杜氏肌营养不良症(DMD)是一种由
DMD
基因突变引起的进行性肌肉萎缩疾病。肌肉纤维依靠多种细胞类型的协调来修复和再生能力。
2024年9月20日，
昆明理工大学陈永昌、季维智及广州实验室胡苹共同通讯
在
Cell
在线发表题为
“
Profound cellular defects attribute to muscular pathogenesis in the rhesus monkey model of Duchenne muscular dystrophy
”
的研究论文，
该研究
利用非人灵长类疾病模型解析
了
杜氏肌营养不良症发病早期骨骼肌病理变化的关键机制
。
为了阐明病理条件下这些细胞类型的细胞和分子变化，研究人员创建了一个恒河猴DMD模型，该模型显示进行性肌肉退化和运动功能受损，反映了人类的情况。通过利用这些DMD猴子，使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析了新分离的肌肉组织。该研究揭示了免疫细胞景观的变化，纤维化纤维脂肪源性祖细胞(FAPs)谱系进展方向的逆转，以及FAPs和肌肉干细胞(MuSCs)的TGF-b抗性。此外，
MuSCs
表现出细胞内在缺陷，导致分化缺陷。
该研究为DMD的发病机制提供了重要的见解，为进一步探索其潜在机制提供了有价值的模型和数据集，并为开发和评估治疗干预措施提供了合适的平台。
另外，2023年12月4日，得克萨斯州西南医学中心吴军、昆明理工大学谭韬、季维智及中国农业大学魏育蕾共同通讯在
Cell
在线发表题为“
Dissecting embryonic and extraembryonic lineage crosstalk with stem cell co-culture
”的研究论文，
该研究利用激活FGF、TGF-b和WNT通路的统一培养条件，成功地从小鼠和食蟹猴囊胚的三种基础组织中获得了胚胎干细胞(FTW-ESCs)、胚胎外内胚层干细胞(FTW-XENs)和滋养细胞干细胞(FTW-TSCs)。
这种方法促进了胚胎干细胞和胚胎外干细胞的共培养，揭示了胚胎外内胚层细胞对多能细胞的生长抑制作用，部分通过细胞外基质信号传导。此外，跨物种分析发现了共同的和独特的转录因子和调控FTW-XENs的途径。
胚胎和胚胎外干细胞共培养策略为开发更真实的胚胎模型和设计更发育相关的分化方案提供了有希望的途径（
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）。
2023年5月11日，昆明理工大学谭韬，陈永昌，季维智，中国人民解放军总医院刘兵及德克萨斯大学西南医学中心吴军在
Cell
在线发表题为“
Ex utero monkey embryogenesis from blastocyst to early organogenesis
”的研究论文，为了解决这一问题，该研究开发了一种嵌入式3D培养系统，可以在受精后的25天内延长食蟹猴胚胎的体外培养时间。形态学、组织学和单细胞RNA测序分析表明，体外培养的猴子胚胎在很大程度上再现了体内发育的关键事件。
通过这个平台，研究人员能够描绘出猴子神经诱导、侧板中胚层分化、卵黄囊造血、原始肠道和原始生殖细胞样细胞发育的谱系轨迹和遗传程序。
该研究开发的嵌入式3D培养系统为从囊胚到早期器官发生的猴子胚胎生长和灵长类动物胚胎体外发生的研究提供了一个强大的可复制平台（
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）。
2021年4月15日，昆明理工大学（第一单位），Salk生物研究所等多单位合作，谭韬，季维智，
牛昱宇
，吴军及Juan Carlos Izpisua Belmonte
共同通讯在
Cell
在线发表题为“
Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo
”的研究论文，该研究
探索了离体培养的食蟹猴（Macaca fascicularis）胚胎中人扩展多能干细胞（hEPSCs）的嵌合能力。
该研究证明hEPSCs生存，增殖，并在猴子胚胎内植入后和植入后早期生成了几个细胞谱系。该研究还发现了种间串扰背后的信号事件，这可能有助于塑造嵌合胚胎内人和猴细胞的独特发育轨迹。
这些结果可能有助于更好地理解人类的早期发育和灵长类动物的进化，并开发出改善人类进化论的物种进化策略（
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）。
2019年12月12日，昆明理工大学季维智及李天晴共同通讯在
Nature
在线发发表题为“
A developmental landscape of 3D-cultured human pre-gastrulation embryos
”的研究论文，该研究报告一个三维（3D）胚泡培养系统，它可以通过原始条纹（primitive streak anlage，PSA）使人胚泡发育。
这些3D胚胎模仿体内的发育标志和3D结构，包括胚盘，羊膜，基底膜，初级和灵长类独特的次级卵黄囊，前后极性形成和PSA。
使用单细胞转录组分析，研究人员描述了上皮细胞，原始内胚层和滋养细胞分离的调控网络。
与上皮细胞相比，羊膜上皮细胞显示独特和特征性的表型。
植入后，特定的途径和转录因子触发细胞滋养细胞，绒毛外滋养细胞和合体滋养细胞的分化。
外胚层在植入时经历多能性转换并维持其转录组，直到由不同的多能性因子驱动的PSA产生。使用3D培养方法，
研究人员阐明了人类胚胎发生过程中的分子和形态发生发展态势。
