基于秀麗隱桿線蟲(chóng)的酒精生物效應(yīng)研究進(jìn)展

李宗軍，吳中琴，李珂

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410128）

經(jīng)常大量飲酒易引發(fā)各種代謝疾病及神經(jīng)性疾病，如何防治酒精泛濫引起的相關(guān)疾病是人類面臨的一大難題，人們一直在尋找合適的生物模型來(lái)探索其發(fā)病機(jī)制與治療方法。目前應(yīng)用于酒精疾病研究較多的模型有大鼠、小鼠模型，線蟲(chóng)模型主要應(yīng)用于酒精疾病的發(fā)病機(jī)制研究。

秀麗隱桿線蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans，以下簡(jiǎn)稱線蟲(chóng)或C.elegans）作為研究遺傳學(xué)的模式生物始于20世紀(jì)60年代的英國(guó)科學(xué)家Sydney Brenner（Brenner S）[1]。70年代中期，John Edward Sulston（Sulston J E）構(gòu)建了完整的線蟲(chóng)細(xì)胞譜系圖，使線蟲(chóng)成為唯一一個(gè)身體中所有細(xì)胞能被逐個(gè)盤點(diǎn)并歸類的生物[2]，并與Brenner S合作完成了線蟲(chóng)神經(jīng)元的完整結(jié)構(gòu)圖[3]，90年代末他們完成了線蟲(chóng)的全基因測(cè)序，使線蟲(chóng)成為基因組被完整測(cè)序的第一個(gè)動(dòng)物[4]。Howard Robert Horvitz[5]揭示了線蟲(chóng)細(xì)胞程序性死亡的遺傳調(diào)控機(jī)制，并證明相應(yīng)的調(diào)控基因在高等動(dòng)物和人體中也存在。將線蟲(chóng)作為模式生物應(yīng)用于生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究是一個(gè)逐步而漫長(zhǎng)的過(guò)程，直到20世紀(jì)80年代后才逐漸得到國(guó)際同行的認(rèn)可，而在國(guó)內(nèi)，將線蟲(chóng)應(yīng)用于生物學(xué)功能及其作用機(jī)理研究和生物活性組分篩選及功能評(píng)價(jià)是最近10年才逐漸發(fā)展起來(lái)的。本文以酒精影響線蟲(chóng)生理功能及機(jī)理的研究進(jìn)展為主，結(jié)合比較酒精影響其他生物的生理功能及機(jī)理的研究進(jìn)展，探討了線蟲(chóng)作為模式生物在酒精生物功能研究的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也為線蟲(chóng)作為模式生物進(jìn)行食品營(yíng)養(yǎng)與健康、特殊功能食品的研究提供借鑒。

1 秀麗隱桿線蟲(chóng)生物學(xué)特征及應(yīng)用概述

線蟲(chóng)個(gè)體小，是一種真核多細(xì)胞生物，生活史3～5 d，平均壽命約20 d，產(chǎn)卵期2～5 d，可產(chǎn)卵300～350個(gè)。線蟲(chóng)通身透明，各器官與神經(jīng)系統(tǒng)容易觀察，身體中的所有細(xì)胞能被逐個(gè)盤點(diǎn)并歸類，這為研究不同功能成分對(duì)生理特別是神經(jīng)系統(tǒng)的影響帶來(lái)了諸多其它生物所不具備的優(yōu)勢(shì)。線蟲(chóng)基因組長(zhǎng)約1億個(gè)堿基對(duì)，由6個(gè)染色體和線粒體基因組組成。其基因密度為每5千堿基對(duì)約一個(gè)基因，其基因組包含了20470個(gè)蛋白編碼基因[6]存在很多與高等生物相似的信號(hào)通路及細(xì)胞結(jié)構(gòu)，它的一個(gè)完整的基因組序列，約含有19700編碼序列和1300非編碼RNAs。線蟲(chóng)可用于研究MAPK信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞程序性死亡、TGF-β信號(hào)傳遞途徑、RNAi干擾、small RNA及衰老壽命。線蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)有 6393個(gè)化學(xué)突觸，890個(gè)電連接，1410個(gè)神經(jīng)肌肉連接，302個(gè)神經(jīng)元[7]。主要的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)和遺傳傳遞網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)發(fā)生上都高度保守。因此，線蟲(chóng)在神經(jīng)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)可以外推到脊椎動(dòng)物，可通過(guò)激光束破壞某個(gè)神經(jīng)元或突觸，設(shè)計(jì)使用藥物或其他外部刺激來(lái)明確特定神經(jīng)元功能[8]。因線蟲(chóng)生命過(guò)程處于不斷咽食與運(yùn)動(dòng)中，培養(yǎng)時(shí)會(huì)不斷攝入添加在培養(yǎng)基中的藥物，保持其體內(nèi)的藥物濃度[9,10]，因而常用于藥理學(xué)及毒理學(xué)研究。早年研究人員就已將線蟲(chóng)作為生物探測(cè)器應(yīng)用于檢測(cè)土壤毒性和水源毒性[11,12]。

