一、转基因动物的概念

      转基因动物是指通过人为故意方式将一段外源DNA导入动物基因组内，使动物的基因组发生了可遗传的改变，这样的动物称为转基因动物。从严格定义上讲，转基因动物体内所有组织细胞（包括生殖细胞）都应含有导入的外源DNA，且可以遗传给后代。

      生产转基因动物的目的是在动物体引入预期的性状，即转入的外源DNA（或基因）发挥作用而使动物获得新的表型。但是，即使转基因动物没有发生明显的表型改变，比如转入的基因没有表达或发挥作用，但只要基因成功“转入”动物基因组内，这样的动物仍然属于转基因动物。只不过，没有产生预期表型的转基因动物往往没有研究或应用的价值，因此不会长久留存。

二、动物转基因技术的发明

      动物转基因技术兴起于上世纪八十年代初。1980年，美国耶鲁大学的生物学家Frank Ruddle与其博士后Jon Gordon将一段纯化的病毒（SV40病毒）DNA片段注射到小鼠受精卵的细胞核（称为原核）中，再把受精卵移植到代孕母鼠输卵管中，代孕母鼠受孕产下78只小鼠，经检测其中2只小鼠基因组中携带着转入的病毒DNA。这项研究于1980年12月发表在《美国科学院院刊》上，宣告了动物转基因技术的正式诞生。这种转基因方法被称为原核显微注射法（图1），是迄今在小鼠上仍广为使用的主要转基因方法。

图1 原核显微注射法和转生长激素基因的超级小鼠

     在1980年文章中，作者将这种整合了外源DNA的小鼠描述为“遗传转化（genetic transformation）”，这是借用了当时已经兴起的细菌基因工程的术语（细菌转基因一般称为遗传转化）。1981年，Gordon和Ruddle在美国《科学》杂志上发表了其第二篇转基因小鼠的研究报告，证明转入的基因可以在小鼠体内稳定遗传。在1981年这篇文章中，作者首次将这种小鼠称为transgenic（转基因）。“转基因”一词由此诞生，并流传至今。值得一提的是，世界上首个转基因植物是在1983年报道的，比转基因动物晚了两年多，所以“转基因”植物实际上是借用了在动物上最先使用的一个术语。

       1980年首篇转基因小鼠论文发表后迅速在科学界引起关注，技术的有效性很快得到更多科学家的证实：转入的基因不但可以稳定遗传，而且可以表达。其中，最轰动的是1982年转基因超级小鼠的报道。这项工作是由美国华盛顿大学的分子生物学家Rechard Palmiter和宾夕法尼亚大学的胚胎学家Ralph Brinster合作完成的。他们将大鼠的生长激素基因注射到小鼠受精卵中，成功获得了7只转基因小鼠，其中有6只转基因小鼠生长迅速，体重最高时达到同窝非转基因小鼠的1.8倍，因此这种转基因小鼠被称为超级小鼠（图1）。该研究于1982年12月在英国《自然》杂志上一经发表，迅速引起科学界和社会上的广泛关注，转基因技术也开始进入公众视野，人们惊叹于转基因技术的强大威力和巨大应用前景，当然也伴随着反对和质疑的声音。值得解释的是，转基因小鼠之所以长得快并非是由于生长激素基因来自大鼠，而是因为转入的这个生长激素基因受到了诱导表达调控（使用的启动子来自金属硫蛋白基因，通过给小鼠饲喂含有金属锌的饮水而诱导生长激素基因表达，因此小鼠体内生长激素水平高）。

三、转基因家畜

       转基因超级小鼠的诞生会自然地被联想应用到家畜上。三年后，Palmiter和Brinster成功地将人生长激素基因转入到兔子、绵羊和猪体内，获得了世界上第一批转基因家畜。该项研究于1985年发表在《自然》杂志上，掀起了转基因家畜研究领域的第一个高潮，人们期望通过转入生长激素基因培育生长速度快的家畜新品种。然而，随后研究发现，将生长激素基因转入家畜体内后，并没有产生预期的、像小鼠那样的生长速度显著加快的表型，反而是一些转基因家畜表现出诸如胃溃疡、关节炎等异常。因此，转生长激素基因家畜的研究被逐渐放弃。

