裸鼴鼠特異性免疫器官結(jié)構(gòu)特點及其功能的初步研究

張競新

選題由來

在學校組織的一次“科學之謎”講座中，一位專家介紹了一種終生不會長腫瘤的奇特動物——裸鼴鼠。日常生活中，我們經(jīng)常能聽到有人罹患腫瘤的不幸消息，而裸鼴鼠卻能一輩子不長腫瘤，這極大地引發(fā)了我的好奇心和興趣，假如能開展這方面的探究工作，將是一件十分有意義的事情。

我們知道，免疫器官的功能與機體腫瘤的發(fā)生與發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系。那么，裸鼴鼠不長腫瘤，是否和它的免疫器官有密切關(guān)系呢？通過資料我進一步了解到，動物的免疫器官包括脾臟、胸腺和淋巴結(jié)，其中胸腺的免疫能力會隨著年齡的增長而退化，淋巴結(jié)對細菌的清除能力較強但是對病毒及癌細胞的清除能力很低；而脾臟是機體最大的免疫器官，可以對腫瘤細胞及侵入血液的細菌、病毒等有害因素進行有效的免疫反應從而發(fā)揮保護機體的功能。那么，裸鼴鼠對細菌、病毒引起的炎癥，以及腫瘤具有強大的抵抗能力，是否由于其脾臟具有特殊的結(jié)構(gòu)及強大的功能呢？

我把想法和疑惑告訴了指導教師，教師聯(lián)系到一所專業(yè)研究機構(gòu)幫助我從以下3個方面驗證我的設想：首先比較觀察裸鼴鼠和小鼠脾臟的解剖學和組織學特征；其次觀察裸鼴鼠和小鼠感染外源病毒后的反應和癥狀表現(xiàn)；最后探討在病毒感染過程中裸駿鼠和小鼠脾臟巨噬細胞的免疫功能。

實驗研究

實驗一：裸鼴鼠和小鼠脾臟解剖及組織形態(tài)結(jié)構(gòu)特點的比較研究

分別取5只健康成年裸鼴鼠和小鼠，將動物麻醉后，打開腹腔取出脾臟，用直尺測量脾臟的長度，將其放在10%中性福爾馬林中固定24h后，進行組織脫水、石蠟包埋、切片、HE染色，光學顯微鏡下觀察、記錄其形態(tài)結(jié)構(gòu)特點。

經(jīng)解剖觀察發(fā)現(xiàn)，小鼠的脾臟位于左側(cè)肋弓下，大部分藏于胃后方（圖1A），外形呈邊緣圓滑的扁橢圓形，其顏色呈紫紅色，質(zhì)地柔韌，長度約2.3cm；裸鼴鼠脾臟位于腹腔內(nèi)胃后下方并與盲腸相鄰，內(nèi)側(cè)向內(nèi)凹陷（圖1B），外形呈細長的不規(guī)則索狀，其顏色呈淺紫紅色，較小鼠略淺，質(zhì)地柔軟脆弱，較小鼠更稚嫩，長度約2.8cm。上述研究結(jié)果表明，裸鼴鼠和小鼠脾臟在體內(nèi)所處的解剖位置和形態(tài)結(jié)構(gòu)上都有較大差別。

經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)：小鼠脾臟中紅髓分布面積小，脾小體面積較大且位置分布集中，脾小梁數(shù)量少且短而細；裸鼴鼠脾臟內(nèi)紅髓分布面積大，紅髓之間的脾小體面積較小且位置分散，脾小梁數(shù)量多且粗而長，并且紅髓及邊緣區(qū)含有豐富的巨噬細胞。上述研究結(jié)果表明，與小鼠相比較，裸鼴鼠的紅髓和脾小梁更為發(fā)達，并且紅髓及邊緣區(qū)含有更為豐富的紅細胞和巨噬細胞，而巨噬細胞是機體發(fā)揮免疫功能的重要免疫細胞，高豐度的巨噬細胞有利于機體對外源有害因素的侵襲作出更為有效的應答反應，從而更好地保護機體。