模式生物是指由生物學(xué)家選定的，用于揭示某種具有普遍生命現(xiàn)象規(guī)律的物種[13]。即使是在古典真核生物模型黑腹果蠅和小白鼠中，也無(wú)法明晰整個(gè)基因組的功能信息[14]。但秀麗隱桿線蟲(chóng)基因組已經(jīng)測(cè)序并且與人類基因組有很大程度的同源性，同時(shí)線蟲(chóng)有著極為豐富的遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)研究背景，是研究毒理學(xué)或人類疾病的良好生物模型，甚至在某些方面可以作為高等哺乳動(dòng)物模型的替代生物。

現(xiàn)在越來(lái)越多的生物研究需要借以模式生物完成更多更深入的研究，而合適的生物模型則需要考慮更多生物條件。不管是黑腹果蠅還是小白鼠都存在生命周期、種族密度和生存條件等制約，而秀麗隱桿線蟲(chóng)有著如下幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在某些方面比其它生物模型更適用于實(shí)驗(yàn)室研究。

2 秀麗隱桿線蟲(chóng)作為模式生物的優(yōu)勢(shì)

2.1 具有豐富的易于獲得的突變體資源

研究者通常在研究更深入層次中，會(huì)對(duì)模式生物采用基因敲除手段，猜想或驗(yàn)證可能的分子機(jī)制。而秀麗隱桿線蟲(chóng)有多種突變模式，線蟲(chóng)突變株可直接從線蟲(chóng)遺傳中心（Caenorhabditis Genetics Center，CGC）獲取[15](https://cbs.umn.edu/cgc/home)，無(wú)需進(jìn)行基因敲除，可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x擇相應(yīng)的基因突變體進(jìn)行驗(yàn)證及探索性試驗(yàn)，極大的提高了試驗(yàn)效率，節(jié)省了試驗(yàn)資源。在探索在秀麗隱桿線蟲(chóng)14-3-3蛋白par-5在神經(jīng)系統(tǒng)過(guò)量表達(dá)延長(zhǎng)對(duì)壽命調(diào)控機(jī)制的研究中，姚艷玲[16]采用點(diǎn)突變技術(shù)，將PAR-5第 185位Thr突變?yōu)锳la，制備EXPunc-119:: par-5(T185A):: gfp轉(zhuǎn)基因蟲(chóng)種，進(jìn)行壽命試驗(yàn)，驗(yàn)證猜想。制備線蟲(chóng)突變體既耗費(fèi)了大量的時(shí)間、物力和人力，且工作較為繁瑣，制備的突變體還需進(jìn)一步測(cè)序方能確定，繼續(xù)下一步試驗(yàn)。線蟲(chóng)已有豐富的基因庫(kù)，若能直接從CGC購(gòu)買突變株能使試驗(yàn)更便捷。例如，尋找延長(zhǎng)壽命途徑,可直接以野生型N2或線蟲(chóng)突變體(如daf-16（TJ356）等)為模式生物，探索自然或人工合成的藥物延長(zhǎng)壽命的途徑[17～19]。也有研究者直接采用LD1171突變體線蟲(chóng)（gcs-1基因標(biāo)記熒光蛋白突變體），通過(guò)檢測(cè)綠色熒光蛋白（GFP）的熒光強(qiáng)度來(lái)判斷γ-谷氨酸胺半胱氨酸合成酶（GCS (h)，γ-glutamine cysteine synthetase heavy chain）含量，以檢驗(yàn)線蟲(chóng)抗氧化信號(hào)通道特征蛋白GCS1活性及表達(dá)情況[20]。線蟲(chóng)突變體還用于耐酒精和抑郁癥相關(guān)研究[21,22]。

