關(guān)于帕金森(PD)
帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是僅次于阿爾茨海默病的第二常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病。隨著目前世界人口的老齡化,到2040年,帕金森病患者的數(shù)量預(yù)計(jì)將達(dá)到1200萬(wàn)。其癥狀主要影響運(yùn)動(dòng),包括震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩(運(yùn)動(dòng)緩慢)、僵硬和姿勢(shì)不穩(wěn)定,此外,患者還可能出現(xiàn)記憶受損、執(zhí)行功能障礙等認(rèn)知癥狀。病理特征主要表現(xiàn)為中腦黑質(zhì)紋狀體多巴胺能(dopaminergic,DA)神經(jīng)元變性缺失和α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-Syn)組成的路易小體(Lewy bodies,LBs)形成。PD的確切病因至今未明。神經(jīng)毒物和遺傳因素均可能參與PD中DA神經(jīng)元的變性死亡過(guò)程。
圖1 PD的致病途徑
由于PD涉及多種機(jī)制和潛在原因,建立該疾病主要特征的模型,包括黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)元的選擇性變性、路易小體樣病理和運(yùn)動(dòng)缺陷,已被證明是困難的。
斑馬魚的大腦擁有哺乳動(dòng)物大腦中的所有主要結(jié)構(gòu),斑馬魚的主要神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng),包括去甲腎上腺素能、5-羥色胺能、多巴胺能和組胺能系統(tǒng),顯示出與哺乳動(dòng)物系統(tǒng)的許多相似性。此外,斑馬魚具有與人類相似的血腦屏障功能。這些都說(shuō)明了斑馬魚與人類具有高度保守的大腦組織,可用于研究神經(jīng)退行性疾病,這使得斑馬魚在神經(jīng)退行性疾病研究中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),是理想的模式動(dòng)物,應(yīng)用前景廣闊,彌補(bǔ)了嚙齒動(dòng)物的不足。
圖2 模式生物斑馬魚與嚙齒動(dòng)物實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)比較
斑馬魚具有腹側(cè)間腦,這與哺乳動(dòng)物的黑質(zhì)是同源的。一些神經(jīng)毒素如6-羥多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)、1甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6tetrahydropyridine,MPTP)、百草枯(Paraquat)和魚藤酮(Rotenone)以及其他重金屬離子如鐵和鋅等,是現(xiàn)今常被用于復(fù)制PD的斑馬魚模型,均會(huì)不同程度地影響斑馬魚模型的多巴胺神經(jīng)系統(tǒng)并出現(xiàn)PD的主要癥狀。
圖3 幾種神經(jīng)毒物誘導(dǎo)的斑馬魚PD模型的分子機(jī)制和影響
近年來(lái),基于PD相關(guān)基因的斑馬魚Tg模型也得到了廣泛的應(yīng)用。研究表明,PD的發(fā)病與α-Syn、Parkin、DJ-1、PINK-1、LRRK2等基因突變有關(guān),而PD的相關(guān)致病基因在斑馬魚中均有直系同源。對(duì)上述轉(zhuǎn)基因或基因敲減斑馬魚模型的研究揭示了這些基因在DA神經(jīng)元的發(fā)育和存活過(guò)程中具有保守功能。
圖4 化學(xué)誘導(dǎo)與基因編輯方式建立斑馬魚PD模型
這些模型的獨(dú)特之處在于,它們采用遺傳和化學(xué)方法的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)特定細(xì)胞的消融。例如使用硝基還原酶(NTR),一種來(lái)自大腸桿菌的細(xì)菌酶,可將抗生素甲硝唑轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性代謝物。通過(guò)創(chuàng)造一種在特定啟動(dòng)子下表達(dá)NTR的轉(zhuǎn)基因斑馬魚,甲硝唑只會(huì)在存在NTR的細(xì)胞中轉(zhuǎn)化為毒素,并且只有當(dāng)甲硝唑被使用時(shí)。這導(dǎo)致靶向細(xì)胞在空間和時(shí)間上的特異性消融。與其他化學(xué)模型一樣,這些藥物的細(xì)胞毒性代謝物似乎誘導(dǎo)帕金森樣癥狀,并可能為理解神經(jīng)元喪失的機(jī)制提供基礎(chǔ)。
斑馬魚帕金森模型評(píng)價(jià)指標(biāo)
行為檢測(cè):30min自主行為(斑馬魚軌跡圖、游動(dòng)距離、游動(dòng)速度)
免疫組化:多巴胺神經(jīng)元面積
qRT-PCR:多巴胺信號(hào)通路相關(guān)基因表達(dá)(th1、th2、vmat2、ddc、mao、dat、comta、drd1a、drd2a、drd2b、drd3、drd4a)
近年來(lái)在神經(jīng)退行性病變研究領(lǐng)域,斑馬魚的關(guān)注度越來(lái)越高。目前斑馬魚模型在帕金森病生理、病理以及相關(guān)藥物的研究中發(fā)揮著重要作用,并且選用斑馬魚可進(jìn)行多方面的實(shí)驗(yàn),包括活體檢測(cè)、多靶點(diǎn)研究、藥物的代謝過(guò)程、藥物前期檢測(cè)、高通量篩選、行為檢測(cè)等,這些優(yōu)點(diǎn)都可以為人類深入研究帕金森病提供一個(gè)極具研究意義的方向。
木芮生物具有完善的斑馬魚實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并建立起了上百種的臨床疾病模型,利用遺傳、行為、細(xì)胞、生化分子等實(shí)驗(yàn)技術(shù),深入探索疾病發(fā)生的機(jī)制,進(jìn)而為臨床治療疾病提供可行的治療方案或藥物篩選機(jī)制。我們依托成熟的科研技術(shù),可以為廣大客戶提供基礎(chǔ)科研、毒理測(cè)試、藥物篩選等服務(wù),助力生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展。
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