實驗二：裸鼴鼠和小鼠抗感染免疫功能的比較研究

在裸鼴鼠和小鼠腹腔注射Poly IC后，連續(xù)觀察12h，發(fā)現(xiàn)裸鼴鼠實驗組與各對照組在行為上沒有差異，但是實驗組小鼠出現(xiàn)不同程度的持續(xù)發(fā)抖、厭食、精神狀態(tài)不佳等異常行為（見圖2，其中A為裸鼴鼠對照組，B為裸鼴鼠實驗組，C為小鼠對照組，D為小鼠實驗組），其中有3只小鼠在給藥后12h內(nèi)發(fā)生死亡。同樣的病毒感染，裸鼴鼠行為上沒有表現(xiàn)出異常，而小鼠反應劇烈，這說明裸鼴鼠體內(nèi)的病毒能夠及時被機體免疫器官清除，而小鼠體內(nèi)病毒會持續(xù)存在并大量侵染正常組織細胞，造成機體損傷。因此，這個病毒感染模擬實驗表明，裸鼴鼠比小鼠具備更強的抗病毒感染能力。

脾臟是機體抗病毒感染的主要器官，那么這2種動物抗病毒能力的差異是否與脾臟功能相關(guān)？因此，我們進一步針對裸鼴鼠脾臟中重要的免疫細胞——巨噬細胞，進行免疫功能研究。

將FITC-Dextran分別加至裸鼴鼠和小鼠脾臟巨噬細胞的培養(yǎng)基中進行吞噬實驗，經(jīng)流式細胞儀檢測發(fā)現(xiàn)，裸鼴鼠有熒光信號的巨噬細胞占99%以上，遠遠超過小鼠。實驗現(xiàn)象提示，在相同條件下裸鼴鼠巨噬細胞能夠更快地吞噬異物。因而，從脾臟巨噬細胞吞噬外來物質(zhì)的吞嗤能力來看，裸廳鼠比小鼠具備更強的能力，這可能是裸鼴鼠具備良好免疫能力的生物學基礎。

本研究還利用PCR方法，檢測了Poly IC刺激前后小鼠和裸鼴鼠脾臟巨噬細胞TLR-3和IFN-β的表達水平。研究結(jié)果顯示，2種動物脾臟巨噬細胞中TLR-3的表達水平均明顯上調(diào)，Real-time PCR定量分析更進一步證實了這一結(jié)果，并且可以看出小鼠巨嗤細胞中TLR-3表達水平增加得更多。2種動物脾臟巨噬細胞中IFN-P的表達水平都明顯升高（圖3A、B），但是裸鼴鼠巨噬細胞中IFN-β表達水平增加的倍數(shù)要高于小鼠巨噬細胞（圖3C）。

結(jié)論

通過對裸鼴鼠進行動物整體水平、免疫器官水平及免疫細胞水平病毒模擬物的感染實驗，以及解剖結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)學特征分析，我們得出了以下結(jié)論。

病毒模擬物Poly IC感染機體實驗表明，裸鼴鼠比小鼠具有更強的免疫反應能力。

解剖和組織學水平觀察結(jié)果說明裸鼴鼠脾臟的紅髓中高豐度的巨噬細胞可能是裸鼴鼠執(zhí)行良好免疫功能的形態(tài)結(jié)構(gòu)基礎。

細胞水平實驗表明，裸鼴鼠巨噬細胞具有強于小鼠巨噬細胞的吞噬能力，并且在Poly IC刺激時，裸鼴鼠巨噬細胞TLR-3僅需適度活化就可以產(chǎn)生較高水平的IFN-β，從而能夠迅速激發(fā)更多類型的免疫細胞共同參與抗病毒感染過程。

因此，裸鼴鼠脾臟獨特的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)及其巨噬細胞高效的吞噬和強大的免疫應答能力是裸廳鼠對病毒、細菌及體內(nèi)變異細胞（腫瘤細胞）等具有較強抵御能力的主要原因之一。

下一步打算

本項研究中我們從裸鼴鼠最大的免疫器官脾臟展開研究，探索它強大免疫功能背后可能的原因。但是，通過查閱文獻了解到，機體免疫系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)，其對外源有害因素的免疫反應并非只靠脾臟這一種器官，而是需要多種免疫器官（如淋巴結(jié)、胸腺等）、多種免疫細胞（如T細胞、B細胞等）及多種細胞因子（如白介素、腫瘤壞死因子等）有機協(xié)作，從而最終實現(xiàn)整體的免疫功能。因此，下一步我們打算對免疫系統(tǒng)的其他免疫器官、免疫細胞或細胞因子開展研究，繼續(xù)從不同的研究角度和方向了解裸鼴鼠的免疫功能。

該項目獲得第31屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競賽項目中學組動物學一等獎。

專家評語

選題有新意，研究方法正確，結(jié)果富有新意，是一個有探究價值的研究工作。

建議：①采用脾臟指數(shù)比較更為客觀；②脾臟是動物的外周組織，如能結(jié)合胸腺、骨髓進行研究，則更有說服力。endprint