2.2 結(jié)合多種高新技術(shù)開(kāi)展深層次的更具前瞻性的生物學(xué)功能研究

研究人員通常結(jié)合傳統(tǒng)的生物技術(shù)去了解線蟲(chóng)的生物功能。如對(duì)線蟲(chóng)的高通量測(cè)序技術(shù)[23]從基因損傷角度評(píng)價(jià)微波輻射的生物效應(yīng)及防護(hù)機(jī)理[24]，還有運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量核酸擴(kuò)增檢測(cè)技術(shù)（Real-time Quantitative PCR Detecting System，QPCR）、熒光成像技術(shù)研究線蟲(chóng)衰老機(jī)制，運(yùn)用動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)[25]、單細(xì)胞激光光解技術(shù)、化學(xué)誘變和RNA干擾技術(shù)[26]對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行正向和反向的遺傳基因篩選。但更先進(jìn)的技術(shù)能使我們的研究更方便，準(zhǔn)確，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)不能滿足我們需求的缺點(diǎn)。如iTRAQ（isobaric tags for relative and absolute quantitation）技術(shù)[27,28]，利用多種同位素試劑標(biāo)記蛋白多肽N末端或賴氨酸側(cè)鏈基團(tuán)，經(jīng)高精度質(zhì)譜儀串聯(lián)分析，可同時(shí)比較多達(dá)8種樣品之間的蛋白表達(dá)量，是近年來(lái)定量蛋白質(zhì)組學(xué)中應(yīng)用最廣泛的高通量篩選技術(shù)。SWATH（Sequential Windowed Acquisition of all Theoretical fragmentions）[29]，一種高通量質(zhì)譜技術(shù)，解決了shot-gun鑒定較低重復(fù)的缺點(diǎn)，能獲得完整的肽段信息。還有ChIP-Seq（ChIP結(jié)合第二代測(cè)序技術(shù)）、TMTTM技術(shù)、靶向基因修飾技術(shù)[30]等等。

圖1 COPAS? Biosorter微模式生物分析與分選系統(tǒng)工作原理[31]Fig.1 Micro model analysis of COPAS ? Biosorter and working principle of separation system[31]

傳統(tǒng)線蟲(chóng)培養(yǎng)、分離、篩選技術(shù)主要以人工操作為主，工作強(qiáng)度較大，且在操作過(guò)程中容易由于人為原因產(chǎn)生誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。鑒于此，近年來(lái)國(guó)外的生物技術(shù)公司開(kāi)發(fā)了可基于生理參數(shù)、光密度、熒光強(qiáng)度對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行自動(dòng)分析與高通量分選的設(shè)備（COPAS? Biosorter微模式生物分析與分選系統(tǒng)）。該設(shè)備不同于傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀，可分析較大對(duì)象，通過(guò)對(duì)線蟲(chóng)個(gè)體大小、數(shù)量和熒光進(jìn)行分析，并可結(jié)合單細(xì)胞多態(tài)性圖譜（SNP mapping）表型特征對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行高通量篩選，極大的提高了對(duì)線蟲(chóng)分析的效率與精確度，以滿足進(jìn)行小分子化合物庫(kù)篩選過(guò)程中對(duì)線蟲(chóng)進(jìn)行大量培養(yǎng)與分析時(shí)的需求，已成功應(yīng)用于藥物與活性功能成分的篩選領(lǐng)域[31]。其基本原理如圖1。

3 秀麗隱桿線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精生物功能的研究進(jìn)展

3.1 線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精對(duì)壽命的影響及機(jī)理研究

圖2 酒精對(duì)線蟲(chóng)壽命影響的可能機(jī)理Fig.2 Possible mechanism of alcohol effects on the lifetime of C.elegans

長(zhǎng)生不老是人們的宏愿，尋找長(zhǎng)生秘方也為人們津津樂(lè)道。自上世紀(jì)90年代，國(guó)際權(quán)威期刊《自然》相繼報(bào)道了多個(gè)基于線蟲(chóng)研究生物體壽命調(diào)控機(jī)理的研究成果之后，利用線蟲(chóng)研究壽命調(diào)控機(jī)理的成果層出不窮，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)預(yù)測(cè)壽命的保守信號(hào)通路及其關(guān)鍵因子，如胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin/insulin growth factor-1 signalling pathway，IIS），雷帕霉素靶蛋白（TOR）、線粒體呼吸鏈/ATP合成體系、核受體通路和沉默信息調(diào)節(jié)因子 2.1(silent information regulator 2.1，SIR2.1)，線蟲(chóng)還能通過(guò)自噬、進(jìn)食限制（DR）途徑在體內(nèi)起到調(diào)節(jié)壽命的作用,其中胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子通路、沉默信息調(diào)節(jié)因子2.1與雷帕霉素靶蛋白（TOR）是與酒精影響壽命密切相關(guān)的[32,33]。通過(guò)總結(jié)目前酒精在線蟲(chóng)體內(nèi)調(diào)節(jié)壽命的機(jī)制的相關(guān)研究報(bào)道[34～38]，我們梳理了部分調(diào)節(jié)機(jī)制，如圖2。

