淺談秀麗隱桿線蟲的模型建立與研究進程

鄧陽

摘 要：秀麗隱桿線蟲作為一種簡單的多細胞真核生物由于具有較多優點成為科研者建立模型與藥物靶點研究與新藥研制的重點研究生物。本文僅將近年來秀麗隱桿線蟲的特點、模型建立及研究進展作簡要整理與分析。

關鍵詞：秀麗隱桿線蟲；模型篩選

建立一個較為優良的篩選模型，至少應具備良好的穩定性、重復性和可操作性這些特征。在傳統的藥物研究中，實驗者往往使用小鼠、兔子作為模型研究藥物靶點和進行藥物研發，但這些動物模型具有傳代時間長、受環境因素影響較強、實驗結果準確性低等缺點，而秀麗隱桿線蟲作為一種操作較為簡便的生物逐漸被嘗試，優點也不斷顯現。

一、秀麗隱桿線蟲（以下簡稱線蟲）的“秀麗”之處

1.易于培養。實驗過程中線蟲一般在瓊脂平板上或液體培養基中培養，溫度在20℃左右，以E.coli OP50為食。能在-80℃冰箱長期保存[1]，因其穩定性較強而便于保存與使用。

2.繁殖快，且產后代數量多，成本較低。其絕大多數個體為雌雄同體，雄蟲僅占0.05%。一只雌雄同體野生型線蟲可以產出 300個左右的后代，其在產卵期產卵，優先選擇雄性的精子。若與雄蟲交配，后代數則可多達1000個。20℃時，野生型線蟲發育一個世代僅需要3d左右，平均壽命為2-3 周。

3.線蟲以動物整體作為實驗對象，同時規模容易進行擴大研究。線蟲成蟲體長僅1mm，體徑30μm，結構相對簡單。從最初的培養板準備，到最終目的線蟲篩選或特定量化性質的測定均可以實現全/半自動化，因此具有較高的操作性，準確率高。目前研究者已完成線蟲全基因組測序，并且這些基因中高達42%的基因與人類基因同源[1，2]，其遺傳背景相對清晰。因此作為整體動物實驗，當藥物在體內的作用靶點不止一個時，往往能提供更準確的評估。

4.線蟲身體透明，便于染色、觀察與熒光標記。這一特點已被用于基于線蟲的高通量篩選并獲得了成功[3]。

二、藥物模型的建立

1.抗衰老藥物模型的建立

自20世紀70年代開始，研究者便開始逐步將秀麗隱桿線蟲模型用于人體衰老、神經生理學等領域的研究。英國科學家Brenner[4]選擇使用線蟲作為研究完整神經系統的簡單且準確度高的生物模型。一直以來人們致力于研究將秀麗隱桿線蟲模型用于daf-2基因、5-HT、膽酸甾體化合物等物質與衰老調控的關系的研究。在線蟲的細胞凋亡研究中首個發現多物種中保守的調控衰老的胰島素/IGF-1信號通路，其關鍵起始基因daf-2缺失的突變株線蟲壽命在20℃條件下延長達三倍之多.目前發現影響線蟲衰老的主要信號通路還包括雷帕霉素目標信號通路（TOR）、自噬通路、線粒體呼吸通路和缺氧誘導因子-1（HIF-1）通路等，這些通路之間既相互關聯卻又在線蟲衰老進程中各司其職.張照康等通過對miR-260敲除后突變線蟲進行一系列的衰老特征實驗研究證明，miR-260 通過影響基因jnk-1.eat-2進而調控線蟲的衰老進程。進一步證明了線蟲模型在研究人類衰老進程中的適用性與準確性。

2.耐藥菌藥物模型的建立

隨著抗生素濫用情況日益嚴重，細菌多重耐藥性問題日益凸顯，為探尋新的抗菌靶點和藥物作用機制，科研人員嘗試使用線蟲模型用于抗菌研究。學者Ausubel等首次用糞腸球菌感染秀麗隱桿線蟲，建立了體內抗菌藥物篩選方法之后，細菌、真菌等多種感染模型逐步被建立并用于研究。陳麗紅等則進一步探究建立并深入實踐研究了秀麗隱桿線蟲-銅綠假單孢菌感染模型，均用以反映病原菌的耐藥性在線蟲模型中的具體變現，從而用于篩選經典藥物，同時研制具有抗感染或輔助抗感染作用的新型藥物。

3.神經退行性疾病模型的建立

（1）阿爾茲海默癥（Alzheimers disease，AD）秀麗隱桿線蟲模型作為目前為止人類疾病研究進程的第一大神經退行性疾病，AD治病表征主要表現為神經細胞外由β淀粉樣蛋白（Aβ）異常沉積形成淀粉樣老年斑（amyloid plaques）和神經細胞內tau蛋白自聚集出現神經纖維纏結。目前轉基因模型為使用最多的AD模型：轉Aβ基因模型和tau模型。

