模式生物家蚕在药物研发中的应用（全译）

（1.日本东京大学药物科学研究院微生物研究室；2.日本基因药物研究所）

（广西壮族自治区蚕业科学研究院，南宁市530007）

1 家蚕作为模式动物的优点

通常情况下，候选药物的评估均需要进行药物的生物试验测试而涉及到试验动物的选用问题。生物试验用动物通常称为模式动物。一般说来，模式动物选择时需要考虑动物情感、使用成本以及是否易于饲养等生物伦理问题［1-2］。目前类似这些问题在亚洲和非洲就很少被关注。然而，相关研究机构正在全球范围内设立委员会对实验用动物使用进行引导和监督。规范模式动物的选用以对人类健康具有潜在好处，以能最大限度地减轻动物的痛苦以及对其的伤害为指导原则，在减少动物使用量、替代动物和改良动物的同时能及时行使人道的安乐死程序［3-5］。动物在药物治疗效果评估中出现的问题可根据动物模式的更换而避免使用哺乳类，最好把其替换成非哺乳类模式动物，如秀丽隐杆线虫、黑腹果蝇都被用作模式动物［6-7］。然而，由于这类型的动物体积太小难以处理，甚至都不能注射准确容量的测试样品（这是一项体内试验的技术要求）。因此，如果使用家蚕幼虫作为模式生物或许就可以解决以上这些问题。因为家蚕幼虫除了大小适中外，还具有许多优势，诸如取材容易、能够进行体腔的准确注射（相当于哺乳动物的静脉注射）、中肠内部注射（相当于哺乳动物口服）和研究时器官的易隔离性［10-13］。此外，当把显型与可控量进行比照时，典型的物理变化（如颜色变化、尺寸伸长或缩短、运动减慢等）很容易显现出来。我们不需要等到幼虫濒死才做出科学推论，尤其是关于时间和剂量依赖的实验。

2 模式生物家蚕对抗生素治疗效果的评估

蚕幼虫曾被用来评估人类病原菌的毒性的模式生物，例如已经用作证明金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和霍乱弧菌对蚕是致命的［11-13］。我们曾使用一个受感染的家蚕来评估金黄色球菌的毒力因子［14-15］，发现agr位点，一种溶血性基因调节器，对动物宿主中的金黄色葡萄球菌致病性有促进作用［15］。家蚕也被用于研究其他毒力因子，包括细菌毒素和溶血素［16］。综上所述，这意味着家蚕是一种能有效地研究寄主——病原体相互作用机制、基因变化和病原体毒力因子的模式生物。

Hamamoto等人利用家蚕作为模式动物，定量评估已知抗生素的治疗效果（诸如万古霉素、卡那霉素、氯霉素、氟氯头孢、替考拉宁、四环素、米诺环素、阿贝卡星和利奈唑胺等），他们还研究报道了药物模式中抗击人类病原菌（金黄色酿浓葡萄球菌和嗜麦芽寡养单胞菌）和真菌（白色念珠菌和热带念珠菌）的半有效剂量与用于小白鼠试验中的半有效剂量相一致［11］。从而证实受到感染后的家蚕对抗生素的反应，跟大型动物口服抗生素生物效果相似。研究还指出家蚕适合作为用于评估治疗药物毒性和新陈代谢的候选药物［17］。因此，家蚕提供了更加经济的手段来测试抗生素的有效性。Nosokomycin是链霉菌sp.K04-0144中默诺霉素A的衍生物，是2010年在受耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染的家蚕中被发现［18］。最近研究表明，从土壤细菌Lysobacter sp.RH2180-5上清液中提取的抗菌素Lysocin E(图1)是在受感染的家蚕体内发现的，并发现了能抗击甲基萘醌类——革兰氏阳性细菌细胞膜上“电子传递链”的组成成分［19］。此外，受感染的家蚕也是一种用来排除非治疗性分子的极好模式。

图1 受感染蚕模式中发现的天然抗抗生素（Lysocin E）结构［20］

3 模式生物家蚕在治疗糖尿病药物筛选中的应用

图2为5龄家蚕正常饲养和注射(1)生理盐水或(2)葡萄糖溶液在研发高血糖家蚕模型以便筛选抗糖尿病药物的实验中，松本等人［20-21]的报告显示家蚕在喂食高葡萄糖食物后血淋巴含糖量（相当于哺乳动物的血糖）会急剧上升，并发现家蚕会因高血糖而导致机能紊乱，包括体型缩小（图2）。与哺乳动物一样，家蚕已经被证明拥有维持体内血淋巴含糖量平衡的调节系统。使用高血糖蚕模型已成功评估出已知的治疗糖尿病药物的降血糖功效［20］。蚕幼虫喂食高葡萄糖食物后服用重组人胰岛素会降低血淋巴含糖量水平，恢复身体正常增长［20］。腺苷酸蛋白激酶（AMPK）信号通路在较大型动物中维持系统血糖水平中发挥重要作用，而在高血糖蚕模型中也发现了此通路的作用发挥［20］。

图2 家蚕高血糖表现出的形态异常［21］

表达人类胰岛素受体的转基因家蚕，可用于评估胰岛素激动剂的治疗效果［21］。这种转基因家蚕服用人胰岛素会降低血糖水平，并促进脂肪体中的AKT（一种蛋白激酶）磷酸化，这在脂肪体中是胰岛素信号通路的关键因素。因此，在评估治疗糖尿病的候选药物中，使用家蚕不仅是有效的，而且具有更简单、便宜、易控性等优点。此外，考虑到蚕与较大型动物相似的病理生理机制，以家蚕作为模式生物还可以用于研究人类因代谢失调而引发的其他症状，例如肥胖和高血压。

4 模式生物家蚕未来发展的前景与潜在的挑战

家蚕是一种可用于药物筛查、治疗效果评估的优良模式生物。综上所述，家蚕幼虫与其它模式动物相比更具优势。然而，某些药物的研究领域，如涉及到神经障碍或退化，尚未能接受将家蚕作为模式动物使用，原因是家蚕不能感染人类的遗传疾病。但是只要通过现已建立的基因工程技术（通过基因敲入和敲除编辑蚕基因的生物技术）［10］，就可以编辑蚕基因诱发相应疾病发生。因此，遗传性疾病可以通过这类家蚕进行研究。通过基因编辑这种方式，给科学家提供了解析药物研发中作用机制问题和分子靶点的家蚕模式。

［译文出处］Drug Discoveries&Therapeutics.2015;9(2):133-135.

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