圖中所示，低劑量酒精在進(jìn)入體內(nèi)后，增強(qiáng)了脂多糖（LPS）與其受體結(jié)合，并對(duì)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）發(fā)出信號(hào)，引發(fā)抗氧化應(yīng)激，進(jìn)而延長(zhǎng)壽命。低劑量的酒精不僅抑制了胰島素與DAF-2受體結(jié)合，而且激發(fā)了JNK通路，促進(jìn)JNK-1磷酸化，加快DAF-16/FOXO從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，daf-16轉(zhuǎn)錄表達(dá)長(zhǎng)壽。同時(shí)，酒精可以作為能量信號(hào)分子激活TOR通道或經(jīng)進(jìn)食限制加強(qiáng)SIR-2.1蛋白去乙?；?，間接增強(qiáng)IIS下游信號(hào)，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)線蟲(chóng)壽命。

大量研究證明，低濃度酒精（2%）能延長(zhǎng)壽命[39]，而其作用機(jī)制是較復(fù)雜的。根據(jù)上圖所示機(jī)制，可能是由Ins/IGF、TOR和Sir-2.1作用下，發(fā)揮協(xié)同作用，共同促進(jìn)長(zhǎng)壽機(jī)制。還有研究者利用饑餓的L1期線蟲(chóng)通過(guò)攝食低水平的乙醇并將其轉(zhuǎn)化為脂肪酸作為生長(zhǎng)的能量而達(dá)到延長(zhǎng)壽命[40,41]，這是乙醇給予L1幼蟲(chóng)增加壽命的能量以及脂肪利用的信號(hào)，激活了TOR通道并提高了SIR2同源蛋白SIR2.1的水平進(jìn)而延長(zhǎng)了線蟲(chóng)的壽命[32,40]。Di Chen[42]認(rèn)為胰島素樣信號(hào)通路控制線蟲(chóng)衰老、代謝、發(fā)育，而且TOR通道也能調(diào)控線蟲(chóng)壽命，兩個(gè)主要的壽命通路之間是否存在聯(lián)合效應(yīng)，因此對(duì)胰島素/IGF-1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（IIS）中的關(guān)鍵分子DAF-2（IGF-1受體）和雷帕霉素（TOR）途徑的靶標(biāo)RSKS-1（S6K）進(jìn)行突變處理，最后發(fā)現(xiàn)組合基因突變使壽命增加了近5倍，效果遠(yuǎn)大于單個(gè)基因的突變。這為研究更復(fù)雜的生物體中兩個(gè)主要保守的壽命通路之間的相互作用提供了前期基礎(chǔ)。乙醇的增壽作用主要是由IIS和mTOR兩個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)通路共同調(diào)控實(shí)現(xiàn)的[43]，線蟲(chóng)攝入低劑量的酒精后刺激IIS信號(hào)通路開(kāi)放，激活受體DAF-2，開(kāi)啟磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促使DAF-16進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，通過(guò)線粒體途徑調(diào)節(jié)基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)壽命延長(zhǎng)。同時(shí)，誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，激活JNK通路，增強(qiáng)DAF-16活性，而AMPK途徑不僅直接調(diào)控DAF-16活性而且通過(guò)抑制TOR信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)間接調(diào)控DAF-16活性，減少對(duì)細(xì)胞的損傷，最終實(shí)現(xiàn)壽命的延長(zhǎng)。大量研究證明，基因間相互作用的方法同樣適用于高等生物，通過(guò)遺傳相互作用進(jìn)行抗衰老治療將成為可能。

3.2 線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精成癮性研究

圖3 酒精在BK通道上的作用[50]Fig.3 Role of alcohol in BK pathway[50]