      进入1990年代后，以乳腺生物反应器为代表的家畜转基因技术兴起。该技术的原理是将人类珍贵药用蛋白的基因转入动物体内，使这些基因特异性在转基因动物乳腺中表达并分泌，然后从动物乳汁中提取纯化出目标蛋白，以用于人类医学治疗。由于动物乳腺合成蛋白能力强、蛋白活性高、易提取纯化、生产成本低等优点，该技术很快成为许多国家政府和私人的投资热点，并涌现出一批商业化公司对这一技术进行大力研发，成为转基因家畜领域的又一个研究高潮。进入21世纪后，由于当时转基因技术本身的技术效率限制以及严格的药物审批程序等原因，乳腺生物反应器转基因技术进入低谷。不过，仍然有几个乳腺生物反应器产品获得上市许可。

四、转基因动物产业化现状

        虽然转基因动物有较长的研究历史，但进入商业化的转基因动物（此处主要指畜禽或水产动物，而非实验动物）屈指可数。目前全世界仅有4种转基因动物或其产品获得商业上市许可。

1.转基因鲑鱼

       2015年，美国FDA批准了一种转基因鲑鱼的上市许可。这种鲑鱼是美国AquaBounty Technologies公司于1989年研发成功的，他们将大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子与奇努克鲑鱼的生长激素基因连接在一起，然后转入大西洋鲑鱼基因组中，使转入的生长激素基因在大西洋鲑鱼体内表达，从而加快了鱼的生长速度（生长速度是野生鱼的2～6倍）。这是目前世界上获批上市的唯一一种以食用为目的的转基因动物。

图2 转生长激素基因的鲑鱼

2.转基因山羊

       2006年，欧洲EMEA批准了世界上首个动物乳腺生物反应器产品-人抗凝血酶Ⅲ（商品名为ATryn），2009又获得美国FDA批准。该产品是美国GTC公司研发的，他们利用转基因技术特异性在山羊乳腺中表达了人抗凝血酶Ⅲ基因，然后从山羊奶中回收和纯化人抗凝血酶Ⅲ（图3）。该药物可治疗人抗凝血酶基因缺陷的患者，特别是防止这些患者在手术过程中的异常凝血。

图3 乳腺表达人抗凝血酶基因的山羊

3.转基因兔

       2009年，欧洲EMEA批准了第二款动物乳腺生物反应器产品-人C1酯酶抑制剂（商品名为Ruconest），2014年获得美国FDA批准。该产品由荷兰Pharming Technologies公司研发，是利用转基因兔乳腺表达了人C1酯酶抑制剂基因（图4）。该药物用于治疗C1抑制剂基因缺陷患者的遗传性血管水肿病。

图4 乳腺表达人C1抑制剂基因的兔

4.转基因鸡

     2015年，美国FDA和欧洲EMEA先后批准了一款转基因鸡的产品（商品名为Kanuma）。该产品是由美国Alexion Pharmaceuticals公司研发，是在转基因鸡蛋（蛋清）中特异性表达了人溶酶体酸性脂肪酶基因（(LAL)（图5），用于治疗LAL遗传缺陷的患者，防止LAL缺陷导致的肝脏内脂肪异常积累等疾病。

图5 表达人溶酶体酸性脂肪酶基因的转基因鸡蛋

五、结语

      总的而言，动物转基因技术已有40多年的历史，这一技术在动物基因功能、医学和农业相关基础研究上做出巨大贡献，但在农业和医药产品的商业化开发上成功案例仍然很少，这和转基因植物的大规模商业化应用形成鲜明对比。目前世界范围内获批的以食用为目的的转基因动物只有鲑鱼，而获批的其他三种转基因动物（山羊、兔 和鸡）均是为了开发其表达产物的医药用途，而非改良动物自身的生产性状。究其原因，首先是在很长一段时期，动物转基因技术效率低下，生产出符合预期目标的转基因动物成本太高，很难实现转基因动物的规模化生产。其次是动物基因功能的调节更加精细，转基因在动物体内受到非常复杂的调控，常常难以实现预期表达和产生预期表型，且可能会对动物健康造成不利影响。第三是转基因动物及其产品受到严格的生物安全性和生物伦理的监管，获得商业化许可的难度大。更重要的是，传统转基因技术的特征是转入的基因在动物基因组中随机插入，增加了转基因表达、功能发挥和动物健康的不可控的风险。随着基因编辑等基因定点修饰技术的发展，以及对基因功能及其调控机制的深入解析，精准可控、安全高效的动物转基因技术是未来的主要发展方向，具有显著的商业化开发价值。