（2）帕金森癥（Parkinson disease，PD）線蟲模型作為先進人類疾病研究進程中的第二大神經退行性疾病，關于PD的研究，學者目前已建立藥物誘導模型、轉基因模型兩大PD線蟲模型。藥物誘導模型是通過神經毒素染毒獲得通過建立PQ模型，MPTP/MPP+模型，Mn2+模型和6-OHDA模型等諸多模型，研究PD的發病是否與遺傳因素和環境因素有一定的關聯性。

（3）亨廷頓舞蹈癥（Huntington disease，HD）秀麗隱桿線蟲模型病因為基因突變或第4對染色體內4p16.32的位置上一段延伸著不穩定的CAG三核苷酸重復序列，Morley J F等經研究發現，隨著CAG片段的重復性增加，秀麗隱桿線蟲的神經細胞隨之退化，HD的病癥越來越明顯。

4.抗腫瘤模型的建立

研究者利用秀麗隱桿線蟲高度保守性的特點，將其用于細胞凋亡歷程的研究。秀麗隱桿線蟲的發育由高度保守的Writ、Notch、Ras三大經典信號通路所調控，這三條通路都與人類疾病中的腫瘤發病機理有著不可分割的聯系。由于可根據線蟲的異常表型來判斷這三大信號通路的調控方式，使得線蟲成為腫瘤藥物篩選的理想模型之一，同時秀麗隱桿線蟲的細胞程序性凋亡這一特點在研究中更是起到了畫龍點睛的作用。

三、傳統高通量篩選與微流控芯片線蟲研究的方法

利用線蟲高通量篩選活性化合物來研究藥物作用靶點與研制新藥是較為傳統的線蟲研究方法。但這種傳統篩選方法有著顯而易見的缺點，操作繁多，耗時長，易于觀察群體卻不便于個體的觀察與追蹤研究。最終用于固定線蟲的膠水可能對線蟲的生理特征存在潛在的影響。

基于傳統高通量篩選方法存在的缺點日益顯現，人們開始探尋篩選線蟲的新方法。目前微流控芯片技術追蹤線蟲用于神經生物學、行為、衰老及發育學、藥物篩選及基因篩選等領域已逐漸走進大家的視線。在線蟲培養過程中微流控芯片中可運用靈活的流體操控實現對線蟲食物的添加和代謝物的排出，從而滿足了線蟲所需能量的充分攝入，并且這一特點也方便了線蟲的后期分選，也可精確地將刺激傳遞給每一個線蟲個體，較傳統的方法便捷且經濟。同時采用機械法、凝膠法、溫控法等固定方法以避免高通量篩選所用固定的膠水對線蟲的潛在傷害。作為微流控芯片的另一種方式液滴微流控芯片技術，還具有高效且無交叉感染等難以比擬的優點。

在不斷實踐過程中，線蟲的缺點逐漸暴露，線蟲并不具備人體的各種身體器官與系統，與人類存在明顯的種間差異，這些缺點必定會對線蟲最終的表型產生影響，還需在日后的研究中不斷克服或探尋更為合適的替代部分。

參考文獻

[1]孫亞奇，盧錫林，蘇鳳娟，等.帕金森病基因α-Synuclein過表達對秀麗隱桿線蟲毒性作用的研究.新醫學，2013，44（4）：273-277

[2]楊平.阿爾茲海默病的秀麗隱桿線蟲模型及其應用.中國細胞生物學學報，2010，32（1）：37-42

[3]張照康，BILLY Kiunda John，努爾古麗·蘇里坦，楊利建. microRNA-260在秀麗隱桿線蟲衰老進程中的作用研究. 華中師范大學學報（自然科學版），2016，50（6）：898-903.

[4]周雨朦，李繼安，沈舜義，林惠敏，葛涵，朱春寶，陳代杰. 基于秀麗隱桿線蟲耐藥菌感染模型篩選活性化合物.中國抗生素雜志，2014，39（7）：481-485.

[5]陳麗紅，孫利芹，王長海. 利用秀麗隱桿線蟲構建抗菌物質體內篩選模型.煙臺大學學報，2012，25（2）：117-121.

[6]周雨朦，陳代杰.秀麗隱桿線蟲在藥物篩選中的應用.上海醫藥，2011，32（11）：566-571.

[7]何瑜玢，夏莉，梁靜靜，等.亨廷頓舞蹈癥的臨床特點與基因診斷.中國神經精神疾病雜志，2012，38（7）：431-434.

（作者單位：河北農業大學）