酒精飲料是現(xiàn)代生活中消費(fèi)量極大的一類飲料，然而，長(zhǎng)期飲用后會(huì)產(chǎn)生酒精依賴性甚至上癮。這是因?yàn)榫凭ㄟ^(guò)影響電壓依賴通道、神經(jīng)遞質(zhì)和激素受體等靶器官，影響遺傳基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)水平和細(xì)胞代謝，造成細(xì)胞對(duì)酒精的適應(yīng)性耐受，表現(xiàn)為對(duì)酒精成癮[44]。酒精尤其與多巴胺神經(jīng)系統(tǒng)具有十分密切關(guān)系。多巴胺（DA）神經(jīng)系統(tǒng)是中樞主要的“獎(jiǎng)賞-強(qiáng)化”環(huán)路，是酒精作用的靶部位。在酒精的作用下促DA在伏隔區(qū)（NAC）釋放，多巴胺釋放到中腦邊緣系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生鼓勵(lì)性學(xué)習(xí)的作用，隨著該區(qū)的多巴胺水平升高產(chǎn)生正性強(qiáng)化作用引導(dǎo)繼續(xù)飲酒，最終導(dǎo)致酒精成癮。這種作用機(jī)制在誘導(dǎo)性神經(jīng)肽（如甘丙肽，內(nèi)源性阿片樣物質(zhì)腦啡肽等）中同樣適用，并且通過(guò)食物攝入的機(jī)制，使酒精攝取量上調(diào)，從而對(duì)酒精產(chǎn)生渴望[45]。成癮很大程度上受多種遺傳因素影響。JR Johnson[46]利用熱休克轉(zhuǎn)錄因子（即HSF-1及其下游效應(yīng)器中常見(jiàn)的基因靈敏度調(diào)節(jié)器）研究對(duì)成癮物質(zhì)的敏感性，采用轉(zhuǎn)基因結(jié)合靶向RNAi篩選下游因子的方法研究外源性成癮物質(zhì)在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的作用，發(fā)現(xiàn)這些作用取決于hsp-16.48在神經(jīng)元的表達(dá)，并確定了一條外源性成癮物質(zhì)在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)起到劑量依賴效應(yīng)的作用通路?；虻谋碛^遺傳修飾可由基因與環(huán)境變化而引發(fā)，表觀遺傳學(xué)[47]也被應(yīng)用到酒精成癮的研究當(dāng)中。研究顯示在乙醇急性作用下的分化細(xì)胞中，SWI/SNF（switching defective/ sucrosenonfermenting）復(fù)合物是一種進(jìn)化保守的多亞單位的染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合物[48]，對(duì)于基因表觀修飾起到了重要作用，在乙醇導(dǎo)致成癮的過(guò)程中，SWI/SNF復(fù)合物是一種具有多種調(diào)節(jié)基因表達(dá)功能的生物因子，能調(diào)節(jié)反映急性乙醇作用的兩個(gè)不同方面的基因表達(dá)，并進(jìn)行了多方位的驗(yàn)證試驗(yàn)，證實(shí)缺乏SWI/SNF功能的線蟲(chóng)初步敏感性發(fā)生了改變，無(wú)法展示出在乙醇持續(xù)刺激下，機(jī)體對(duì)乙醇的依賴行為，因此SWI/SNF靶標(biāo)的調(diào)節(jié)變化可能影響對(duì)酒精的依賴[49]。

酗酒還與多種靶標(biāo)蛋白質(zhì)高度相關(guān)，但蛋白質(zhì)調(diào)控酒精行為的機(jī)制目前并不完全清楚。線蟲(chóng)是鑒定基因介導(dǎo)神經(jīng)活性藥物反應(yīng)最有代表的生物體。朱耿等人[50]基于秀麗隱桿線蟲(chóng)對(duì)酒精刺激的保守行為，將線蟲(chóng)作為模型以研究相關(guān)的分子靶標(biāo)和介導(dǎo)這些反應(yīng)的途徑。通過(guò)BK通道(大電導(dǎo)、鈣離子激活的鉀離子通道)的作用，研究了脂質(zhì)微環(huán)境、受體、突觸機(jī)制和神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)急性和慢性酒精干預(yù)的影響，對(duì)秀麗隱桿線蟲(chóng)涉及酗酒行為的機(jī)制進(jìn)行了相關(guān)研究，在神經(jīng)系統(tǒng)中，BK通道功能是神經(jīng)傳輸和神經(jīng)活動(dòng)的重要調(diào)節(jié)器。乙醇通過(guò)激活BK通道并進(jìn)而抑制神經(jīng)元的興奮性，有可能是因?yàn)橄拗粕窠?jīng)肽和生長(zhǎng)激素釋放，損傷了感受中樞，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)酒精的敏感性降低，在此基礎(chǔ)上，如長(zhǎng)期攝入酒精，則會(huì)促使機(jī)體對(duì)酒精產(chǎn)生依賴性發(fā)展為成癮。