一、转基因动物的概念

      转基因动物是指通过人为故意方式将一段外源DNA导入动物基因组内，使动物的基因组发生了可遗传的改变，这样的动物称为转基因动物。从严格定义上讲，转基因动物体内所有组织细胞（包括生殖细胞）都应含有导入的外源DNA，且可以遗传给后代。

      生产转基因动物的目的是在动物体引入预期的性状，即转入的外源DNA（或基因）发挥作用而使动物获得新的表型。但是，即使转基因动物没有发生明显的表型改变，比如转入的基因没有表达或发挥作用，但只要基因成功“转入”动物基因组内，这样的动物仍然属于转基因动物。只不过，没有产生预期表型的转基因动物往往没有研究或应用的价值，因此不会长久留存。

二、动物转基因技术的发明

      动物转基因技术兴起于上世纪八十年代初。1980年，美国耶鲁大学的生物学家Frank Ruddle与其博士后Jon Gordon将一段纯化的病毒（SV40病毒）DNA片段注射到小鼠受精卵的细胞核（称为原核）中，再把受精卵移植到代孕母鼠输卵管中，代孕母鼠受孕产下78只小鼠，经检测其中2只小鼠基因组中携带着转入的病毒DNA。这项研究于1980年12月发表在《美国科学院院刊》上，宣告了动物转基因技术的正式诞生。这种转基因方法被称为原核显微注射法（图1），是迄今在小鼠上仍广为使用的主要转基因方法。

图1 原核显微注射法和转生长激素基因的超级小鼠

     在1980年文章中，作者将这种整合了外源DNA的小鼠描述为“遗传转化（genetic transformation）”，这是借用了当时已经兴起的细菌基因工程的术语（细菌转基因一般称为遗传转化）。1981年，Gordon和Ruddle在美国《科学》杂志上发表了其第二篇转基因小鼠的研究报告，证明转入的基因可以在小鼠体内稳定遗传。在1981年这篇文章中，作者首次将这种小鼠称为transgenic（转基因）。“转基因”一词由此诞生，并流传至今。值得一提的是，世界上首个转基因植物是在1983年报道的，比转基因动物晚了两年多，所以“转基因”植物实际上是借用了在动物上最先使用的一个术语。

       1980年首篇转基因小鼠论文发表后迅速在科学界引起关注，技术的有效性很快得到更多科学家的证实：转入的基因不但可以稳定遗传，而且可以表达。其中，最轰动的是1982年转基因超级小鼠的报道。这项工作是由美国华盛顿大学的分子生物学家Rechard Palmiter和宾夕法尼亚大学的胚胎学家Ralph Brinster合作完成的。他们将大鼠的生长激素基因注射到小鼠受精卵中，成功获得了7只转基因小鼠，其中有6只转基因小鼠生长迅速，体重最高时达到同窝非转基因小鼠的1.8倍，因此这种转基因小鼠被称为超级小鼠（图1）。该研究于1982年12月在英国《自然》杂志上一经发表，迅速引起科学界和社会上的广泛关注，转基因技术也开始进入公众视野，人们惊叹于转基因技术的强大威力和巨大应用前景，当然也伴随着反对和质疑的声音。值得解释的是，转基因小鼠之所以长得快并非是由于生长激素基因来自大鼠，而是因为转入的这个生长激素基因受到了诱导表达调控（使用的启动子来自金属硫蛋白基因，通过给小鼠饲喂含有金属锌的饮水而诱导生长激素基因表达，因此小鼠体内生长激素水平高）。

三、转基因家畜

       转基因超级小鼠的诞生会自然地被联想应用到家畜上。三年后，Palmiter和Brinster成功地将人生长激素基因转入到兔子、绵羊和猪体内，获得了世界上第一批转基因家畜。该项研究于1985年发表在《自然》杂志上，掀起了转基因家畜研究领域的第一个高潮，人们期望通过转入生长激素基因培育生长速度快的家畜新品种。然而，随后研究发现，将生长激素基因转入家畜体内后，并没有产生预期的、像小鼠那样的生长速度显著加快的表型，反而是一些转基因家畜表现出诸如胃溃疡、关节炎等异常。因此，转生长激素基因家畜的研究被逐渐放弃。

