呂 婧，李 瑤，吳 珂（通信作者），龔靖媛，姚 健，袁欣蕾，賈 茹

（廣州南方學院云康醫(yī)學與健康學院 廣東 廣州 510000）

神經(jīng)退行性疾病（neurodegenerative diseases, NDs）是以神經(jīng)元的功能和結(jié)構(gòu)漸進性損害，甚至神經(jīng)元死亡，而導致機體出現(xiàn)一系列功能障礙的一類疾病的統(tǒng)稱，包括阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease, AD）、帕金森?。≒arkinson’s disease, PD）、亨廷頓氏?。℉untington disease, HD）、肌萎縮側(cè)索硬化（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）等，其中AD 和PD 分別為第1 和第2 大類神經(jīng)退行性疾病，主要發(fā)生于中、老年人群。世界范圍內(nèi)，NDs 發(fā)病率日益增多，隨著我國人口老齡化的加重，我國已成為NDs 發(fā)病人數(shù)最多、發(fā)病速度最快的國家。NDs 患者在晚期基本喪失自理能力，離不開家人的陪伴和照顧，對社會造成巨大影響和沉重負擔，但是現(xiàn)階段仍未開發(fā)出有針對性的藥物，已有的的藥物只能暫時減緩癥狀，不能治愈或阻止疾病進展，且NDs 發(fā)病機制尚未明確。為了解NDs 研究的最新進展，確定對中藥華桑相關(guān)實驗研究中所用的線蟲模型，本文對線蟲在NDs 實驗研究中常用的模型進行綜述。

1.線蟲模型在實驗研究中的優(yōu)勢

1963 年，南非研究員SYDNEY BRENNER 首次將秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans, C. elegans）作為模式生物使用，至今已有50 余年的歷史，其優(yōu)秀的生物學特點和低廉的價格奠定了其作為研究神經(jīng)系統(tǒng)理想動物模型的地位。C.elegans 分雌雄同體和雄性2 種類型，可自體受精，也可雙性繁殖，通體透明，生存于土壤之中，以細菌為食，其結(jié)構(gòu)簡單、生命周期短，易于培養(yǎng)，包含多種與人類相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)，如乙酰膽堿、5-羥色胺、多巴胺、谷氨酸和神經(jīng)肽等，且其在神經(jīng)元中的合成、儲存和代謝等過程與哺乳動物具有高度相似性。C.elegans 也具有與大多數(shù)哺乳動物同源的離子通道基因。1998 年，線蟲的全基因組測序完成，成為第1 個完成全基因組測序的多細胞生物，推動了快速基因組學功能的研究，促進了目前廣泛使用的突變體線蟲daf-2、daf-9、daf-16 等的出現(xiàn)。目前研究者主要將突變體線蟲與野生型N2 線蟲（可發(fā)生自體繁殖）進行對照研究。通過線蟲模型，研究人員可以進行細胞編程死亡和遺傳控制、同源異形基因群（Hox-c）、神經(jīng)生物學等研究。線蟲的研究熱點主要集中于可能導致疾病發(fā)生的幾種蛋白、基因模型，一般可以通過化學誘導或基因突變兩種方法獲取。

2.線蟲模型在AD 中的應(yīng)用

AD 是一種進行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，常見臨床癥狀包括記憶障礙、失語、失認、失用及性格行為改變等。由德國神經(jīng)學家ALOIS ALZHEIMER 于1906 年首次在科學會議上報道。時至今日，該疾病的發(fā)病原因和機制仍不清楚，當前已做出的AD 發(fā)病機制猜想包括β-淀粉樣蛋白（β-amyloid, Aβ）級聯(lián)學說（胞外Aβ 的聚集形成老年斑）、tau 蛋白學說（tau 的過度磷酸化和錯誤折疊導致大腦神經(jīng)纖維纏結(jié)）、神經(jīng)膠質(zhì)的過度激活、突觸功能障礙、神經(jīng)炎癥、應(yīng)激及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的破壞等。

