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        樹鼩用于構(gòu)建自身免疫性疾病動(dòng)物模型展望①

        2022-12-29 15:25:22曾雯雷玲趙鋮廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科南寧530021
        中國(guó)免疫學(xué)雜志 2022年15期
        關(guān)鍵詞:嚙齒類動(dòng)物趨化因子動(dòng)物模型

        曾雯 雷玲 趙鋮(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科,南寧 530021)

        樹鼩(tupaia belangeri,tree shrew)是一種生活在東南亞、中國(guó)華南、西南地區(qū)的哺乳綱攀鼩類小型動(dòng)物,形似松鼠。中國(guó)樹鼩基因組數(shù)據(jù)庫(www.treeshrewdb.org)闡明了樹鼩的基本生物學(xué)特性,其高質(zhì)量的樹鼩基因組解析與人類基因組對(duì)比發(fā)現(xiàn),樹鼩有28個(gè)基因組是靈長(zhǎng)類動(dòng)物特有的,且這些基因在樹鼩與人類的多種疾病的發(fā)病機(jī)制中存在高度的一致性[1]。世界衛(wèi)生組織推薦在動(dòng)物試驗(yàn)中選用樹鼩替代靈長(zhǎng)類動(dòng)物進(jìn)行人類疾病研究[1]。樹鼩的資源開發(fā)研究已被納入國(guó)家“十一五”“十二五”科技支撐計(jì)劃。樹鼩已成功用于病毒性肝炎、流行性感冒、視覺疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤等多種疾病的動(dòng)物模型建立以及研究,但在自身免疫性疾病中少見應(yīng)用。

        基礎(chǔ)研究已建立多種自身免疫疾病動(dòng)物模型,包括自發(fā)型、誘導(dǎo)型和基因工程動(dòng)物模型。目前多采用嚙齒類動(dòng)物模型,但其與人類的親源性相差甚遠(yuǎn),在生理學(xué)和免疫學(xué)上與人類有較大差異,不能復(fù)制人類疾病的組織學(xué)、免疫學(xué)特點(diǎn)的全貌。樹鼩具有與人類更相似的遺傳學(xué)、生物學(xué)特性,是有巨大開發(fā)前景的自身免疫疾病試驗(yàn)動(dòng)物。本文就樹鼩的基因、組織學(xué)、免疫學(xué)、分子生物學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,探討樹鼩用于建立自身免疫疾病動(dòng)物模型的優(yōu)勢(shì)及挑戰(zhàn)。

        1 免疫分子

        1.1主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex,MHC)樹鼩MHC的基因序列與人類高度保守,與小鼠相比,MHCⅠ類基因數(shù)、系統(tǒng)發(fā)育樹更接近[2-3]。樹鼩的一類MHCⅠ基因位于人類白細(xì)胞抗原A(human leukocyte antigen,HLA-A)區(qū),與人類基因座具有良好的同源性,樹鼩MHCⅡ類區(qū)域包含所有人類Ⅱ類基因同源體,包括經(jīng)典Ⅱ類基因HLA-DP、HLA-DQ、HLA-DR,以及非經(jīng)典Ⅱ類基因HLA-DM、HLA-DO,樹鼩的Ⅲ類區(qū)域與人類基因序列高度保守[3]。NKG2D配體家族由MHCⅠ和自然殺傷細(xì)胞活化性配體UL16結(jié)合蛋白(UL16-binding proteins,ULBPs)組成,小鼠和人類的配體家族組成不同,而 樹 鼩與人類NKG2D配體家族 相 似[4-5]。MHC和HLA參與多種自身免疫疾病的發(fā)病機(jī)制,其中包括:HLA-DR15、HLADR1分別是Goodpasture病的易感等位基因和保護(hù)性等位基因,HLA-DR15和HLA-DR4是多發(fā)性硬化的易感等位基因等[6-8]。樹鼩與人類的MHC、HLA基因同源性遠(yuǎn)高于小鼠,使用樹鼩建立自身免疫疾病模型,可能更容易得到與人類發(fā)病特點(diǎn)更相似的結(jié)果。

        1.2細(xì)胞因子

        1.2.1趨化因子自身免疫疾病的趨化因子相關(guān)研究日趨增長(zhǎng)。樹鼩的趨化因子配體12(chemokine ligand 12,CXCL12)蛋白與人和猴CXCL12氨基酸序列的同源性高達(dá)94.4%。樹鼩的趨化性細(xì)胞因子受體4(chemokine receptor 4,CXCR4)蛋白與人和猴子的CXCR4蛋白的相似性高達(dá)97%,而小鼠和大鼠的CXCR4蛋白與人和猴子的相似性分別為91%和92%。研究發(fā)現(xiàn):重組人CXCL12蛋白在體外直接促進(jìn)了樹鼩淋巴細(xì)胞的遷移[9]。樹鼩和人類之間的CXCL8和CXCR12的結(jié)合域高度保守,且人CXCL8蛋白可誘導(dǎo)由樹鼩CXCR12表達(dá)的外周血單核細(xì)胞遷移,使用變構(gòu)拮抗劑(瑞帕霉素和SB265610)阻斷人CXCL8和樹鼩CXCR12相互作用后,樹鼩外周血單核細(xì)胞遷移顯著降低[10]。樹鼩的多個(gè)趨化因子與人類存在跨物種交叉免疫反應(yīng),樹鼩趨化因子可能發(fā)揮與人類相同或相似的作用。而研究顯示人與小鼠之間CXCL1和CXCL10等多個(gè)趨化因子沒有交叉反應(yīng),尚未檢索到人與小鼠、大鼠之間趨化因子跨物種交叉免疫反應(yīng)的報(bào)道[11]。

