浅谈秀丽隐杆线虫的模型建立与研究进程

浅谈秀丽隐杆线虫的模型建立与研究进程
作者：邓阳
来源：《大东方》2017年第04期
摘要：秀丽隐杆线虫作为一种简单的多细胞真核生物由于具有较多优点成为科研者建立模型与药物靶点研究与新药研制的重点研究生物。

本文仅将近年来秀丽隐杆线虫的特点、模型建立及研究进展作简要整理与分析。

关键词：秀丽隐杆线虫；模型筛选
建立一个较为优良的筛选模型，至少应具备良好的稳定性、重复性和可操作性这些特征。

在传统的药物研究中，实验者往往使用小鼠、兔子作为模型研究药物靶点和进行药物研发，但这些动物模型具有传代时间长、受环境因素影响较强、实验结果准确性低等缺点，而秀丽隐杆线虫作为一种操作较为简便的生物逐渐被尝试，优点也不断显现。

一、秀丽隐杆线虫（以下简称线虫）的“秀丽”之处
1.易于培养。

实验过程中线虫一般在琼脂平板上或液体培养基中培养，温度在20℃左右，以E.coli OP50为食。

能在-80℃冰箱长期保存[1]，因其稳定性较强而便于保存与使用。

2.繁殖快，且产后代数量多，成本较低。

其绝大多数个体为雌雄同体，雄虫仅占0.05%。

一只雌雄同体野生型线虫可以产出 300个左右的后代，其在产卵期产卵，优先选择雄性的精子。

若与雄虫交配，后代数则可多达1000个。

20℃时，野生型线虫发育一个世代仅需要3d左右，平均寿命为2-3 周。

3.线虫以动物整体作为实验对象，同时规模容易进行扩大研究。

线虫成虫体长仅1mm，体径30μm，结构相对简单。

从最初的培养板准备，到最终目的线虫筛选或特定量化性质的测定均可以实现全/半自动化，因此具有较高的操作性，准确率高。

目前研究者已完成线虫全基因组测序，并且这些基因中高达42%的基因与人类基因同源[1，2]，其遗传背景相对清晰。

因此作为整体动物实验，当药物在体内的作用靶点不止一个时，往往能提供更准确的评估。

4.线虫身体透明，便于染色、观察与荧光标记。

这一特点已被用于基于线虫的高通量筛选并获得了成功[3]。

二、药物模型的建立
1.抗衰老药物模型的建立
自20世纪70年代开始，研究者便开始逐步将秀丽隐杆线虫模型用于人体衰老、神经生理学等领域的研究。

英国科学家Brenner[4]选择使用线虫作为研究完整神经系统的简单且准确度
高的生物模型。

一直以来人们致力于研究将秀丽隐杆线虫模型用于daf-2基因、5-HT、胆酸甾体化合物等物质与衰老调控的关系的研究。

在线虫的细胞凋亡研究中首个发现多物种中保守的调控衰老的胰岛素/IGF-1信号通路，其关键起始基因daf-2缺失的突变株线虫寿命在20℃条件下延长达三倍之多.目前发现影响线虫衰老的主要信号通路还包括雷帕霉素目标信号通路（TOR）、自噬通路、线粒体呼吸通路和缺氧诱导因子-1（HIF-1）通路等，这些通路之间既相互关联却又在线虫衰老进程中各司其职.张照康等通过对miR-260敲除后突变线虫进行一系列的衰老特征实验研究证明，miR-260 通过影响基因jnk-1.eat-2进而调控线虫的衰老进程。

进一步证明了线虫模型在研究人类衰老进程中的适用性与准确性。

2.耐药菌药物模型的建立
随着抗生素滥用情况日益严重，细菌多重耐药性问题日益凸显，为探寻新的抗菌靶点和药物作用机制，科研人员尝试使用线虫模型用于抗菌研究。

学者Ausubel等首次用粪肠球菌感染秀丽隐杆线虫，建立了体内抗菌药物筛选方法之后，细菌、真菌等多种感染模型逐步被建立并用于研究。

陈丽红等则进一步探究建立并深入实践研究了秀丽隐杆线虫-铜绿假单孢菌感染模型，均用以反映病原菌的耐药性在线虫模型中的具体变现，从而用于筛选经典药物，同时研制具有抗感染或辅助抗感染作用的新型药物。

3.神经退行性疾病模型的建立
（1）阿尔兹海默症（Alzheimer’s disease，AD）秀丽隐杆线虫模型作为目前为止人类疾病研究进程的第一大神经退行性疾病，AD治病表征主要表现为神经细胞外由β淀粉样蛋白
（Aβ）异常沉积形成淀粉样老年斑（amyloid plaques）和神经细胞内tau蛋白自聚集出现神经纤维缠结。