总的来说，该研究揭示了妊娠前人类胚胎的分子和形态发生发展态势。
这些数据提供了重要的见解，可以更好地了解人类PSC的多能性并揭示干细胞的自我更新和分化过程，并将为将来提高体外受精成功率的策略提供参考（
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）。
2019年10月31日，
昆明理工大学牛昱宇，季维智，
谭韬及SALK研究所Juan Carlos Izpisúa Belmonte
共同通讯在
Science
发表题为“
Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture
”的研究论文，
该研究建立了一个培养系统，能够在长达20天的时间内在体外培养食蟹猴的胚胎。
培养的胚胎经历了重要的灵长类动物发育阶段，包括谱系分离，双层椎间盘形成，羊膜和卵黄囊空化以及原始生殖细胞样细胞（PGCLC）分化。单细胞RNA测序分析揭示了原始内胚层，滋养外胚层，表皮细胞谱系和PGCLC的发育轨迹。
研究结果揭示了在植入后早期与人类发展可能相关的关键的发育事件和非人类灵长类动物胚胎发生的潜在复杂分子机制（
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）。
2017年5月18日，
昆明理工大学灵长类转化医学研究院、云南省灵长类生物医学重点实验室季维智，陈永昌团队和同济大学医学院孙毅团队合作在
Cell
在线发表题为“
Modeling Rett Syndrome Using TALEN-Edited MECP2 Mutant Cynomolgus Monkeys
”的研究论文，该研究
报告了TALEN编辑的MECP2突变食蟹猴的详细基因型和表型，作为神经发育障碍Rett综合征(RTT)的模型，这是由人类MECP2基因的功能丧失突变引起的，雄性突变猴在胚胎时是致命的。
通过一系列的行为分析，包括灵长类独有的眼球追踪测试，结合核磁共振成像的大脑成像，该研究发现了一系列与RTT临床表现相似的生理、行为和结构异常。此外，血液转录组分析显示，突变猴子在免疫基因失调方面与RTT患者相似。综上所述，猴子和患者在表型和/或内表型上的明显相似性表明，基因编辑的RTT原始猴将对RTT的疾病机制研究以及潜在治疗干预措施的开发具有价值。
2014年2月13日，南京大学黄行许、南京医科大学沙家豪、云南省灵长类生物医学重点实验室季维智合作在
Cell
在线发表题为“
Generation of gene-modified cynomolgus monkey via Cas9/RNA-mediated gene targeting in one-cell embryos
”的研究论文，该研究将CRISPR/Cas9系统应用于猴子基因组。通过将Cas9 mRNA和sgRNAs共注射到单细胞期胚胎中，成功地实现了食蟹猴基因的精确靶向。该研究还发现，该系统可以在一步中同时破坏两个靶基因(Ppar-γ和Rag1)，综合分析没有发现脱靶突变。
因此，将Cas9 mRNA和sgRNAs共同注入单细胞期胚胎是一种高效、可靠的基因修饰食蟹猴繁育方法。
杜氏肌营养不良症(DMD)是一种隐性遗传的X连锁严重肌肉退行性疾病，其特征是进行性肌肉无力和肌肉丧失。这种疾病是由DMD基因突变引起的，导致肌营养不良蛋白缺失或显著减少。这种表型通常在2-4岁左右的患者中开始被检测到，患者最终死于心脏和呼吸衰竭。
目前，该领域的研究主要集中在DMD的基因治疗和药物干预的发展上。然而，对该疾病发病机制的细胞和分子机制，特别是早期发生的变化的了解仍然有限。
值得注意的是，由于难以获得患者肌肉样本，特别是在疾病的早期阶段，大多数研究都依赖于小鼠骨骼肌。在这个阶段，患者通常是2-4岁，进行肌肉活检会严重影响他们的肌肉功能。
因此，DMD动物模型的生成一直是众多研究的重点，有助于进一步了解DMD的致病机制。
非人灵长类动物(NHPs)是进化上与人类最接近的物种，在遗传、精细运动技能、肌肉结构和功能、免疫和代谢系统等方面都有很高的相似性。利用CRISPR-Cas9介导的基因编辑技术，研究人员之前培育了针对
DMD
基因外显子5的mosaic恒河猴，在这些嵌合恒河猴创建者的基础上，进一步采用胞浆内单精子注射(ICSI)技术产生了F1型半合子恒河猴。生成的恒河猴模型概括了在DMD患者中观察到的大多数早期病理表型。
机理模式图（图源自
Cell
）
自从发现肌营养不良蛋白是DMD的致病蛋白以来，机制研究的重点是揭示与肌营养不良蛋白丧失相关的分子过程及其与DMD病理的联系。
现在已经知道，肌营养不良蛋白在维持肌肉细胞膜的稳定性方面起着至关重要的作用，它是连接细胞内肌动蛋白细胞骨架网络和细胞外基质(ECM)的连接点。
肌营养不良蛋白的缺失会导致多种后果，包括炎症、纤维化、线粒体功能障碍、钙和活性氧失调，所有这些都被认为在DMD的发病机制中发挥重要作用。最近的研究也表明，MuSCs在
DMD
影响的肌肉中功能失调，导致再生潜能受损。因此，深入了解这些过程背后的分子和细胞机制以及干细胞如何受到影响具有重要的临床意义。
利用NHP模型，作者在疾病早期阶段进行了单细胞测序分析，揭示了免疫细胞景观的变化，确定了纤维脂肪源性祖细胞(FAPs)和
MuSCs
的深刻缺陷。这些发现促进了人们对DMD发病机制的理解。
综上所述，该研究不仅解决了对更先进的疾病动物模型的需求，而且还揭示了疾病的发病机制，具有改善DMD患者生活质量和确定潜在治疗策略的潜力。
参考消息：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00970-X
