，来自亨廷顿病患者家庭的美国科学家南希·韦克斯勒揭示了它的致病机理。
南希的外公和舅舅早已死于亨廷顿病，妈妈也是患者。南希和姐姐爱丽丝生活在亨廷顿病的阴影中，整日担惊受怕。后来被亨廷顿病折磨了10年的妈妈还是撒手人寰了。这时，已获得临床心理学博士学位的南希决定查明导致亨廷顿病的“真凶”。
在南希博士的领导下，100多位科学家经过10多年的努力，通过查明和分析委内瑞拉马拉开波湖畔小渔村数千名亨廷顿病患者的遗传关系，最终于1993年将亨廷顿病的致病基因精确定位在人类第4号染色体短臂上，分离出亨廷顿病基因序列，并推测位于亨廷顿病基因第一个外显子中一个三联核苷酸（CAG）重复数不稳定，是亨廷顿病重要的致病原因。该成果发表在国际顶级学术期刊《细胞》上。
进一步研究表明，正常人群的CAG重复数若少于26个，自身和后代都不会患此病。当某人的CAG重复数为27～35个时，若自己不患此病，后代也有较小的患病概率。但CAG重复数等于或大于36个时，自身则会表现出症状，且后代有50%的患病概率。亨廷顿病基因突变后，其编码的蛋白质含有过多的谷氨酸，引起大脑纹状体和皮质区域的神经退行性病变，是导致亨廷顿病的重要原因之一。
据此，科学家们意识到，要战胜亨廷顿病并不能一蹴而就，除了通过胚胎基因筛查来减少患儿出生之外，还必须深入研究突变亨廷顿蛋白是如何引发神经退行性病变的。不过，科学家显然很难对患者的神经系统进行介入式研究，他们不得不求助于动物了。
猴哥先行
早在1996年，科学家就培育出携带人类亨廷顿病基因的转基因小鼠，希望藉此研究亨廷顿病的致病机理，找到治疗亨廷顿病的药物。经过近20年的发展，世界各国的科学家已建立了数百个亨廷顿转基因小鼠模型，但是转基因小鼠无法呈现出亨廷顿病的大多数症状，特别是无法模仿患者的神经病理特征，因此在此病机理研究和药物筛选上成效甚微。
由于猴子等灵长类动物的神经系统与人类相近，科学家认为灵长类动物是研究人类神经系统疾病理想的模型动物。2008年，美国埃默里大学的安东尼·陈博士领导的研究团队采用慢病毒载体法，将含有84个CAG重复数的人类亨廷顿病基因显微注射到猕猴卵母细胞中，经体外受精后，获得了5只转基因猴。其中3只转基因猴所携带的人类亨廷顿病基因CAG重复数在80个以上，均表现出一定程度的运动障碍、呼吸困难等症状，但这些转基因猴的存活时间均不长。
后来，陈博士等人又培育了3只亨廷顿病转基因猴，对这些转基因猴从婴儿期到成年期进行了超过4年的长期观察，发现这些转基因猴的脑部纹状体神经元出现减少，这与人类亨廷顿病症状吻合，表明陈博士团队所培育的转基因猴，可以作为亨廷顿病的动物模型。
鸟儿只“尬唱”
亨廷顿病患者除了表现出运动障碍和认知退化之外，也表现出口吃、错误发音、语言学习能力弱等语言障碍。斑胸草雀原本凭借优美的歌声在鸣禽界享有一定声望，其鸣唱技法主要靠后天从父辈那里学习获得，跟人类学习语言的模式类似，因此被科学家发展成为研究发声学习与神经系统相关性的重要模型动物。美国洛克菲勒大学动物行为实验室的研究人员，就培育出了一种鸣唱学习能力严重受损的转基因斑胸草雀，而转入的基因就是人类突变型亨廷顿病基因。
2015年11月，美国洛克菲勒大学的研究小组在《自然·神经科学》中首次报道了一种携带人类突变型亨廷顿病基因的斑胸草雀模型，它们不仅表现出一些与人类亨廷顿病相似的典型症状，而且其鸣唱学习能力也严重下降。