目前转基因模型为使用最多的AD模型：转Aβ基因模型和tau模型。

（2）帕金森症（Parkinson disease，PD）线虫模型作为先进人类疾病研究进程中的第二大神经退行性疾病，关于PD的研究，学者目前已建立药物诱导模型、转基因模型两大PD线虫模型。

药物诱导模型是通过神经毒素染毒获得通过建立PQ模型，MPTP/MPP+模型，Mn2+模型和6-OHDA模型等诸多模型，研究PD的发病是否与遗传因素和环境因素有一定的关联性。

（3）亨廷顿舞蹈症（Huntington disease，HD）秀丽隐杆线虫模型病因为基因突变或第4对染色体内4p16.32的位置上一段延伸着不稳定的CAG三核苷酸重复序列，Morley J F等经研究发现，随着CAG片段的重复性增加，秀丽隐杆线虫的神经细胞随之退化，HD的病症越来越明显。

4.抗肿瘤模型的建立
研究者利用秀丽隐杆线虫高度保守性的特点，将其用于细胞凋亡历程的研究。

秀丽隐杆线虫的发育由高度保守的Writ、Notch、Ras三大经典信号通路所调控，这三条通路都与人类疾病中的肿瘤发病机理有着不可分割的联系。

由于可根据线虫的异常表型来判断这三大信号通路
的调控方式，使得线虫成为肿瘤药物筛选的理想模型之一，同时秀丽隐杆线虫的细胞程序性凋亡这一特点在研究中更是起到了画龙点睛的作用。

三、传统高通量筛选与微流控芯片线虫研究的方法
利用线虫高通量筛选活性化合物来研究药物作用靶点与研制新药是较为传统的线虫研究方法。

但这种传统筛选方法有着显而易见的缺点，操作繁多，耗时长，易于观察群体却不便于个体的观察与追踪研究。

最终用于固定线虫的胶水可能对线虫的生理特征存在潜在的影响。

基于传统高通量筛选方法存在的缺点日益显现，人们开始探寻筛选线虫的新方法。

目前微流控芯片技术追踪线虫用于神经生物学、行为、衰老及发育学、药物筛选及基因筛选等领域已逐渐走进大家的视线。

在线虫培养过程中微流控芯片中可运用灵活的流体操控实现对线虫食物的添加和代谢物的排出，从而满足了线虫所需能量的充分摄入，并且这一特点也方便了线虫的后期分选，也可精确地将刺激传递给每一个线虫个体，较传统的方法便捷且经济。

同时采用机械法、凝胶法、温控法等固定方法以避免高通量筛选所用固定的胶水对线虫的潜在伤害。

作为微流控芯片的另一种方式液滴微流控芯片技术，还具有高效且无交叉感染等难以比拟的优点。

在不断实践过程中，线虫的缺点逐渐暴露，线虫并不具备人体的各种身体器官与系统，与人类存在明显的种间差异，这些缺点必定会对线虫最终的表型产生影响，还需在日后的研究中不断克服或探寻更为合适的替代部分。

参考文献
[1]孙亚奇，卢锡林，苏凤娟，等.帕金森病基因α-Synuclein过表达对秀丽隐杆线虫毒性作用的研究.新医学，2013，44（4）：273-277
[2]杨平.阿尔兹海默病的秀丽隐杆线虫模型及其应用.中国细胞生物学学报，2010，32（1）：37-42
[3]张照康，BILLY Kiunda John，努尔古丽·苏里坦，杨利建. microRNA-260在秀丽隐杆线虫衰老进程中的作用研究. 华中师范大学学报（自然科学版），2016，50（6）：898-903.
[4]周雨朦，李继安，沈舜义，林惠敏，葛涵，朱春宝，陈代杰. 基于秀丽隐杆线虫耐药菌感染模型筛选活性化合物.中国抗生素杂志，2014，39（7）：481-485.
[5]陈丽红，孙利芹，王长海. 利用秀丽隐杆线虫构建抗菌物质体内筛选模型.烟台大学学报，2012，25（2）：117-121.
[6]周雨朦，陈代杰.秀丽隐杆线虫在药物筛选中的应用.上海医药，2011，32（11）：566-571.
[7]何瑜玢，夏莉，梁静静，等.亨廷顿舞蹈症的临床特点与基因诊断.中国神经精神疾病杂志，2012，38（7）：431-434.
（作者单位：河北农业大学）。