      进入1990年代后，以乳腺生物反应器为代表的家畜转基因技术兴起。该技术的原理是将人类珍贵药用蛋白的基因转入动物体内，使这些基因特异性在转基因动物乳腺中表达并分泌，然后从动物乳汁中提取纯化出目标蛋白，以用于人类医学治疗。由于动物乳腺合成蛋白能力强、蛋白活性高、易提取纯化、生产成本低等优点，该技术很快成为许多国家政府和私人的投资热点，并涌现出一批商业化公司对这一技术进行大力研发，成为转基因家畜领域的又一个研究高潮。进入21世纪后，由于当时转基因技术本身的技术效率限制以及严格的药物审批程序等原因，乳腺生物反应器转基因技术进入低谷。不过，仍然有几个乳腺生物反应器产品获得上市许可。

四、转基因动物产业化现状

        虽然转基因动物有较长的研究历史，但进入商业化的转基因动物（此处主要指畜禽或水产动物，而非实验动物）屈指可数。目前全世界仅有4种转基因动物或其产品获得商业上市许可。

1.转基因鲑鱼

       2015年，美国FDA批准了一种转基因鲑鱼的上市许可。这种鲑鱼是美国AquaBounty Technologies公司于1989年研发成功的，他们将大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子与奇努克鲑鱼的生长激素基因连接在一起，然后转入大西洋鲑鱼基因组中，使转入的生长激素基因在大西洋鲑鱼体内表达，从而加快了鱼的生长速度（生长速度是野生鱼的2～6倍）。这是目前世界上获批上市的唯一一种以食用为目的的转基因动物。

图2 转生长激素基因的鲑鱼

2.转基因山羊

       2006年，欧洲EMEA批准了世界上首个动物乳腺生物反应器产品-人抗凝血酶Ⅲ（商品名为ATryn），2009又获得美国FDA批准。该产品是美国GTC公司研发的，他们利用转基因技术特异性在山羊乳腺中表达了人抗凝血酶Ⅲ基因，然后从山羊奶中回收和纯化人抗凝血酶Ⅲ（图3）。该药物可治疗人抗凝血酶基因缺陷的患者，特别是防止这些患者在手术过程中的异常凝血。

图3 乳腺表达人抗凝血酶基因的山羊

3.转基因兔

       2009年，欧洲EMEA批准了第二款动物乳腺生物反应器产品-人C1酯酶抑制剂（商品名为Ruconest），2014年获得美国FDA批准。该产品由荷兰Pharming Technologies公司研发，是利用转基因兔乳腺表达了人C1酯酶抑制剂基因（图4）。该药物用于治疗C1抑制剂基因缺陷患者的遗传性血管水肿病。

图4 乳腺表达人C1抑制剂基因的兔

4.转基因鸡

     2015年，美国FDA和欧洲EMEA先后批准了一款转基因鸡的产品（商品名为Kanuma）。该产品是由美国Alexion Pharmaceuticals公司研发，是在转基因鸡蛋（蛋清）中特异性表达了人溶酶体酸性脂肪酶基因（(LAL)（图5），用于治疗LAL遗传缺陷的患者，防止LAL缺陷导致的肝脏内脂肪异常积累等疾病。

图5 表达人溶酶体酸性脂肪酶基因的转基因鸡蛋

五、结语

      总的而言，动物转基因技术已有40多年的历史，这一技术在动物基因功能、医学和农业相关基础研究上做出巨大贡献，但在农业和医药产品的商业化开发上成功案例仍然很少，这和转基因植物的大规模商业化应用形成鲜明对比。目前世界范围内获批的以食用为目的的转基因动物只有鲑鱼，而获批的其他三种转基因动物（山羊、兔 和鸡）均是为了开发其表达产物的医药用途，而非改良动物自身的生产性状。究其原因，首先是在很长一段时期，动物转基因技术效率低下，生产出符合预期目标的转基因动物成本太高，很难实现转基因动物的规模化生产。其次是动物基因功能的调节更加精细，转基因在动物体内受到非常复杂的调控，常常难以实现预期表达和产生预期表型，且可能会对动物健康造成不利影响。第三是转基因动物及其产品受到严格的生物安全性和生物伦理的监管，获得商业化许可的难度大。更重要的是，传统转基因技术的特征是转入的基因在动物基因组中随机插入，增加了转基因表达、功能发挥和动物健康的不可控的风险。随着基因编辑等基因定点修饰技术的发展，以及对基因功能及其调控机制的深入解析，精准可控、安全高效的动物转基因技术是未来的主要发展方向，具有显著的商业化开发价值。