基于秀麗隱桿線蟲的酒精生物效應(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（Caenorhabditis elegans，以下簡稱線蟲或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)建了完整的線蟲細(xì)胞譜系圖，使線蟲成為唯一一個(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合作完成了線蟲神經(jīng)元的完整結(jié)構(gòu)圖[3]，90年代末他們完成了線蟲的全基因測序，使線蟲成為基因組被完整測序的第一個(gè)動物[4]。Howard Robert Horvitz[5]揭示了線蟲細(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)控基因在高等動物和人體中也存在。將線蟲作為模式生物應(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)逐步而漫長的過程，直到20世紀(jì)80年代后才逐漸得到國際同行的認(rèn)可，而在國內(nèi)，將線蟲應(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價(jià)是最近10年才逐漸發(fā)展起來的。本文以酒精影響線蟲生理功能及機(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，探討了線蟲作為模式生物在酒精生物功能研究的獨(dú)特優(yōu)勢，也為線蟲作為模式生物進(jìn)行食品營養(yǎng)與健康、特殊功能食品的研究提供借鑒。

1 秀麗隱桿線蟲生物學(xué)特征及應(yīng)用概述

線蟲個(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生理特別是神經(jīng)系統(tǒng)的影響帶來了諸多其它生物所不具備的優(yōu)勢。線蟲基因組長約1億個(gè)堿基對，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。線蟲可用于研究MAPK信號傳導(dǎo)、細(xì)胞程序性死亡、TGF-β信號傳遞途徑、RNAi干擾、small RNA及衰老壽命。線蟲的神經(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，線蟲在神經(jīng)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)可以外推到脊椎動物，可通過激光束破壞某個(gè)神經(jīng)元或突觸，設(shè)計(jì)使用藥物或其他外部刺激來明確特定神經(jīng)元功能[8]。因線蟲生命過程處于不斷咽食與運(yùn)動中，培養(yǎng)時(shí)會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作為生物探測器應(yīng)用于檢測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，也無法明晰整個(gè)基因組的功能信息[14]。但秀麗隱桿線蟲基因組已經(jīng)測序并且與人類基因組有很大程度的同源性，同時(shí)線蟲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物模型的替代生物。

現(xiàn)在越來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，而秀麗隱桿線蟲有著如下幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢，在某些方面比其它生物模型更適用于實(shí)驗(yàn)室研究。

2 秀麗隱桿線蟲作為模式生物的優(yōu)勢

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，會對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。而秀麗隱桿線蟲有多種突變模式，線蟲突變株可直接從線蟲遺傳中心（Caenorhabditis Genetics Center，CGC）獲取[15](https://cbs.umn.edu/cgc/home)，無需進(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14-3-3蛋白par-5在神經(jīng)系統(tǒng)過量表達(dá)延長對壽命調(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)基因蟲種，進(jìn)行壽命試驗(yàn)，驗(yàn)證猜想。制備線蟲突變體既耗費(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)一步測序方能確定，繼續(xù)下一步試驗(yàn)。線蟲已有豐富的基因庫，若能直接從CGC購買突變株能使試驗(yàn)更便捷。例如，尋找延長壽命途徑,可直接以野生型N2或線蟲突變體(如daf-16（TJ356）等)為模式生物，探索自然或人工合成的藥物延長壽命的途徑[17～19]。也有研究者直接采用LD1171突變體線蟲（gcs-1基因標(biāo)記熒光蛋白突變體），通過檢測綠色熒光蛋白（GFP）的熒光強(qiáng)度來判斷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)線蟲抗氧化信號通道特征蛋白GCS1活性及表達(dá)情況[20]。線蟲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)去了解線蟲的生物功能。如對線蟲的高通量測序技術(shù)[23]從基因損傷角度評價(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)增檢測技術(shù)（Real-time Quantitative PCR Detecting System，QPCR）、熒光成像技術(shù)研究線蟲衰老機(jī)制，運(yùn)用動物轉(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]對線蟲進(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，且在操作過程中容易由于人為原因產(chǎn)生誤差，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。鑒于此，近年來國外的生物技術(shù)公司開發(fā)了可基于生理參數(shù)、光密度、熒光強(qiáng)度對線蟲進(jìn)行自動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，可分析較大對象，通過對線蟲個(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）表型特征對線蟲進(jìn)行高通量篩選，極大的提高了對線蟲分析的效率與精確度，以滿足進(jìn)行小分子化合物庫篩選過程中對線蟲進(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 秀麗隱桿線蟲應(yīng)用于酒精生物功能的研究進(jìn)展

