35天交付ACE2人源化小鼠：四倍体补偿技术如何重构基因编辑动物建模周期

我们为什么要重做这件事

2020 年初，新冠疫情暴发。当时国内科研界面临一个共同的困境：缺少真正能用的感染模型。

我们为什么选择人源化

SARS-CoV-2 以 ACE2 为受体入侵细胞，但小鼠 Ace2 与人源 ACE2 差异较大，小鼠对病毒天然不易感。构建感染模型的关键，就在于使小鼠表达人源 ACE2 蛋白。

当时已有研究采用随机插入的转基因方式或腺病毒转导方式表达 hACE2，但均缺乏 hACE2 表达的组织特异性，难以精确还原 COVID-19 的病理特征，应用范围受限。

因此，有必要通过精准的基因编辑手段，使 hACE2 以接近内源 ACE2 的方式表达。

用基因敲入技术把小鼠的 ACE2 原位替换成人 ACE2，让小鼠只表达人的 ACE2 蛋白，并在内源启动子调控下按原本的组织分布精准表达。这一路径在生物学上更为严谨，但技术难度更高、构建周期也更长。而当时的应急需求，恰恰与时间赛跑。

35 天：我们用自己打磨了 15 年的技术，把模型做出来了

我们的核心积累，是四倍体补偿技术。

原理并不复杂：把基因编辑好的二倍体胚胎干细胞与四倍体胚胎聚合。四倍体胚胎因染色体倍数异常，不会形成胎儿，只发育成胎盘等胚外组织；它形成的胎盘反过来支持干细胞发育成完整胎儿——两者互补。生下的胎儿全部来自干细胞，干细胞改了基因，得到的小鼠就直接是人源化的，完全省去繁育环节。

四倍体补偿技术落地真正的门槛在于：近交系背景、多次传代的胚胎干细胞，制备四倍体小鼠的成功率极低，这也是该技术长期无法规模化应用的原因。我们的创始人吴光明研究员从1995年起深耕胚胎发育与遗传学领域，在德国马克斯普朗克分子生物医学研究所从事早期胚胎发育研究 15 年，对四倍体补偿技术各环节做了系统改进，把成功率从行业平均的1%–5%提升到 30%–60%。

正是这套能力，让我们在 2020 年完成了这次攻关：

从设计方案到人源化纯合小鼠活体出生，35 天，而同类工作用正常流程，至少需要半年。

2020 年 11 月 24 日，这项成果以 Rapid generation of ACE2 humanized inbred mouse model for COVID-19 with tetraploid complementation 为题，发表于《国家科学评论》（National Science Review, 2021, 8: nwaa285，DOI: 10.1093/nsr/nwaa285）。

一次做出两个背景系。同时获得 C57BL/6 与 BALB/c 背景的 ACE2 人源化小鼠（B6-hACE2、BALB/c-hACE2）；其中 BALB/c 品系可用雌性 ES 细胞系构建，能靠繁殖快速扩群。