盡管秀麗隱桿線蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但神經(jīng)質(zhì)遞具有高度保守性，除了暫未發(fā)現(xiàn)酒精對(duì)內(nèi)源性阿片系統(tǒng)的作用外，其他酒精成癮機(jī)制基本與哺乳動(dòng)物吻合。酒精可作用于線蟲(chóng)多巴胺（DA）神經(jīng)系統(tǒng)、谷氨酸神經(jīng)系統(tǒng)、5-羥色胺（5-HT）神經(jīng)系統(tǒng)及Ca2+、K+離子通道等，啟動(dòng)相關(guān)生物分子調(diào)控系統(tǒng)，使機(jī)體對(duì)酒精的耐受性及依賴性受到影響[51～53]。如圖 3，酒精作用于Ca2+、K+離子通道，機(jī)體受到外源的酒精刺激后，激活了BK通道，導(dǎo)致大量K+流出突觸前末梢，抑制神經(jīng)質(zhì)遞的釋放。但隨著Ca2+的流入，不僅促進(jìn)BK通道開(kāi)放而且調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。利用線蟲(chóng)研究酒精作用的分子靶點(diǎn)在很大程度上有助于我們了解對(duì)酒精不合適的攝入誘導(dǎo)的酒精成癮可能機(jī)制。而且我們更應(yīng)關(guān)注到那些能間接調(diào)控酒精作用靶點(diǎn)的相關(guān)激素或受體，使我們能夠?qū)凭饔脜^(qū)域有一個(gè)更完整的認(rèn)識(shí)，方便今后更多的研究者為研制抗酒精成癮的相關(guān)藥物提供基礎(chǔ)知識(shí)。

3.3 線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精引起的神經(jīng)退行性疾病研究

人口老齡化疾病中的神經(jīng)退行性疾病是各國(guó)面臨的巨大挑戰(zhàn)，作為老年人患病率較高的疾病因而備受關(guān)注。選擇合適的生物模型，研究致病機(jī)制及控制措施，將會(huì)給全球老年人帶來(lái)福音。當(dāng)長(zhǎng)期攝入大量酒精，而酒精代謝不完全時(shí)，乙醛會(huì)殘留體內(nèi)，對(duì)軸突傳遞產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致了酒精性周圍神經(jīng)疾病的發(fā)展，進(jìn)而引起酒精中毒并引發(fā)其他疾病危及生命。眾多病患都是由于長(zhǎng)期飲酒而導(dǎo)致身體發(fā)生病變，如酒精中毒引起的韋尼克腦病(Wernicke′s encephalopathy，WE)、小腦變性及橋腦中央髓鞘溶解、脊髓病和酒精中毒性肌病等。慢性酒精中毒可直接導(dǎo)致大腦形態(tài)異常、顯著的腦容量損失，引發(fā)神經(jīng)退行性疾病。LM Gomez[54]利用線蟲(chóng)來(lái)確定可遺傳的酒精毒性，探索長(zhǎng)期接觸酒精對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響。在帕金森氏病、阿爾茨海默癥等神經(jīng)性疾病的研究中，線蟲(chóng)作為模式生物表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Chen Yao和Rabih El Khoury等[55]在研究帕金森氏病時(shí)，找出并構(gòu)建了多巴胺神經(jīng)元表達(dá)人野生型LRRK2基因和兩個(gè)多巴胺相關(guān)的突變基因R1441C和G2019S，并用相關(guān)基因突變線蟲(chóng)品種，用以揭示帕金森的發(fā)病機(jī)制。阿爾茨海默癥（Alzheimers disease，AD）是發(fā)病率最高的神經(jīng)退行性病變，因此，如何減緩這種神經(jīng)退行性疾病的影響顯得十分關(guān)鍵?；谶m度飲酒對(duì)機(jī)體健康有益，可降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)和死亡率這一研究結(jié)果，來(lái)研究適度飲酒能否用于阿爾茨海默癥早期患者，相關(guān)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)適度飲酒與降低阿爾茨海默癥死亡率是有密切聯(lián)系的[56]。秀麗隱桿線蟲(chóng)具有高度保守的神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是AD相關(guān)基因，因此在線蟲(chóng)中建立Aβ模型和tau模型來(lái)研究AD的作用機(jī)制比用小鼠模型更高效精確[57,58]。