研究人员同样采用自身失活型慢病毒载体法，将人类亨廷顿病基因整合到斑胸草雀的基因组中，获得了8只转基因斑胸草雀。其中，有5只整合了人类亨廷顿病基因（含有145个CAG重复），另外3只则含有23个CAG重复。在2年的实验中，5只携带突变型亨廷顿病基因的转基因斑胸草雀生长性状与非转基因鸟没有显著差异，但是均表现出一定的身体颤抖，并偏好高蛋白食物。其中，2只成年突变型斑胸草雀在实验后期还表现出严重的身体颤抖、重心不稳等典型的亨廷顿病症状。为了验证这些突变表型，该研究小组还制作了携带人类突变型亨廷顿病基因的转基因金丝雀，它们也表现出运动障碍和认知退化，并且症状更加严重。
值得注意的是，这些突变型雄性斑胸草雀的鸣唱学习能力严重受损。在孵出53天以后，处于感觉学习期的突变型雄性斑胸草雀有的只能模仿非轉基因成年雄鸟鸣唱声的少数几个音节，有的甚至什么音节也学不会，成年后的转基因雄鸟则不能按音节顺序进行重复而稳定地鸣唱。经进一步的研究表明，这些症状与亨廷顿病相关的神经病变和皮质基底神经节鸣唱回路的失能有关。携带人类突变型亨廷顿病基因的斑胸草雀，为研究人类语言学习能力的机制提供了一个不错的动物模型，也有望为治疗与皮质基底神经节相关的语言和运动障碍提供帮助。
“二师兄”有望后来居上
由于转基因猴的培育难度大，成本高，还存在伦理问题。而鸟类只能模拟亨廷顿病所导致的语言障碍，因此一些科学家转而寻求其他动物的帮助，比如猪。很多研究表明，猪和人类的解剖、生理和遗传相似度都非常高，其体重又与成年人相当，而且猪的自然寿命可达10年以上，有足够的时间对疾病发生、发展、药物反应、疗效等进行长期观察。同时，猪的基因工程技术和体细胞克隆技术也相对较为成熟，因此有科学家认为猪可作为理想的人类疾病动物模型。
2018年3月30日，暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院教授李晓江团队、中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员赖良学团队、美国埃默里大学教授李世华团队等多个研究团队在国际顶级学术期刊《细胞》上发表论文，报道该联合研究小组首次利用基因编辑技术（CRISPR/Cas9）和体细胞核移植技术，将人类外显子1中包含150 CAG重复序列精确地插入猪的内源性亨廷顿病基因中，成功地培育出了世界首例亨廷顿舞蹈症基因敲入猪。
该研究结果显示，基因敲入猪在4个月以前没有表现出明显症状，与同性别、同年龄的野生型猪相比，体重增加很少。但是之后就会表现出人类亨廷顿病的一些典型症状，比如皮肤皱褶增加和下垂，“舞蹈样”运动障碍，过早死亡等等，与亨廷顿病患者症状较为相似。经进一步的解剖试验表明，这些亨廷顿病模型猪还能模拟亨廷顿病患者的大脑纹状体典型病理特征。更有意思的是，亨廷顿病模型猪的这些异常行为及病理特征都可稳定地遗传给后代。
这些研究表明，亨廷顿舞蹈症基因敲入猪能精确模拟亨廷顿病的症状及病理特征，这将有助于我们深入了解亨廷顿病患者神经细胞死亡的机制及寻找有效的治疗方法。如果说亨廷顿病基因的发现为人类打开了认识和攻克亨廷顿病的大门，那么能精确模拟亨廷顿病症状及病理特征的动物模型，将有望帮助人类找到彻底治愈亨廷顿病的良方。
作者： 汤波
来源：《科学24小时》