表达符合内源模式。hACE2 在肺、肾、睾丸、肠道等组织特异性表达，表达模式正确。

攻毒结果良好。团队对 B6-hACE2 小鼠进行鼻内接种，剂量为 2×10⁶ TCID₅₀。结果显示：

整个呼吸系统（肺与气道）均检出病毒，检出率 100%；

病毒载量在感染后第 1 天、第 3 天达到峰值，分别超过10⁶copies/μg 组织总RNA和10⁴copies/μg 组织总RNA；

肺内病毒阳性细胞主要集中在呼吸上皮；

小肠中同样检出病毒，粪便中也检出高水平病毒，与人类临床报告中粪便、肛拭子可检出 SARS-CoV-2 的结果一致，提示该模型可用于研究粪口传播途径；

肾组织中病毒 RNA 较难检出，7 只小鼠中仅 1 只、在第 1 天检出，提示 SARS-CoV-2 可感染肾脏但载量很低，与人类观察一致。

能用于评价治疗。提前用中和抗体处理 B6-hACE2 小鼠，肺与气道病毒载量被显著抑制，证明该模型可用于抗 SARS-CoV-2 治疗与疫苗评价。

不经繁育、直接批量交付。35天内即可大规模获得目标小鼠。截至 2020 年，我们已向国内多家单位提供数百只模型鼠，用于药物筛选与抗体中和实验。

我们把这项能力，做成了标准化产品

2022 年 1 月，明迅生物成立，承接实验室阶段的技术积累，把四倍体补偿做成可工业化的模式动物平台——TurboMice™ 四倍体补偿技术。

与传统的"小鼠造小鼠"——原核显微注射与 ES 打靶嵌合技术需 2–3 代繁育、至少 6–8 个月——相比，TurboMice™ 的优势非常明确：

无需繁育：F0 代首建鼠即为目标纯合小鼠，可批量直接用于实验；

遗传一致：同批次小鼠均为单细胞来源，无嵌合鼠，遗传背景完全一致；

复杂模型能力：纯合子、多靶点编辑一步到位，支持长片段、多位点编辑；

保种模式创新：以 ES 种子库替代活体种群或精子保种，2个月内可大批量复苏任何保种品系的活体动物；

交付周期：纯合小鼠 3–5 个月交付。

在此基础上，我们持续推进 ACE2 人源化模型升级：通过Enhancer 优化 + 密码子优化完成四次迭代，hACE2 表达水平不断逼近内源水平；并叠加早衰、糖尿病、高血压等特征，构建更贴近临床的重症模型。

目前，BALB/c ACE2 人源化小鼠已作为我们的标准商品化模型对外供应，hACE2 在胃肠道、心脏、肾脏、肺、睾丸及大脑等组织高度表达，可用于病毒感染机制、抗病毒药物、抗体评价与疫苗开发。

明迅生物想解决的问题

当 AI 浪潮席卷医药行业，一个被反复追问的问题是：什么才是无法被替代的核心竞争力？

我们的答案是：连接"计算世界"与"真实人体"的那座桥——动物模型本身。

这不是一句情怀话。AI 已经在靶点发现、分子生成与优化环节显著提速，但药物研发真正卡住的地方，恰恰是从虚拟预测到真实生物系统验证这一步：模型能不能在完整机体里成立？药效够不够？毒性在哪？这些问题只能靠活体数据回答。而实验动物的构建周期、复杂度与遗传一致性，又直接决定了这一步能不能走得又快又可信。

这也是明迅生物从创立第一天起就确定的方向：把基础研究（胚胎发育、细胞命运重编程）转译成关键技术（四倍体补偿、基因编辑动物模型），再变成产业平台（TurboMice™），最终服务新药研发全流程。当 AI 跑得越快，上游那个"把模型造出来"的环节，就越不能成为瓶颈。

关于明迅生物

广州明迅生物科技有限责任公司成立于2022年，是首家实现四倍体补偿技术（TurboMice™）工业化量产的模式动物平台企业。公司致力于以颠覆性底层建模技术打造全球领先的模式动物基础设施，服务海内外创新药企、高校及科研机构。明迅生物团队核心成员来自于国内外顶尖科研机构，公司创始人吴光明博士自1995年起先后赴美、德著名科研机构从事胚胎发育与遗传学相关研究工作，2019年被引进回国。由于在胚胎发育研究方面的卓越贡献，吴光明研究员的名字被德国慕尼黑的德意志博物馆永久陈列。

公司已获国家高新技术企业、广东省"专精特新"中小企业认定，通过 AAALAC 国际认证与 ISO9001 质量管理体系认证，并入选首届全国颠覆性技术创业之星榜单。

参考文献：

[1] Liu F-L, et al. Rapid generation of ACE2 humanized inbred mouse model for COVID-19 with tetraploid complementation. National Science Review, 2021, 8: nwaa285.

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa285/6000225

（PubMed：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34676093）

[2] 同题论文 PMC 免费全文

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7717373/

[3] 南方+ · 生物岛实验室吴光明：加速新冠肺炎重症动物模型攻关

https://static.nfapp.southcn.com/content/202010/28/c4218007.html

[4] 南方日报 · 为新冠肺炎药物、抗体和疫苗研发提供支撑

https://static.nfnews.com/content/202003/12/c3247582.html

[5] 广州日报新花城 · 国外能做到，我们甚至还能做得更好

https://huacheng.gz-cmc.com/pages/2020/04/08/f34d115ecaa546f0a35eb50a15158d21.html

[6] 人民日报客户端 · 吴光明团队：35 天建立 ACE2 人源化小鼠模型

https://www.peopleapp.com/rmharticle/30018080760