3.4 線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精代謝紊亂引發(fā)的糖尿病研究

糖尿病是一種典型的代謝紊亂疾病，在70年代有人發(fā)現(xiàn)酒精與糖尿病之間存在一定聯(lián)系，但直到最近幾年，隨著糖尿病的患病率日益增高，人們?yōu)榱颂骄刻悄虿〉牟∫?，逐漸關(guān)注酒精與糖尿病的關(guān)系。孫秀發(fā)[59]認(rèn)為酒精可以通過(guò)影響糖酵解過(guò)程、引起氧化應(yīng)激損傷、誘導(dǎo)細(xì)胞因子生成增多、啟動(dòng)凋亡途徑以及干擾胰島素受體及受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑而造成糖代謝、胰島功能障礙，從而與糖尿病的發(fā)生具有相關(guān)性。其中胰島素樣信號(hào)途徑異常是發(fā)生Ⅱ型糖尿病的重要原因。酒精會(huì)造成機(jī)體對(duì)胰島素產(chǎn)生抵抗，長(zhǎng)期過(guò)量酒精攝入會(huì)使胰島素信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)生障礙，降低葡萄糖運(yùn)載體運(yùn)輸葡萄糖的能力，葡萄糖作為關(guān)鍵代謝調(diào)節(jié)劑誘導(dǎo)β細(xì)胞分泌胰島素，胰島素分泌異?；虿荒苡行Оl(fā)揮作用，則會(huì)影響到胰島素樣信號(hào)途徑，造成高血糖，致使Ⅱ型糖尿病的發(fā)生[60,61]。另一方面，酒精抑制糖異生和糖原分解，在沒(méi)有食物的攝入可引起急性低血糖，在食用含有碳水化合物的食物后，作為能量來(lái)源，最初會(huì)導(dǎo)致血糖水平升高，從而出現(xiàn)Ⅱ型糖尿病患者的胰島素反應(yīng)[62]。從對(duì)線蟲(chóng)的葡萄糖代謝特性方面的研究有助于我們對(duì)高等生物糖尿病發(fā)病機(jī)制理解。因線蟲(chóng)全基因組已完成測(cè)序，又與人類基因具有高度保守性。線蟲(chóng)模型在糖尿病治療藥物的篩選中也是一個(gè)極具研究?jī)r(jià)值的高效模型。線蟲(chóng)daf-2基因突變株發(fā)育受限，只能停留在dauer幼蟲(chóng)期，但當(dāng)胰島素樣信號(hào)途徑被刺激后，可以二次生長(zhǎng)，發(fā)育成成蟲(chóng)。目前根據(jù)能使daf-2基因突變線蟲(chóng)轉(zhuǎn)變成成蟲(chóng)的化合物可能對(duì)人類胰島素信號(hào)傳遞存在調(diào)節(jié)作用這一特性，已建立了抗Ⅱ型糖尿病的藥物篩選模型[63]。

線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精引發(fā)的Ⅱ型糖尿病研究大部分處于細(xì)胞水平，建立在對(duì)胰島素樣信號(hào)途徑的變化影響上，而由于代謝性疾病涉及多種基因表達(dá)，因此，具體的基因影響機(jī)制目前還不完全清楚。

