研究人員在斑馬魚(yú)中構(gòu)建出一種腸道炎癥模型

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來(lái)源：中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院

2018-09-13

國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（《自然-通訊》）在線發(fā)表中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿和舒曉東研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于斑馬魚(yú)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(yú)突變體模擬了炎癥性腸病的部分表型，并且結(jié)合體外細(xì)胞3D培養(yǎng)結(jié)果解釋其發(fā)病機(jī)制。

炎癥性腸病是一類(lèi)消化系統(tǒng)產(chǎn)生的自身免疫性疾病的總稱(chēng)，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(guó)家。2016年，美國(guó)的炎癥性腸病患者超過(guò)300萬(wàn)，而國(guó)內(nèi)的發(fā)病率為3.3/100，000，呈現(xiàn)低齡化趨勢(shì)、逐年升高的趨勢(shì)。臨床表現(xiàn)為腹瀉、腹痛、貧血等癥狀，患者遭受了嚴(yán)重的身心折磨，然而目前對(duì)其發(fā)病機(jī)理的研究尚處于探索階段。

斑馬魚(yú)是一種熱帶魚(yú)，身體延長(zhǎng)而略呈紡錘形，頭小而稍尖，吻較短，全身布滿多條深藍(lán)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(nèi)成群游動(dòng)時(shí)猶如奔馳于非洲草原的斑馬群，故此得斑馬魚(yú)之美稱(chēng)。斑馬魚(yú)早期胚胎體外發(fā)育、產(chǎn)卵量高，和人類(lèi)基因有著87%的高度同源性，被廣泛用于發(fā)育研究以及藥物篩選。斑馬魚(yú)作為模式生物的優(yōu)勢(shì)很突出，這意味著其實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多數(shù)情況下適用于人體。

斑馬魚(yú)腸道早期發(fā)育與高等動(dòng)物類(lèi)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(shù)獲得了兩種pik3c3突變品系。通過(guò)組織學(xué)、分子生物學(xué)以及電鏡檢測(cè)，研究人員確定了突變體中腸道炎癥的基本表型。機(jī)理方面的研究表明，腸道炎癥反應(yīng)的激活不是微生物以及外界環(huán)境所引起的，而是腸道上皮細(xì)胞自主性損傷從而招募大量的中性粒細(xì)胞所導(dǎo)致的，這是與已知的斑馬魚(yú)腸道炎癥模型的區(qū)別。

為了確定突變體致死的根本原因是否是免疫系統(tǒng)的缺陷，科研人員決定在培養(yǎng)皿中研究“干凈的腸道”。Caco2細(xì)胞系是人源結(jié)腸癌細(xì)胞，當(dāng)在培養(yǎng)皿底部鋪一層Matrigel時(shí)，5天以后就能形成類(lèi)似腸腔的“甜甜圈”結(jié)構(gòu)。在該體系下抑制PIK3C3的表達(dá)，也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞連接的破壞。體外模型進(jìn)一步證明，上皮結(jié)構(gòu)的破壞是上皮細(xì)胞自主性的。此外，研究團(tuán)隊(duì)利用斑馬魚(yú)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)囊泡運(yùn)輸?shù)鞍自谠缙诎l(fā)育過(guò)程中的作用。PIK3C3也通過(guò)其催化產(chǎn)物磷酸肌醇 3-磷酸（PI3P）調(diào)控體內(nèi)的囊泡運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程。

本研究既完善了磷酸肌醇（PI）代謝產(chǎn)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(tái)。目前，僅有部分藥物能夠緩解炎癥性腸病癥狀，使得患者進(jìn)入緩解期。本研究中的腸道自主性炎癥模型對(duì)藥物靶點(diǎn)的篩選具有推動(dòng)作用。

廣州生物院-中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生趙紹陽(yáng)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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)及廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。

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