        1.2.2銀屑病素蛋白樹鼩與人的基因組中大部分序列高度保守,樹鼩基因組中有28個(gè)基因?yàn)殪`長(zhǎng)類動(dòng)物特征,其中包括銀屑病素蛋白(psoriasin protein)編碼基因,但該基因嚙齒類動(dòng)物并不具備[3]。在銀屑病患者角化細(xì)胞中大量表達(dá),銀屑病素涉及多種細(xì)胞內(nèi)外功能,包括免疫應(yīng)答、鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖分化及凋亡、細(xì)胞趨化、蛋白質(zhì)磷酸化、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子等,是皮膚屏障的重要組成部分[12-14]。

        1.2.3白細(xì)胞介素(interleukin,IL)研究顯示樹鼩的多個(gè)IL基因、氨基氮與人類的同源性均遠(yuǎn)高于小鼠、大鼠,包括IL-21、IL-6、IL-2等[15-17]。

        樹鼩的IL-21與人類IL-21核苷酸序列的比對(duì)率為83.33%,氨基酸序列的比對(duì)率為69.93%。樹鼩IL-21的二級(jí)結(jié)構(gòu)、疏水性和表面電荷也與人類IL-21相似。樹鼩IL-21與人類IL-21具有高度的同源性、結(jié)構(gòu)相似性和免疫交叉反應(yīng)性[16]。IL-21R中和抗體已成為多種自身免疫疾病的潛在治療方法,并在系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)患者開展ⅠB期臨床試驗(yàn)[18];人類和嚙齒動(dòng)物IL-21的同源性較低(61%~65%),不能產(chǎn)生跨物種交叉免疫反應(yīng)。目前多采用雜交瘤細(xì)胞系方法制造IL-21中和抗體,使用基因工程改造的人源化小鼠生產(chǎn),但該方法通常面臨人源化小鼠體內(nèi)IL-21R對(duì)靶抗原的親和力降低、抗體濃度低下挑戰(zhàn),且人源化小鼠成本較高[19]。樹鼩可給IL-21中和抗體的研發(fā)和制備提供新的思路。

        氨基酸序列分析顯示,人IL-6氨基酸序列與樹鼩的相似度高于大鼠和小鼠,且樹鼩受體蛋白中完全保留了對(duì)IL-6受體結(jié)合至關(guān)重要的殘基;樹鼩25個(gè)氨基酸的信號(hào)肽和一個(gè)IL-6超家族結(jié)構(gòu)域與人IL-6的蛋白特征相符,蛋白質(zhì)建模提示樹鼩與人的IL-6結(jié)構(gòu)具有高度同源性[17]??笽L-6R抗體治療克羅恩病、強(qiáng)直性脊柱炎的臨床試驗(yàn)結(jié)果不如小鼠動(dòng)物試驗(yàn)效果顯著,可能是與IL-6基因、氨基酸及功能差異相關(guān)[20]。

        1.3Toll樣受體樹鼩天然免疫識(shí)別受體Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)1~9蛋白組成結(jié)構(gòu)與人類TLRs在親緣上很近,高于嚙齒類動(dòng)物與人的親緣性,尤其是對(duì)TLR8的深入研究發(fā)現(xiàn)樹鼩TLR8的功能與人相同,能識(shí)別人TLR8的配體R848,并受其刺激而上調(diào)表達(dá)水平[21-22]。而小鼠TLR8無此功能[23]。許多TLR參與多種自身免疫疾病的發(fā)病,如TLR8能增加基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1的表達(dá)水平,促進(jìn)系統(tǒng)性硬化(systemic sclerosis,SSc)患者的肺組織纖維化[24];TLR2(Pro631His)變異的單核苷酸多態(tài)性被認(rèn)為與SSc的彌漫性病變和肺動(dòng)脈高壓相關(guān)[25]。

        2 免疫細(xì)胞與免疫器官

        研究顯示,幼年與成年樹鼩的中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞百分比存在顯著差異,顯示出類似人類發(fā)育過程中中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞百分比“二次交叉”,且中性粒細(xì)胞百分比及細(xì)胞直徑較嚙齒類動(dòng)物更接近人類[26]。對(duì)樹鼩的2 146個(gè)肝臟和肌肉組織的蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定,結(jié)果顯示近一半的蛋白質(zhì)來自人類數(shù)據(jù)庫[27]。胸腺、脾和淋巴結(jié)等免疫器官的組化形態(tài)學(xué)研究,均提示樹鼩比嚙齒類動(dòng)物(小鼠和大鼠)更接近于靈長(zhǎng)類動(dòng)物,為研究樹鼩建立人類相關(guān)自身免疫疾病的動(dòng)物模型提供蛋白質(zhì)組學(xué)、組織學(xué)依據(jù)[28]。