3.1 線蟲應(yīng)用于酒精對壽命的影響及機(jī)理研究

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

長生不老是人們的宏愿，尋找長生秘方也為人們津津樂道。自上世紀(jì)90年代，國際權(quán)威期刊《自然》相繼報(bào)道了多個(gè)基于線蟲研究生物體壽命調(diào)控機(jī)理的研究成果之后，利用線蟲研究壽命調(diào)控機(jī)理的成果層出不窮，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)預(yù)測壽命的保守信號通路及其關(guān)鍵因子，如胰島素/胰島素樣生長因子（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)，線蟲還能通過自噬、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]。通過總結(jié)目前酒精在線蟲體內(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，并對絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）發(fā)出信號，引發(fā)抗氧化應(yīng)激，進(jìn)而延長壽命。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)長壽。同時(shí)，酒精可以作為能量信號分子激活TOR通道或經(jīng)進(jìn)食限制加強(qiáng)SIR-2.1蛋白去乙?；g接增強(qiáng)IIS下游信號，實(shí)現(xiàn)延長線蟲壽命。

大量研究證明，低濃度酒精（2%）能延長壽命[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)長壽機(jī)制。還有研究者利用饑餓的L1期線蟲通過攝食低水平的乙醇并將其轉(zhuǎn)化為脂肪酸作為生長的能量而達(dá)到延長壽命[40,41]，這是乙醇給予L1幼蟲增加壽命的能量以及脂肪利用的信號，激活了TOR通道并提高了SIR2同源蛋白SIR2.1的水平進(jìn)而延長了線蟲的壽命[32,40]。Di Chen[42]認(rèn)為胰島素樣信號通路控制線蟲衰老、代謝、發(fā)育，而且TOR通道也能調(diào)控線蟲壽命，兩個(gè)主要的壽命通路之間是否存在聯(lián)合效應(yīng)，因此對胰島素/IGF-1信號轉(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)信號傳導(dǎo)通路共同調(diào)控實(shí)現(xiàn)的[43]，線蟲攝入低劑量的酒精后刺激IIS信號通路開放，激活受體DAF-2，開啟磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，促使DAF-16進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，通過線粒體途徑調(diào)節(jié)基因表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)壽命延長。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活性而且通過抑制TOR信號通路，實(shí)現(xiàn)間接調(diào)控DAF-16活性，減少對細(xì)胞的損傷，最終實(shí)現(xiàn)壽命的延長。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，通過遺傳相互作用進(jìn)行抗衰老治療將成為可能。

3.2 線蟲應(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，長期飲用后會產(chǎn)生酒精依賴性甚至上癮。這是因?yàn)榫凭ㄟ^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)胞對酒精的適應(yīng)性耐受，表現(xiàn)為對酒精成癮[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，并且通過食物攝入的機(jī)制，使酒精攝取量上調(diào)，從而對酒精產(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)器中常見的基因靈敏度調(diào)節(jié)器）研究對成癮物質(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]，對于基因表觀修飾起到了重要作用，在乙醇導(dǎo)致成癮的過程中，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功能的線蟲初步敏感性發(fā)生了改變，無法展示出在乙醇持續(xù)刺激下，機(jī)體對乙醇的依賴行為，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]基于秀麗隱桿線蟲對酒精刺激的保守行為，將線蟲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)對急性和慢性酒精干預(yù)的影響，對秀麗隱桿線蟲涉及酗酒行為的機(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)活動的重要調(diào)節(jié)器。乙醇通過激活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)肽和生長激素釋放，損傷了感受中樞，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)對酒精的敏感性降低，在此基礎(chǔ)上，如長期攝入酒精，則會促使機(jī)體對酒精產(chǎn)生依賴性發(fā)展為成癮。

