浅谈“基因靶向”技术

２００７年10月8日，本年度诺贝尔生理学或医学奖分别授予两名美国人马里奥·卡佩基、奥利弗·史密斯和一名英国人马丁·埃文斯。诺贝尔奖评审委员会的公报说，三位科学家“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物ＤＮＡ重组方面有着一系列突破性发现”，他们“发现了利用胚胎干细胞对老鼠基因进行特定改变的原理”，从而“引出一种强大技术的发明”，为“基因靶向”技术的发展奠定了基础。

一、什么是“基因靶向”技术

“基因靶向”技术是指利用DNA可与外源性DNA同源序列发生同源重组的性质，定向改造生物某一基因的技术。科学家希望借此找到人类一些疑难杂症的治疗途径。

掌握“基因靶向”技术，相当于医生治病加了个瞄准镜。这将产生一种全新的医疗技术，也就是筛选人体病变基因，通过干细胞修复受损组织或器官。瞄准镜是狙击手的最好帮手。在现代医学领域，如果把科学家比作搜索致病基因的狙击手，那么“基因靶向”技术就是他们的瞄准镜，可精确瞄准某一特定基因。

在“基因靶向”技术帮助下，科学家瞄准某一特定基因，可使小鼠体内的特定基因丧失功能。此类实验可帮助人们了解基因在胚胎发育等多种现象中发挥何种作用。“基因靶向”技术为阐明人类疾病的发生机理发挥了至关重要作用。由于老鼠有着和人类非常类似的基因，在老鼠身上成功，说明在人身上成功的日子不会久远。

二、实用价值：使人体组织、器官像机器的“零配件”一样可换

干细胞可分为两类：全能干细胞和组织干细胞。前者可以分化、发育成完整的动物个体，人的胚胎干细胞属于此类。早在１９世纪，发育生物学家就知道，卵细胞受精后很快开始分裂，直至分裂成有１６至３２个细胞的细胞团，叫做桑葚胚。这时如果将组成桑葚胚的细胞一一分开，并分别植入到母体的子宫内，则每个细胞都可以发育成一个完整的胚胎。这种细胞就是胚胎干细胞，属于全能干细胞。骨髓、脐带、胎盘和脂肪中则可以获取组织干细胞。每个人的体内都有一些终生与自己相伴的干细胞。

目前，科学家已经能够在体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种子”，培育出一些人的组织器官。通过不断完善，这种干细胞技术也能自如地运用到人身上。这样使人体组织、器官像机器的“零配件”一样可换。这种技术利用胚胎干细胞，改造老鼠体内的特定基因。

有了“基因靶向”这一强大的武器，人们就可以瞄准某一特定基因，使其失去活性，进而研究该特定基因的功能。

三、“基因靶向”技术发展展望

尽管“基因靶向”技术刚刚诞生20余年，但全世界的科学家已经利用该技术先后对小鼠的上万个基因进行了精确研究。根据导致人类疾病的各种基因缺陷，科学家培育了超过500种存在不同基因变异的小鼠，这些变异小鼠对应的人类疾病包括心血管疾病、神经病变，糖尿病和癌症等。

这一强大的技术就是“基因靶向”技术，通常也被称作基因敲除。“基因靶向”技术利用胚胎干细胞改造老鼠体内的特定基因。在“基因靶向”技术的帮助下，科学家可以使实验鼠体内的一些“不活跃”基因失去作用，从而发现这些基因的实际功能。科学家希望借此发现人类一些疑难杂症在分子水平上的发病原因，并最终找到治疗途径。目前，“基因靶向”已被应用于对囊肿性纤维化、心脏病、糖尿病、阿尔茨海默症和癌症的研究。

在公报中，诺贝尔奖评审委员会指出，“基因靶向”的应用为人类的胚胎发育以及人类对抗衰老和疾病带来了希望。“在老鼠体内进行的‘基因靶向’已经渗透到生物医学的各个领域。在未来许多年内，它将继续帮助人类理解基因功能，继续造福人类。”

本年度诺贝尔生理学或医学奖得主的最大贡献在于，他们创造了一套完整的“基因敲除小鼠”的方式，把任意改变小鼠基因变为现实，不仅可以研究单个基因在动物体内的功能，而且为人类攻克某些遗传因素引发的疾病，提供了药物试验的动物模型。

所谓“基因敲除小鼠”，就是先在小鼠的胚胎干细胞上通过基因重组的办法进行基因修饰——就是将胚胎干细胞中的靶向基因改掉，然后将“修饰”后的胚胎干细胞植入小鼠的早期胚胎，生成嵌合体小鼠。这种嵌合体小鼠长大后，体内同时存在被“修饰”过的基因和未被“修饰”的基因。如果某些小鼠的生殖细胞恰巧被“修饰”过了，则它们就会生出基因完全被“修饰”过的小鼠。

这种方法本身就是生物医学领域里一项极具开创性的方法，同时，由于人类基因与小鼠基因有９０％以上的相似性，因此它在理论上具备了用于心脏病、糖尿病等人类遗传因素引发的疾病研究的可能。

这次诺贝尔生理学或医学奖获奖者所做的工作是关于基因重组的，这其实是一个技术集成的工作，最大的意义在于其对于研究基因的功能、疾病的模型等开创了一个新的局面，对于研究很多人类的遗传疾病以及其致病基因提供了技术手段。它能够创造出人类遗传疾病的动物模型，比如小鼠的胚胎干细胞是研究多种人类遗传疾病的理想模型。其在阐明人类疾病的发生机理方面发挥了至关重要的作用，为相关生物医药的研发做了前期准备。

我国在这一领域目前还处于模仿阶段，未来我国在生物医学和再生医学、胚胎干细胞研究方面可能会有突破。我国已经建立了几个生物技术中心，有几个实验室能做相关的工作，目前国内一些科学家已经在生物医学研究领域保持了与国际同步的研究水平。

（作者单位：江苏省靖江市斜桥中学）