首批具猛犸象特征的长毛鼠诞生，计划 2028 年复活猛犸象

多重基因编辑（Multiplex Gene Editing）是指在同一实验或生物体中，同时对多个基因进行编辑的技术，这种技术通常使用 CRISPR-Cas9 等基因编辑工具，能够高效、精准地修改多个目标基因，用于研究复杂生物学问题或模拟特定性状。

猛犸象（Mammoth）是一种已经灭绝的古代象科动物，生活在距今约 480 万年至 4000 年前更新世时期，它们全身覆盖浓密的长毛，毛发长度可达 50 厘米，颜色通常为棕色或黑色，帮助它们在冰河时期的寒冷环境中保暖。但在距今约 1 万年前，因为气候变化等原因，适应寒冷气候的猛犸象快速灭绝，大约 5000 年前，猛犸象彻底灭绝，这也标志着冰河世纪的结束。目前科学家正在尝试通过基因编辑技术（如 CRISPR）和克隆技术，利用猛犸象的 DNA 复活这一物种，或将其基因引入现代亚洲象，以恢复其部分特征。

2025 年 3 月，乔治 · 丘奇团队在bioRxiv发表研究「Multiplex-edited mice recapitulate woolly mammoth hair phenotypes」（图 1）。该研究指出长毛猛犸象（Mammuthus primigenius）拥有厚密的毛发和其他适应寒冷的特征，使其能够在严酷的北极环境中生存。当前的去灭绝（de-extinction）努力集中在通过基因改造与其亲缘关系密切的亚洲象，使其表达长毛猛犸象的特征。

在本研究中，该团队建立了一个多重基因编辑的小鼠模型，对与毛发形态和脂质代谢相关的基因进行了编辑，成功同时编辑了多达 7 个不同的基因，结果显示，编辑后的小鼠表现出显著的毛发表型，包括卷曲、质地粗糙的毛发以及金棕色的毛发颜色。

这项研究建立了一个快速测试猛犸象相关基因变异的平台，同时推进了复杂遗传模型的生成方法，这些方法为去灭绝研究以及哺乳动物毛发发育和寒冷适应的遗传基础研究提供了重要信息。

图 1：相关研究（图源：[1]）

猛犸象「去灭绝」计划的目标是什么呢？其目标是通过在与其亲缘关系密切的亚洲象的细胞中表达猛犸象特有的基因变异，复活猛犸象的关键表型特征，如厚密的毛发和其他适应寒冷环境的特征。随后通过体细胞核移植和代孕实现，这些特征的基因变异选择通过比较基因组分析进行，并在可能的情况下通过实验验证其预测的表型效应。但是现在面临实验周期长和伦理问题的挑战，因此需要开发替代方法进行功能验证。

在现在这个时代，我们怎么才能对大约在 4000 年前就已经灭绝的长毛猛犸象进行去灭绝研究呢？小鼠模型系统为探索猛犸象去灭绝相关基因修饰的表型影响提供了一种强有力的替代方法，小鼠的妊娠期仅为 20 天，且基因操作技术成熟，能够快速进行候选基因变异的功能测试。而 CRISPR/Cas9 技术推动了基因编辑动物模型的发展，加速了复杂遗传模型的生成，并对去灭绝等雄心勃勃的保护工作具有重要意义。

先前对自发和工程化小鼠突变的研究揭示了毛发发育、质地、长度、密度和颜色的关键遗传调控因子（包括导致毛发呈波浪状的 Tgm3 基因、控制毛囊方向的 Fzd6 基因和 Astn2 基因，以及影响毛发质地的 Fam83 g 基因，调控毛发长度的 Fgf5 基因，调控毛发发育的 Tgfa 基因）。此外，Krt25 和 Krt27 基因的突变也会改变毛发结构，而 Mc1r 基因则调节毛发颜色，这些都为猛犸象去灭绝研究中毛发特征的基因编辑提供了理论基础。

