pick斑馬魚！科學家在它身上構建出一種腸道炎症模型

公開日: 2018-07-10

　　原標題：pick斑馬魚！科學家在它身上構建出一種腸道炎症模型

　　北京時間7月6日17時，國際學術期刊 Nature Communications（《自然-通訊》）在線發表中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院裴端卿和舒曉東研究團隊關於斑馬魚研究的最新成果「Deficiency in class III PI3-kinase conferspostnatal lethality with IBD-like features in zebrafish」。該研究利用斑馬魚突變體模擬了炎症性腸病的部分表型，並且結合體外細胞3D培養結果解釋其發病機制。

　　什麼是炎症性腸病

　　炎症性腸病是一類消化系統產生的自身免疫性疾病的總稱，主要包括克羅恩氏病和潰瘍性腸炎等，患者主要集中在北美、北歐以及澳大利亞等西方國家。

　　2016年，美國的炎症性腸病患者超過300萬，而國內的發病率為3.3/100,000並且逐年升高。大部分患者遭受了嚴重的身心折磨，然而目前對其發病機理的研究尚處於探索階段。

　　人類疾病研究為什麼用斑馬魚

　　斑馬魚是一種熱帶魚，身體延長而略呈紡錘形，頭小而稍尖，吻較短，全身布滿多條深藍色縱紋，與銀白色或金黃色縱紋相間排列，紋路比較有條理，在水族箱內成群遊動時猶如賓士於非洲草原的斑馬群，故此得斑馬魚之美稱。

　　斑馬魚是腸道發育和疾病研究的一種理想的模型

　　斑馬魚早期胚胎體外發育、產卵量高，和人類基因有著87%的高度同源性，被廣泛用於發育研究以及藥物篩選。斑馬魚作為模式生物的優勢很突出，這意味著其實驗結果大多數情況下適用於人體。

　　用斑馬魚找出腸道炎症的一個原因

　　斑馬魚腸道早期發育與高等動物類似，因此也是炎症性腸病研究的理想模型之一。本研究利用基因編輯技術獲得了兩種 PIK3C3 突變品系。通過組織學、分子生物學以及電鏡檢測，研究人員確定了突變體中腸道炎症的基本表型。機理方面的研究表明，腸道炎症反應的激活不是微生物以及外界環境所引起的，而是腸道上皮細胞自主性損傷從而招募大量的中性粒細胞所導致的，這是與已知的斑馬魚腸道炎症模型的最大區別。

　　為了確定突變體致死的根本原因是否是免疫系統的缺陷，科研人員決定在培養皿中研究「乾淨的腸道」。Caco2 細胞系是人源結腸癌細胞，當在培養皿底部鋪一層 Matrigel 時，5天以後就能形成類似腸腔的「甜甜圈」結構。在該體系下抑製 PIK3C3 的表達，也會導致細胞連接的破壞。體外模型進一步證明，上皮結構的破壞是上皮細胞自主性的。

　　突變體腸道上皮細胞結構紊亂，有細胞脫落

　　此外，研究團隊利用斑馬魚發現了多個囊泡運輸蛋白在早期發育過程中的作用。PIK3C3 也通過其催化產物磷酸肌醇 3-磷酸（PI3P）調控體內的囊泡運輸等過程。

　　PI3P缺失導致上皮細胞連接破壞，最終招募中性粒細胞，發生急性炎症

　　未來的應用

　　本研究既完善了磷酸肌醇（PI）代謝產物在腸道炎症方面的作用，也為炎症腸病的藥物篩選提供了新的平台。目前，僅有部分藥物能夠緩解腸道炎症癥狀，使得患者進入緩解期。本研究中的腸道自主性炎症模型對藥物靶點的篩選具有推動作用。

　　廣州生物院-中國科學技術大學聯合培養博士生趙紹陽和廣州生物院夏建紅為論文共同第一作者，裴端卿研究員和舒曉東研究員為通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、國家重大科學研究計劃、中國科學院戰略性先導科技專項及廣東省科技計劃項目等經費資助。