盡管秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)相對簡單，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)制基本與哺乳動物吻合。酒精可作用于線蟲多巴胺（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，啟動相關(guān)生物分子調(diào)控系統(tǒng)，使機(jī)體對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通道開放而且調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。利用線蟲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，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。

3.3 線蟲應(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，將會給全球老年人帶來福音。當(dāng)長期攝入大量酒精，而酒精代謝不完全時(shí)，乙醛會殘留體內(nèi)，對軸突傳遞產(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]利用線蟲來確定可遺傳的酒精毒性，探索長期接觸酒精對神經(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，線蟲作為模式生物表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。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，因此在線蟲中建立Aβ模型和tau模型來研究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)為酒精可以通過影響糖酵解過程、引起氧化應(yīng)激損傷、誘導(dǎo)細(xì)胞因子生成增多、啟動凋亡途徑以及干擾胰島素受體及受體后信號轉(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。其中胰島素樣信號途徑異常是發(fā)生Ⅱ型糖尿病的重要原因。酒精會造成機(jī)體對胰島素產(chǎn)生抵抗，長期過量酒精攝入會使胰島素信號傳導(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，胰島素分泌異常或不能有效發(fā)揮作用，則會影響到胰島素樣信號途徑，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，作為能量來源，最初會導(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]。從對線蟲的葡萄糖代謝特性方面的研究有助于我們對高等生物糖尿病發(fā)病機(jī)制理解。因線蟲全基因組已完成測序，又與人類基因具有高度保守性。線蟲模型在糖尿病治療藥物的篩選中也是一個(gè)極具研究價(jià)值的高效模型。線蟲daf-2基因突變株發(fā)育受限，只能停留在dauer幼蟲期，但當(dāng)胰島素樣信號途徑被刺激后，可以二次生長，發(fā)育成成蟲。目前根據(jù)能使daf-2基因突變線蟲轉(zhuǎn)變成成蟲的化合物可能對人類胰島素信號傳遞存在調(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，建立在對胰島素樣信號途徑的變化影響上，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 線蟲應(yīng)用于酒精對生殖功能的影響研究

國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)酒精還對生殖有影響。李乃鵬等人[64]將L4期秀麗隱桿線蟲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的運(yùn)動行為。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，說明酒精對線蟲的生殖具有損傷作用。Davis JR[65]將線蟲整個(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)線蟲致死率高，而暴露在400 mM乙醇溶液下，線蟲體內(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)在幼蟲發(fā)育過程中，慢性酒精暴露會暫時(shí)延緩身體生長，發(fā)育緩慢，延緩性成熟，并降低生殖能力。當(dāng)線蟲完成發(fā)育并達(dá)到生殖期時(shí)，將線蟲暴露于高濃度酒精中，急性酒精作用將導(dǎo)致該線蟲所產(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。人們利用線蟲相對簡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，在對于酒精對線蟲壽命影響的研究中，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研究酒精對某一具體神經(jīng)系統(tǒng)的影響機(jī)制相關(guān)文獻(xiàn)較少，且線蟲是揭示其作用機(jī)制最佳生物模型，明晰成癮過程中重要影響因子，今后可利用線蟲打開治療酒精成癮這個(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Ⅱ型糖尿病的研究，大部分的研究開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，打開另一條可能調(diào)控機(jī)制，利用野生型線蟲或突變株線蟲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。而對于一些酒精引發(fā)的其它疾病，是否可構(gòu)建相關(guān)線蟲模型來開展研究也值得我們期待。例如在利用小鼠模型對酒精肝的研究中發(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，還可建立線蟲模型來高通量篩選預(yù)防和治療酒精肝的藥物。

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