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科研進展

廣州生物院在斑馬魚中構建出一種腸道炎癥模型

發表日期:2018-07-06供稿:趙紹陽來源:放大 縮小

  北京時間7617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于斑馬魚研究的最新成果“Deficiency in class III PI3-kinase confers postnatal lethality with IBD-like features in zebrafish”。該研究利用斑馬魚突變體模擬了炎癥性腸病的部分表型,并且結合體外細胞3D培養結果解釋其發病機制。 

  炎癥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,美國的炎癥性腸病患者超過300萬,而國內的發病率為3.3/100,000,呈現低齡化趨勢、逐年升高的趨勢。臨床表現為腹瀉、腹痛、貧血等癥狀,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于探索階段。 

  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,在水族箱內成群游動時猶如奔馳于非洲草原的斑馬群,故此得斑馬魚之美稱。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,被廣泛用于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于人體。 

  斑馬魚腸道早期發育與高等動物類似,因此也是炎癥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癥的基本表型。機理方面的研究表明,腸道炎癥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癥模型的最大區別。 

  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“干凈的腸道”。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天以后就能形成類似腸腔的“甜甜圈”結構。在該體系下抑制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。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。 

  本研究既完善了磷酸肌醇(PI)代謝產物在腸道炎癥方面的作用,也為炎癥腸病的藥物篩選提供了新的平臺。目前,僅有部分藥物能夠緩解炎癥性腸病癥狀,使得患者進入緩解期。本研究中的腸道自主性炎癥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。 

       論文鏈接

   

斑馬魚是腸道發育和疾病研究的一種理想的模型

  PI3P缺失導致上皮細胞連接破壞,最終招募中性粒細胞,發生急性炎癥 

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