3.5 線蟲(chóng)應(yīng)用于酒精對(duì)生殖功能的影響研究

國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)酒精還對(duì)生殖有影響。李乃鵬等人[64]將L4期秀麗隱桿線蟲(chóng)暴露在不同濃度酒精（1%、2%、3%、4%和 5%）中，統(tǒng)計(jì)后代數(shù)目、子宮內(nèi)受精卵數(shù)目、卵母細(xì)胞數(shù)目，計(jì)算排卵速率并觀察子代線蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)行為。研究發(fā)現(xiàn)隨酒精濃度的增大，以上涉及的各項(xiàng)研究指標(biāo)均顯著降低，說(shuō)明酒精對(duì)線蟲(chóng)的生殖具有損傷作用。Davis JR[65]將線蟲(chóng)整個(gè)生命周期都暴露在不同酒精濃度下（0 mM、100 mM、200 mM、400 mM），因在600 mM濃度下，發(fā)現(xiàn)線蟲(chóng)致死率高，而暴露在400 mM乙醇溶液下，線蟲(chóng)體內(nèi)乙醇濃度為22±0.8 mM，相當(dāng)于人類血液中0.1%的乙醇含量，這也是明文規(guī)定的最高駕駛量，所以400 mM乙醇濃度是研究慢性乙醇暴露最高濃度。還有人發(fā)現(xiàn)在幼蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程中，慢性酒精暴露會(huì)暫時(shí)延緩身體生長(zhǎng)，發(fā)育緩慢，延緩性成熟，并降低生殖能力。當(dāng)線蟲(chóng)完成發(fā)育并達(dá)到生殖期時(shí)，將線蟲(chóng)暴露于高濃度酒精中，急性酒精作用將導(dǎo)致該線蟲(chóng)所產(chǎn)卵的孵化率大大降低[66]。這些研究表明，酒精的毒性不僅對(duì)母體有損傷而且能遺傳給受精卵，導(dǎo)致受精卵發(fā)育不完全，甚至致死。

4 小結(jié)

秀麗隱桿線蟲(chóng)由于其特殊的生理結(jié)構(gòu)，且有大約三分之二的基因被證實(shí)與人類疾病相關(guān)的基因?qū)儆谕椿?，使其成為了研究人類疾病的重要生物模型。人們利用線蟲(chóng)相對(duì)簡(jiǎn)單且研究透徹的身體結(jié)構(gòu)與神經(jīng)系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代基因技術(shù)，開(kāi)展了大量酒精生物學(xué)功能方面的研究，取得了大量突破性研究成果，對(duì)人們了解酒精性疾病的發(fā)生與機(jī)制，預(yù)防酒精引起的相關(guān)疾病起到了啟示性作用。例如，在對(duì)于酒精對(duì)線蟲(chóng)壽命影響的研究中，壽命的調(diào)控通路被清晰揭示，為人類研究長(zhǎng)壽機(jī)制提供了新的思路。在酒精成癮的研究中，人們?nèi)〉昧撕芏嗟幕A(chǔ)性研究成果，獲取了大量基因調(diào)控通路相關(guān)信息，也為探明此類行為的根源發(fā)揮了重要作用，但關(guān)于利用模式生物線蟲(chóng)研究酒精對(duì)某一具體神經(jīng)系統(tǒng)的影響機(jī)制相關(guān)文獻(xiàn)較少，且線蟲(chóng)是揭示其作用機(jī)制最佳生物模型，明晰成癮過(guò)程中重要影響因子，今后可利用線蟲(chóng)打開(kāi)治療酒精成癮這個(gè)領(lǐng)域。酒精介導(dǎo)神經(jīng)性疾病、糖尿病的發(fā)生及對(duì)生殖功能的影響，雖然還不夠明晰其基因調(diào)控方式，但在前期已做了相關(guān)基礎(chǔ)摸索。比如酒精對(duì)Ⅱ型糖尿病的研究，大部分的研究開(kāi)展都基于胰島素這一重要因素。但在胰島素樣受體這方面的研究還較少，我們可以從受體這條線索繼續(xù)挖掘，打開(kāi)另一條可能調(diào)控機(jī)制，利用野生型線蟲(chóng)或突變株線蟲(chóng)去探索目的基因的功能，了解這條途徑中所涉及的重要因子、受體及調(diào)控機(jī)理。而對(duì)于一些酒精引發(fā)的其它疾病，是否可構(gòu)建相關(guān)線蟲(chóng)模型來(lái)開(kāi)展研究也值得我們期待。例如在利用小鼠模型對(duì)酒精肝的研究中發(fā)現(xiàn)，肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶的基因（Cpt1a）和脂肪酸合成酶基因（Fasn）是信號(hào)通路中的關(guān)鍵基因，隨酒精肝病程的進(jìn)展分別持續(xù)減弱和增強(qiáng)[67,68]，而線蟲(chóng)體內(nèi)也有這兩種基因[69]，或許可以為我們深入研究酒精肝的發(fā)病機(jī)制提供幫助，還可建立線蟲(chóng)模型來(lái)高通量篩選預(yù)防和治療酒精肝的藥物。

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