2.1 Aβ 模型

家族性阿爾茨海默病患者腦組織細胞外過度產(chǎn)生的Aβ 可形成斑塊導致突觸功能障礙和神經(jīng)元破壞，繼而在大腦皮質(zhì)、海馬以及前腦等部位產(chǎn)生一系列病理改變，β 和γ 分泌酶可以降解β 淀粉樣前體蛋白（amyloid precurso protein, APP）形成Aβ，研究表明AD 主要是由于APP 基因突變導致Aβ 過度產(chǎn)生所致，然而腦組織Aβ 過度產(chǎn)生和異常沉積的發(fā)病機制不能完全解釋闡明AD 大部分散發(fā)病例。C.elegans 在試驗過程中需轉(zhuǎn)入人類的APP 基因，但是由于其缺乏產(chǎn)生分泌物的基因，所以無法產(chǎn)生細胞外Aβ，只能建立Aβ 基因模型，觀察細胞內(nèi)Aβ 表達。METAXAS 等在此基礎(chǔ)之上，利用銅或鋅濃度失衡，觸發(fā)線蟲表達Aβ，為我們采用新的誘導條件進行線蟲造模提供了理論基礎(chǔ)。LINK 等利用轉(zhuǎn)基因線蟲的DNA 微陣列分析表明，幾種與人類同源的應(yīng)激相關(guān)基因被上調(diào)，其中以Aβ 晶狀體蛋白基因（CRYAB）和腫瘤壞死因子誘導蛋白（TNFAIPI）基因這2 種為主，這些基因在去世的AD 患者腦中也被上調(diào)，說明即使C.elegans 是無脊椎動物，無法分泌Aβ，不能表現(xiàn)出與AD 相似的病理特征，我們也可以將C.elegans 細胞內(nèi)Aβ表達與AD病理相關(guān)聯(lián)。LACKIE等在C.elegans Aβ 錯誤折疊模型中，下調(diào)熱休克蛋白（Hsp）家族里的Hsp90 及其伴侶基因，導致Aβ 毒性增加。

2.2 tau 模型

在AD 治療中，以Aβ 為靶點研發(fā)的藥物均以失敗告終，因此，研究者開始越來越關(guān)注AD 患者另一典型病理變化—微管相關(guān)蛋白tau 異常過度磷酸化。tau 蛋白的過度磷酸化促進tau 的過度聚集，繼而形成神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles, NFTs），具有神經(jīng)細胞毒性。ZANIER 等在創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injuries,TBI）試驗中，利用C.elegans 作為生物傳感器來檢測TBI 產(chǎn)生tau 蛋白的致病作用，線蟲的運動依賴有效的神經(jīng)肌肉傳遞，對淀粉樣蛋白的毒性異常敏感，通過對野生型和ptl-1（tau 蛋白同源蛋白）敲除線蟲的對比，證明tauTBI（創(chuàng)傷性腦損傷引起tau 蛋白異常形式）損害C.elegans 的運動活動和突觸傳遞，并支持tauTBI 在TBI 的長期后果中的致病作用。BENBOW 等構(gòu)建了1 種轉(zhuǎn)基因C.elegans 模型，該模型同時表達人Aβ1-42 肽和tau 蛋白，通過引入tau 蛋白病理基因抑制因子，部分功能得到改觀，表明Aβ 和tau 在驅(qū)動AD 神經(jīng)元功能障礙中具有協(xié)同作用。隨著研究深入，線蟲模型也不再局限于原始的Aβ 與tau 模型，而是進一步建立了雙轉(zhuǎn)基因模型，而該復合模型較上述單模型有明顯優(yōu)勢。

3.線蟲模型在PD 中的應(yīng)用

PD 是第2 大常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，于1817 年被英國醫(yī)生JAMES PARKINSON 首次報道提出，其以運動障礙、靜止時手抖、肌強直和運動遲緩為主要臨床表現(xiàn)，可伴有嗅覺障礙、睡眠障礙等，該病以中腦黑質(zhì)致密部多巴胺（dopamine, DA）能神經(jīng)元變性死亡缺失為主要病理改變?，F(xiàn)階段研究者認為PD 發(fā)病機制是遺傳因素、環(huán)境因素以及人口老齡化共同作用的結(jié)果，同時線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激等在PD 的發(fā)病過程中扮演重要角色。

