大动物模型

在生物医药研究中，小鼠、大鼠等小动物模型虽然成本低、繁殖快，但其生理结构与人类差异较大，许多在小动物身上有效的药物进入临床试验后往往失败。因此，拥有与人类更为接近的生理结构、代谢特征和生命周期的大动物模型，成为连接基础研究与临床转化的关键桥梁。

中国科学院广州生物医药与健康研究院（简称“广州健康院”）在大动物模型领域拥有近二十年的深厚积累，以猪为核心载体，构建了从基因编辑工具开发、疾病模型构建到异种器官再造的全链条创新平台。该院赖良学研究员团队是国内最早开展大动物基因编辑和体细胞克隆的研究团队之一，在大动物模型领域处于国际领先地位。

一、核心平台：华南生物医药大动物模型研究院

2024年7月，由广州健康院与五邑大学共同建设的华南生物医药大动物模型研究院在江门鹤山正式启用。这是粤港澳大湾区首个以多种大动物为研究手段、以转化医学为目的的国际研究中心。

该研究院总占地面积约90亩（约6公顷），总建筑面积约2.4万平方米，总投资超4亿元，其中科研仪器设备投入超1亿元。平台设施包括：

动物繁育中心：配备猪、猴、兔等大动物的标准化繁育设施

动物实验中心：开展大动物实验研究

大动物影像学平台：PET-CT等高端影像设备

分子与细胞研究平台：支持基因编辑、胚胎操作等前沿技术

研究院目前主要聚焦五大研究方向：人类重大疾病大动物模型构建、动物生殖与胚胎发育机理研究、干细胞技术及干细胞治疗、基因编辑技术与基因治疗、类器官生产技术与药物评价。

广州健康院副院长蔡陈崚在启用仪式上表示，研究院的启用进一步夯实了双方的合作基础，广州健康院将探索新的合作机制，拓展新的合作领域，为粤港澳大湾区生物医药和健康产业作出积极贡献。

二、基因编辑工具猪：全球领先的“基因剪刀”平台

在大动物模型构建中，基因编辑技术是核心工具。广州健康院赖良学团队在这一领域持续深耕十余年，建立了全球领先的基因编辑工具猪平台。

1. 可诱导的“基因剪刀”工具猪

2023年1月，赖良学课题组在《Genome Biology》发表重要成果，成功培育出可通过小分子药物灵活调控基因剪刀蛋白Cas9表达的工具猪。

这一突破解决了大动物基因编辑的两大核心难题：

问题一：传统基因编辑流程复杂、成本高

传统的基因修饰猪模型主要通过受精卵注射或体细胞核移植技术实现。前者容易产生嵌合体，需进一步繁殖才能获得目标基因型；后者涉及复杂、低效的体细胞克隆过程，耗时耗力且成本极高。

解决方案：工具猪实现“体内直接编辑”

研究团队将四环素诱导基因表达系统与Cas9蛋白一同嵌入猪体内，培育出升级版的基因剪刀工具猪。通过简单的小分子药物Doxycycline（Dox），可以灵活调控Cas9蛋白的表达时间与表达量——给药即启动、撤药即关闭，且表达量可通过剂量控制。

这一平台的优势在于：

体内直接编辑：无需复杂的克隆过程，可直接在成体大动物体内进行基因编辑

时空特异性调控：可对特定组织、特定时间进行基因编辑

安全性可控：Cas9表达可关闭，避免持续表达带来的脱靶效应和组织损伤

应用验证：首次建立大动物原发性胰腺癌模型

研究团队利用该工具猪模型，将靶向TP53、LKB1两个抑癌基因的sgRNAs和KRASG12D表达框包装于腺相关病毒中，通过胰腺导管注射至胰腺内。21周后，猪出现典型的胰腺导管腺癌病理变化，肿瘤已转移至肝脏、肠及膈膜等器官——这是首次在大动物中建立原发性可转移的胰腺导管腺癌模型。

