基因敲除推动重大疾病研究

生物谷

当后基因组时代来临时，人们更多地把目光投向了基因的功能与作用，希冀借此能揭开人体内3万条基因的真正奥秘，特别是在疾病发生发展中的基因表达、调控等与人类健康密切相关的领域更受到了科学家们的青睐。在这个逐渐认识人类自身的伟大事业中，不能不提到一项名为“基因敲除”的基因工程技术。

　　基因敲除的思路剔除是为了凸显

　　目前人们已经明确，一些重大疾病的发生与基因的突变息息相关，如肿瘤、高血压、糖尿病等一些重大疾病都是由于某种特定的基因突变而引发的。但一段基因片段犹如浩瀚大海中的一滴水，人类现阶段的技术还不能采用直接的方法，对其功能进行准确的分析，所以也就没有机会真正了解和完全弄清楚这些基因的变化和缺陷所带来的局部和整体的系列反应。而转基因技术和基因敲除技术就能够更清楚地研究和发现基因新的功能，同时还可以用于制备疾病动物模型用于科学研究和新药的筛选。

　　北京大学医学部药理学系谭焕然教授就是一位“此道高手”——她主持的国家“863”项目“肝脏葡萄糖激酶基因条件敲除的2型糖尿病小鼠模型”不久前“初战告捷”，已经可以作为2型糖尿病的动物模型正式进入产业化应用阶段，将有助于推动2型糖尿病的发病与治疗的研究、诠释和筛选抗糖尿病药物。谭焕然教授告诉记者，基因敲除动物模型通过运用基因工程技术的方法，将动物体内的某些特定基因在染色体水平剔除或使之失活，使得与该基因相关的蛋白质表达减少或不表达，从而使动物体内与该蛋白相关的功能丧失。这一技术为探讨基因在体内的功能和疾病的发病机制提供了一种很好的研究工具，这与早期生理学研究中常用的切除部分—观察整体—推测功能的三部曲思想相似。另外，基因敲除除了可以中止某一基因的表达外，还包括引入新基因及引入定点突变，既可以用突变基因或其他基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。

基因敲除的“好搭档”转基因技术

　　尽管基因敲除技术用处多多，但实际操作中还离不开它的一位“好搭档”——转基因技术。转基因技术是指用导入的方法使外源基因或发生突变的基因片断在染色体基因组内稳定整合，使导入的基因能进行稳定的遗传并表达。科学家把基因敲除与转基因技术完美地结合在一起，就可以用来构建实验动物模型，从而对人类重大疾病机理研究、诊断、治疗等提供极大的帮助。

　　比如，科学家首先在体外人工重组一段目的基因，将这段目的基因在载体的帮助下导入动物的胚胎干细胞替换原有的正常基因，再将该基因被替换的胚胎干细胞注射入动物的囊胚中，新生的小鼠就具有与原来小鼠不同的基因性状和特征，从而就可以明确看出这一目的基因的变化会引发什么样的疾病。而这种动物就是我们通常所说的基因敲除动物。由于功能基因被封闭，在这些基因调控下的功能活动被影响，疾病的发生和变化也就显现出来。最重要的是，在这一特定条件下的动物疾病表现，与人类的发病过程非常相似和接近，这就为探讨这些重大疾病的发展和药物治疗的情况提供了很好的、稳定的动物模型，也使进一步的科学实验变得更加有的放矢，结果更可靠。

基因敲除的目的更真实反映基因突变

　　与以往动物模型一般是采取化学试剂破坏组织细胞的办法建立起来相比，基因敲除技术可谓是“更上一层楼”，因为它能够真实地反映出基因突变引发的病变。以谭焕然教授的研究为例，2型糖尿病是由于某些基因的突变使胰岛素受体的敏感性下降及胰岛素抵抗从而引发的，此时体内胰岛素的分泌并没有减少。既往用化学方法制备的糖尿病动物模型主要是采取四氧嘧啶和链佐霉素等化学试剂对小鼠的胰腺进行大面积的破坏，使胰岛素的分泌减少引发高血糖。虽然都是高血糖或糖尿病动物模型，但其真正的发病机理与临床的糖尿病发病是不相同的，而采用这种模型对治疗糖尿病的药物进行筛选，其数据的干扰和偏差之大可想而知。

　　而基因敲除动物模型是基于以往大量研究的基础上，在染色体水平剔除某些特定的已知可以引起人2型糖尿病的基因，正是这些关键基因的突变使得动物产生了糖尿病。比如，肝脏的葡萄糖激酶基因的突变，会引起葡萄糖的代谢障碍，此时虽然胰岛素的分泌没有减少，但是血液中的糖利用降低造成血糖升高，在人类就会引起2型糖尿病。而谭焕然教授此项研究的核心，就是在体外先将小鼠肝脏的葡萄糖激酶基因进行改造，使基因的活性中心的关键部位发生缺失，人为地造成突变、产生出“坏基因”；然后采用定位整合的技术，将进入的这段“坏基因”与胚胎干细胞内位置完全相同的对应正常基因进行置换。由于正常基因被“坏基因”替代，使其不能发挥正常的功能，就如同被切除了一样，“基因敲除”由此得名。接着再将经过改造的胚胎干细胞导入动物的受精卵发育成动物，并按照遗传学中的定律法则，对出生的小鼠进行筛选，最终含有突变的动物就被称为基因敲除动物模型。这样的动物模型与人类的发病情况最为相似，发生机理最为接近，无论是进行各种研究还是对药物进行筛选，都可以非常客观地反映出其真实的状况。

　　国内首先完成的2型糖尿病模型小鼠——肝脏葡萄糖激酶基因敲除小鼠模型的诞生，表明我国科学家已经完全掌握了基因敲除动物模型这一基因工程中的较高技术操作。今后，我国学者将能够根据中国人一些特有的基因变化特点，制备更多的基因敲除或导入的重大疾病动物模型，用来研究中国人疾病的发病特点以及进行创新药物的筛选工作。同时，这些“小老鼠”的“出世”也将带动新兴产业发展，要知道，国外同类的模型动物年经济效益均能超过千万美元，有望就此开辟出一条开阔的科技产业化道路。