3.1 α-Syn 模型

α-Synuclein（α-Syn）包涵體形成是PD 的特征性病理變化，作為構(gòu)成大腦路易小體的最主要蛋白，α-Syn 在家族性和特發(fā)性PD 的發(fā)病中起著重要的作用。α-Syn 于腸道中產(chǎn)生，它們產(chǎn)生后從腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system, ENS）向中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system, CNS）逐漸擴散，對大腦造成破壞，目前還不清楚這一過程在分子水平上是如何調(diào)控的。理論上，如果能夠清除腸道中的α-Syn 就可能改變帕金森病進程，但是目前仍無特定藥物可產(chǎn)生理想效果。研究人員已就PD 建立了相應(yīng)的α-Syn 線蟲模型，在該線蟲模型身上表達α-Syn 后，施以不同腸道菌群并觀察其對α-Syn 表達的影響。AHN 等發(fā)現(xiàn)δ-分泌酶（天冬酰胺內(nèi)肽酶，AEP）切割N103 處的α-Syn 和N368 處的Tau，并介導它們的活化和從腸道到大腦的逆行傳播，觸發(fā)與路易小體和運動功能障礙相關(guān)的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元丟失。α-Syn N103 和Tau N368 相互作用，在PD 患者的腸道和大腦中高度升高。查倩等使用魚藤酮誘導PD 線蟲模型，發(fā)現(xiàn)魚藤酮可致轉(zhuǎn)基因線蟲zcIs9;otIs181 線粒體損傷，破壞線粒體穩(wěn)態(tài)，進而導致線蟲死亡及多巴胺能神經(jīng)元功能的退化，使用多器官腫瘤綜合征（Von Hippel-Lindau, VHL）的抑制劑VH298，可以降低線蟲病死率，表明VH298 可以通過保護多巴胺能神經(jīng)元，進而有效改善PD 線蟲模型運動行為的異常情況。

3.2 G2019S LRRK2 模型

在遲發(fā)性家族PD 中，LRRK2 基因突變是最常見的原因。目前研究表明，LRRK2 基因在多種細胞過程中的作用包括囊泡運輸、內(nèi)吞作用、自噬等，但該基因的其他生物學功能仍有待進一步闡明。在家族性PD 中，LRRK2突變主要通過激酶依賴性機制在誘導神經(jīng)元損傷。LRRK2 突變中，G2 019 S 是最常見的，由于實驗性哺乳動物模型成本高昂，而C.elegans 的價格低廉，且優(yōu)點突出，在研究遲發(fā)性家族PD 時，研究人員利用線蟲構(gòu)建了G2 019 S LRRK2 模型，采用該線蟲模型研究特定的生命調(diào)節(jié)途徑，通過核糖核酸干擾（RNA interference,RNAi）、構(gòu)建AGE-1 轉(zhuǎn)基因和采用RT-PCR 技術(shù)，證明了由LRRK2（G2 019 S）誘導的年齡依賴性神經(jīng)元損傷受不同的壽命延長途徑的廣泛調(diào)節(jié)，延長的壽命通常與多巴胺能神經(jīng)保護相關(guān)，調(diào)節(jié)壽命延長的多種遺傳途徑具有神經(jīng)保護作用。

4.展望

神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病始終是人們關(guān)注的熱門話題，而線蟲模型因其獨特的優(yōu)勢成為該類型疾病模式動物之一，隨著相關(guān)研究人員所建立的與線蟲相關(guān)模型的種類越來越多，神經(jīng)退行性疾病的研究會進入更深層次，研究者可以在此基礎(chǔ)上進行多方位、多靶點、多系統(tǒng)的研究，以確認發(fā)病原因和機制，為特效藥物的開發(fā)打下基礎(chǔ)。相信在不久的將來，神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病能夠取得突破性進展，減輕患者及家庭的痛苦和負擔。