乔治 · 丘奇团队通过小鼠模型系统及多重基因编辑技术达成了什么样的成果呢？在本篇研究中，他们构建了一组多重基因编辑的小鼠模型，这些模型携带了 Tgm3、Fzd6、Astn2、Fam83 g、Fgf5、Tgfa 和 Mc1r 基因的功能缺失突变（LOF）。这些基因的选择基于先前对小鼠被毛表型的观察，以及对猛犸象和亚洲象基因组的比较分析。

例如，Tgfa 基因在猛犸象谱系中与亚洲象分化后出现了类似的功能缺失变异。他们还在 Krt25 和 Krt27 中引入了精确的错义突变，其中 Krt27 的突变位点在猛犸象中也被固定。此外，他们还选择了与脂肪代谢相关的基因 Fabp2，该基因在猛犸象中存在早期终止密码子。

小鼠 Fabp2 基因的破坏会导致性别依赖的代谢紊乱和脂肪分布差异，表明其在寒冷适应中可能起作用。他们采用直接受精卵编辑（图 2）和高效嵌合体方法（图 2）构建小鼠默许，成功实现了在 7 个不同基因中同时进行多达 8 个纯合编辑。这些新颖的基因修饰组合产生了多种毛发表型的小鼠，为猛犸象去灭绝研究和毛囊生物学的基础研究提供了重要工具。

图 2：目标性状、目标基因和编辑工作流程概述（图源：[1]）

局限性：小鼠模型为评估基因修饰的功能后果提供了实验上易于操作的系统，但其毛囊生物学和生理参数可能与长鼻类动物（如猛犸象）不同，这与人类的情况类似。此外，猛犸象的寒冷适应表型可能涉及复杂的生理修饰，不仅限于毛发形态，还包括脂肪分布、血管结构和代谢性体温调节的变化。

本研究建立的多重基因编辑策略和小鼠模型为评估导致猛犸象表型的复杂基因修饰组合提供了基础，未来的工作将评估与其他寒冷适应特征相关的猛犸象特异性变异。此外，本研究展示的多重基因编辑技术进展对基础研究和治疗应用具有重要意义，这些技术能够精确协调多个基因修饰，为需要复杂基因操作的领域提供了新工具。

乔治 ·M· 丘奇（George M. Church）是美国著名的遗传学家、分子工程师和生物技术领域先驱，在基因组学、合成生物学和基因编辑领域做出了许多开创性贡献，也是猛犸象去灭绝（de-extinction）研究的重要推动者之一。

基因组测序和基因编辑技术（如 CRISPR-Cas9）的快速发展，使得复活已灭绝物种成为可能，猛犸象是去灭绝研究的主要目标之一，因为其基因组已被完整测序，且其近亲亚洲象（Elephas maximus）仍存活。在 2024 年，Colossal Biosciences 宣布成功重编程大象（亚洲象）诱导多能干细胞（iPSC），将大象的成熟皮肤细胞重编程为胚胎状态，这项研究是实现其复活猛犸象项目的重要里程碑。该公司计划明年生产出具有猛犸象特征的亚洲象胚胎，并在 2028 年生产出第一批猛犸象。

Colossal 由乔治 · 丘奇（George Church）等人创立，是第一家将 CRISPR 技术应用于物种恢复、极度濒危物种保护及关键生态系统重建的公司。该研究同样于 2024 年 3 月 6 日在预印本平台《bioRxiv》发布，论文题「Derivation of Elephant Induced Pluripoten Stem Cells」[3]。

乔治 · 丘奇表示，如果有一个「最难重编程奖」，那么大象应该能获奖。但无论如何，学习如何重编程将有助于许多其他研究，特别是对濒危物种的研究。这一里程碑成果为我们提供了关于发育生物学和衰老与癌症之间的平衡的见解。它为在珍稀动物身上不进行手术获取配子和其他细胞类型打开了大门。它为现代动物与其已灭绝亲属之间建立基因和特征之间的联系打开了大门，包括对极端环境和病原体的抵抗力。

参考文献：

[1] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.03.03.641227v1

[2] MEZRICH B, CHURCH G M, BRAND S. Woolly : the true story of the de-extinction of one of history's most iconic creatures [Z]. New York, NY; Simon & Schuster Audio,. 2017.9781508243595

[3] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.05.583606v1

图片来源： bioRxiv

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