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“基因编辑猪”分泌人胰岛素 异种移植未来不是梦

2016/04/03 来源:广州日报
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导读
中国科学院广州生物医药与健康研究院在大动物基因编辑技术上取得新突破。赖良学课题组利用精确的基因编辑技术,在没有引入外源基因的情况下,对猪胰岛素基因进行了定点修饰,使猪胰腺完全分泌人胰岛素。


中国科学院广州生物医药与健康研究院在大动物基因编辑技术上取得新突破。赖良学课题组利用精确的基因编辑技术,在没有引入外源基因的情况下,对猪胰岛素基因进行了定点修饰,使猪胰腺完全分泌人胰岛素。该成果有望为糖尿病人提供更为理想的临床异种胰岛移植供体。

猪胰岛素长期使用容易诱发抗体产生

根据国际糖尿病联盟在2015年最新发布的数据,世界范围内共有4.15亿成年人患有糖尿病。2015年有500万人因糖尿病而死亡,超过了疟疾、肺结核与HIV的致死人数总和。

糖尿病及相关并发症的治疗费用十分巨大,估计每年超过6700亿美元,高于美国全部的军事费用。

目前,对糖尿病的治疗包括胰岛素注射和胰岛移植。猪源胰岛素曾经被广泛采用,利用猪胰岛进行异种移植治疗糖尿病的相关研究,最近也取得良好进展。但猪与人相比,胰岛素蛋白存在一个氨基酸的差异,人胰岛素B链第30位氨基酸是苏氨酸,而猪胰岛素是丙氨酸。

这一个氨基酸的差异使猪胰岛素在人体中的降血糖效价较低,而且长期使用容易诱发抗体产生。

通过基因修饰猪胰腺可完全分泌人胰岛素

3月18日,Journal of Molecular Cell Biology杂志(《分子细胞生物学杂志》)在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学课题组的研究成果“Genetically humanized pigs exclusively expressing human insulin are generated through custom endonuclease-mediated seamless engineering”。该研究利用精确基因编辑技术,对猪胰岛素基因进行了无痕定点修饰,使猪胰岛素基因编码生产人胰岛素,成功建立了完全分泌人胰岛素的基因编辑猪。

研究中,研究人员李小平博士、杨翌博士和王可品博士研究生等,将TALENs及CRISPR技术与单链寡核苷酸结合,建立了猪基因组无痕定点编辑技术,利用该技术在体细胞中将猪胰岛素基因编码B链第30位丙氨酸的密码子GCC修改为编码苏氨酸的ACG,并获得了纯合子细胞株。同时,研究人员利用该细胞株作为核供体,通过体细胞核移植技术成功构建了人源化胰岛素克隆猪,利用高分辨率液相色谱串联质谱仪检测证实,从该基因修饰猪胰腺中提取的胰岛素完全为人胰岛素,而不含猪胰岛素。

为异种胰岛移植提供更理想供体

李小平博士解释,该研究的意义有两个方面。从技术层面来看,该成果第一次在大动物中实现无痕的基因组定点修饰。“以往的基因修饰技术,需要引入外来基因,比如细菌来源的抗性筛选基因、人基因等,而无痕修饰技术,不需要引入外来基因,比如本次基因修饰,仅修改了两个碱基。定点无痕技术的建立,可降低安全风险,将推动基因突变大动物疾病模型和具有农业育种价值的基因修饰大动物的培育。”

而从研究成果看,人源化胰岛素基因修饰猪,由于胰腺中产生的胰岛素完全为人胰岛素,将来可为糖尿病的治疗提供人胰岛素,同时也可以为临床异种胰岛移植提供更理想的供体。

“区别与其他器官组织的临床移植,一名成人患者需要2~4个供体才能满足移植胰岛量,造成胰岛供体更为紧缺;而猪胰岛异种移植,目前已处于临床前研究阶段。完全产生人胰岛素的猪胰岛组织,结合现在的生物材料技术,有望为胰岛移植治疗糖尿病带来新的突破。”李小平表示。

该研究获得国家科技部“973”、“863”、国家自然科学基金、广东省科技计划专项和广州市科创委的项目经费支持。

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