        3 自身免疫疾病的樹鼩模型

        迄今為止僅報(bào)道了SLE、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)、和1型糖尿病3種人類自身免疫疾病的樹鼩模型。

        3.1SLE模型RUAN等[29]將樹鼩腹腔內(nèi)注射脂多糖和植脂烷成功建立SLE模型。該模型樹鼩表現(xiàn)為肝、脾、腎、肺、心的多臟器損害,肝臟病理表現(xiàn)為彌漫性肝細(xì)胞壞死、粒細(xì)胞浸潤(rùn)、肝細(xì)胞大量變性。SLE相關(guān)性肝炎的異質(zhì)性較大,部分文獻(xiàn)提示人類SLE相關(guān)肝炎病理為脂肪變性、干細(xì)胞大量壞死,與該樹鼩模型肝臟病理相似;且小鼠、大鼠的誘導(dǎo)型SLE模型多表現(xiàn)為單一或少數(shù)臟器受累[30-31]。樹鼩的SLE模型可能更能反映人類疾病的組織學(xué)特點(diǎn)的全貌。

        3.2關(guān)節(jié)炎-間質(zhì)性肺病模型GAO等[32]報(bào)道將樹鼩皮下注射牛Ⅱ型膠原蛋白建立關(guān)節(jié)炎-間質(zhì)性肺病模型,該模型的肺部炎癥過程與小鼠、大鼠動(dòng)物模型不同,表現(xiàn)為早期顯著的關(guān)節(jié)病變,較長(zhǎng)時(shí)間后出現(xiàn)大量炎癥細(xì)胞肺部浸潤(rùn),該模型為探索RA相關(guān)的間質(zhì)性肺病提供了一個(gè)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)?zāi)P汀?/p>

        3.31型糖尿病在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)1型糖尿病樹鼩體內(nèi)檢測(cè)到較高水平的高密度脂蛋白(high density lipoprotein,HDL),且早期出現(xiàn)轉(zhuǎn)氨酶的升高,而鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的小鼠及大鼠動(dòng)物模型通常檢測(cè)到HDL降低,樹鼩更利于研究1型糖尿病患者HDL升高及糖尿病早期肝損害的機(jī)制[33-34]。此外樹鼩具有自發(fā)性糖尿病,其癥狀如酮癥、白內(nèi)障以及胰腺病理學(xué)檢查等和人類糖尿病一致[33]。

        據(jù)報(bào)道,每10種動(dòng)物藥物研發(fā)的藥物中只有1種通過了臨床試驗(yàn),而臨床藥物實(shí)驗(yàn)中與藥物相關(guān)的肝毒性是實(shí)驗(yàn)終止的最常見原因之一。大多經(jīng)肝臟清除的藥物被細(xì)胞色素P450酶(cytochrome P,CYP)代謝[35]。KARL等[36]的研究顯示,敲除小鼠特有NADPH-P450氧化還原酶基因后,注射吉非替尼及阿扎那韋試驗(yàn)小鼠的藥物代謝更接近于人類。鼠類的P450功能基因與人類差異較大是鼠類與人藥代動(dòng)力學(xué)差異的原因之一,而樹鼩的CYP功能基因比嚙齒動(dòng)物更接近人類[35]

        4 總結(jié)與展望

        樹鼩兼具靈長(zhǎng)目和嚙齒類動(dòng)物的特點(diǎn):其器官組織、生化代謝、基因組學(xué)與靈長(zhǎng)類動(dòng)物具有高度同源性,具有體型小、腦體比值高、繁殖周期短、生育能力強(qiáng)、易于飼養(yǎng)等優(yōu)勢(shì);且樹鼩與靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比,更易獲取、價(jià)格更低廉、操作更方便、倫理審核更簡(jiǎn)化。樹鼩獨(dú)特的遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、組織學(xué)特性,決定了樹鼩在人類自身免疫疾病科學(xué)研究中的優(yōu)勢(shì)。迄今使用樹鼩構(gòu)建的自身免疫疾病動(dòng)物模型已取得一定成果,相關(guān)研究顯示:樹鼩的免疫分子、免疫細(xì)胞的基因及氨基酸與人類具有保守性,樹鼩多個(gè)免疫分子與人類存在跨物種交叉免疫反應(yīng),樹鼩免疫細(xì)胞與免疫器官與人類的相近程度更高,以及樹鼩存在與人類更相似的藥物代謝機(jī)制。預(yù)示著樹鼩在自身免疫疾病研究領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景。但樹鼩相較其他應(yīng)用成熟的試驗(yàn)動(dòng)物而言,仍面臨許多挑戰(zhàn),如經(jīng)驗(yàn)不足、樹鼩專用的特異性試劑盒正處于開發(fā)起步階段等,仍需不同領(lǐng)域的科學(xué)工作者協(xié)同合作,共同分享,突破瓶頸。

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