2. 早期积累：多种基因敲除猪模型

早在2014年，赖良学团队就利用CRISPR/Cas9技术结合体细胞克隆，成功培育出两种基因敲除克隆小型猪：

酪氨酸酶基因敲除猪：表现为典型白化病特征，可作为白化病研究模型

PARK2和PINK1双基因敲除猪：可作为帕金森症大动物模型，用于疾病机制研究和药物评估

这一技术路线实现了大动物双基因的等位敲除，为后续多基因修饰猪的制备奠定了方法论基础。

三、人源化大动物模型：破解异种移植与药物评价难题

在基础工具平台之上，广州健康院进一步推进大动物模型的“人源化”改造，使其更接近人类生理病理状态。

1. 猪器官人源化改造：向大型动物“要器官”

面对全球性的器官短缺问题——中国每年有30万患者等待器官移植，而仅2万余例能获得手术机会——广州健康院探索出一条创新路径：在猪体内培育人源化器官。

2023年，该院潘光锦团队在国际顶级期刊《Cell Stem Cell》发表封面论文，首次在猪体内成功培育出人源化中肾，人类细胞占比最高达70%。这一成果首次证明了在大型动物体内培养功能性人类器官的可行性。

目前，广州健康院已组建“猪器官人源化改造”攻关团队，建设了国际一流的基因编辑猪模型培育与应用基地，培育出世界最大规模的基因编辑猪模型品系和种群。未来，这些基因编辑猪将成为器官/细胞的“生产工厂”，为人类提供心脏、肾脏、肝脏等实体器官，以及红细胞、血小板等血液细胞。

2. 功能蛋白人源化模型

据广州健康院副院长孙飞介绍，该院已培育了一批人类疾病大动物模型、功能蛋白人源化模型，攻克系列技术难题。这些人源化模型通过将人类关键基因“嵌入”猪基因组，使动物模型能够更准确地模拟人类疾病的发生发展过程，为药物筛选和机制研究提供更可靠的平台。

四、大动物模型的应用场景与价值

广州健康院的大动物模型平台在多个领域发挥着关键支撑作用：

应用领域 具体应用 代表性成果

疾病机制研究 模拟人类重大疾病的发生发展 原发性胰腺癌猪模型、帕金森症猪模型

药物筛选与评价 提供更接近人类的药物响应预测 抗肿瘤药物、基因治疗药物的临床前评价

异种器官移植 在猪体内培育人源化器官 人源化中肾（《Cell Stem Cell》封面）

基因治疗 评估CRISPR等基因治疗技术的安全性与有效性 工具猪平台支撑Cas9安全性评估

再生医学 干细胞治疗、组织工程产品的临床前验证 支撑细胞治疗产品的大动物验证

正如广州健康院研究员赖良学在科普讲座中所说：“猪等大动物模型在疾病治疗方面具有不可替代的价值。”

五、未来展望：AI赋能与平台升级

随着华南生物医药大动物模型研究院的全面启用，以及人类细胞谱系大科学研究设施的建设推进，广州健康院的大动物模型平台正迎来新一轮升级：

AI+大动物模型：结合人工智能技术，对大动物模型的生理、病理数据进行深度挖掘，提升疾病模型预测准确性

数字细胞模型：细胞谱系设施将构建“数字生理人”，与大动物模型形成“虚拟-实物”互补的研究体系

规模化与标准化：建立符合国际标准的大动物模型生产、质控、应用体系，服务于粤港澳大湾区乃至全国的新药创制需求

正如孙飞副院长所强调的：“加大核酸药物、异种器官再造、人工血液等前沿创新领域布局，坚持基础研究与应用研究并重融合”——大动物模型平台正是这一战略的核心支撑。

从2014年首例基因敲除猪模型的诞生，到2024年华南生物医药大动物模型研究院的正式启用，再到猪器官人源化改造的全球领先突破——广州健康院在大动物模型领域走过了一条从技术追赶到原始创新的清晰路径。

这一平台不仅是基础研究的“工具箱”，更是连接实验室与临床的“转化桥”。随着平台的持续完善和技术的迭代升级，广州健康院的大动物模型将为粤港澳大湾区生物医药产业的高质量发展提供强劲动力，也为解决器官短缺、攻克重大疾病等全球性挑战贡献中国方案。