關(guān)于白血参锱纭(leukaemia)
白血病是一類造血干細胞惡性克隆性疾病,通常來源于骨髓遮斥。2015 年峦失,有超過 230 萬患白血病的患者,全球超過 350000 人死于白血病术吗。白血病主要按兩個標準分類尉辑,按起源細胞分類:淋巴起源的白血病被稱為“淋巴細胞性或淋巴細胞系白血病”,而骨髓來源的白血病被稱為“骨髓性或髓系白血病”较屿;根據(jù)生長速度分為急性白血病和慢性白血病隧魄。白血病的發(fā)病原因多種多樣,一些與染色體異常直接相關(guān)(如慢性髓系白血病中的費城染色體)隘蝎,一些白血病涉及血細胞生長购啄、分化和存活相關(guān)的多個基因的突變和(或)易位。然而嘱么,大多數(shù)白血病的病因不明狮含,尚有一些患者無染色體異常且無已知的基因突變,因此曼振,需要在動物模型中進一步研究以揭示這些未知的造血系統(tǒng)惡性腫瘤的驅(qū)動因素几迄。
圖1 斑馬魚造血及其關(guān)鍵調(diào)控因子 斑馬魚造血發(fā)育主要有原始造血和定向造血兩個階段。斑馬魚在血液系統(tǒng)關(guān)鍵發(fā)育過程的高度保守使人們能夠識別出與人類造血功能障礙有關(guān)的基因冰评。此外映胁,由于白血病細胞的特殊性,使用熒光蛋白標記可視化轉(zhuǎn)基因斑馬魚體內(nèi)的白血病發(fā)生過程,將有助于進行白血病的研究集索。與小鼠的給藥方式相比屿愚,斑馬魚可以直接從水中攝入小分子化合物汇跨,方便快捷,易于對藥物進行高通量篩選妆距。通過轉(zhuǎn)基因斑馬魚篩選程序鑒定小分子將有助于開發(fā)用于治療疾睬钏臁(特別是癌癥)的新型藥物。因此娱据,轉(zhuǎn)基因斑馬魚在造血蚪黑、造血系統(tǒng)疾病和白血病的研究方面具有很好的前景。 圖2 斑馬魚對人類的遺傳保守性和易于通過顯微注射進行遺傳操作而成為良好的造血模型 與其他脊椎動物模型系統(tǒng)相比中剩,用斑馬魚胚胎進行異種移植可提供許多優(yōu)點:斑馬魚在受精后 4 周缺乏成熟的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)忌穿,允許移植且不需要免疫抑制,斑馬魚胚胎是光學透明的结啼,并且與注射的細胞一樣掠剑,可以用各種熒光染料特異性標記,達到體內(nèi)細胞-細胞相互作用的可視化郊愧;斑馬魚繁殖迅速且價格低廉朴译,可以進行高通量藥物篩查。 目前属铁,研究斑馬魚的最新技術(shù)包括轉(zhuǎn)基因技術(shù)眠寿、基因組編輯技術(shù)和移植技術(shù),通過這些技術(shù)現(xiàn)已構(gòu)建了許多白血病模型焦蘑。 第一個急性T淋巴細胞白血捕⒐啊(T-ALL)轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型是由Langenau等通過將小鼠c-Myc基因與增強型綠色熒光蛋白(EGFP)基因融合,以淋巴細胞特異性啟動子rag2驅(qū)動EGFP-mMyc融合基因的表達而構(gòu)建的例嘱。該模型首次在熒光顯微鏡下監(jiān)測EGFP標記的白血病細胞的發(fā)生過程狡逢。然而,由于該轉(zhuǎn)基因魚(30日齡)中白血病發(fā)病非常迅速蝶防,因此甚侣,很難長期觀察和研究白血病的發(fā)生、發(fā)展间学。為了克服這個問題,該組構(gòu)建了一個條件轉(zhuǎn)基因斑馬魚系印荔,在EGFP-mMyc致癌基因前面加一個loxed dsRED2基因低葫,通過Cre介導的 LoxP-dsRED2-loxP重組盒控制c-Myc的表達。通過將Cre信使RNA注入單細胞期胚胎仍律,可以誘導轉(zhuǎn)基因后代發(fā)生T-ALL嘿悬。 Myc致癌轉(zhuǎn)錄因子在大多數(shù)T-ALL病例中過表達,人第10號染色體缺失的磷酸酶與張力蛋白同源基因(PTEN)/磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB / Akt)通路中的基因突變在T-ALL中也是常見的水泉。Gutierrez等構(gòu)建了T-ALL的第二個條件轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型善涨,該模型不是基于Cre / lox系統(tǒng)而是由他莫昔芬誘導窒盐,在該條件轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型中,用 4-羥基他莫昔芬誘導后钢拧,Myc被激活蟹漓,從而使斑馬魚發(fā)生T-ALL,并且4-羥基他莫昔芬的撤除導致T-ALL細胞凋亡和腫瘤消退源内,同時還發(fā)現(xiàn)葡粒,斑馬魚PTEN基因的功能缺失突變或組成型活性Akt2轉(zhuǎn)基因的表達在 4-羥基他莫昔芬撤除后可促進疾病進展。 此外膜钓,Myc降低了PTEN在信使RNA水平的表達嗽交,表明 Myc下游的PTEN-PI3K-Akt通路激活是腫瘤進展的原因。通常在T-ALL中激活的另一途徑是Notch途徑颂斜。為了研究Notch信號轉(zhuǎn)導激活后誘導白血病的分子機制夫壁,Chen等構(gòu)建了由人Notch1誘導的T細胞白血病斑馬魚模型,在該模型中沃疮,rag2啟動子驅(qū)動Notch1的胞內(nèi)部分表達盒让,從而誘導疾病發(fā)生,44%的斑馬魚在誘導約5個月時發(fā)生T淋巴細胞增生性疾病忿磅,腫瘤細胞廣泛侵入斑馬魚的所有組織糯彬,將誘導斑馬魚中的腫瘤細胞移植到受輻射的受體斑馬魚中時,受體斑馬魚發(fā)生侵襲性和致命性白血病葱她。此外撩扒,當該轉(zhuǎn)基因系與另一種過表達斑馬魚Bcl-2基因系雜交時,白血病發(fā)病顯著加速吨些,表明Notch途徑和Bcl-2介導的抗凋亡途徑之間有協(xié)同作用搓谆。 通過這些轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型人們已經(jīng)對白血病的發(fā)病機制產(chǎn)生了重要的見解,并且這些模型已經(jīng)用于化學篩選和移植實驗豪墅,旨在進一步認識T-ALL的生物學過程泉手。 在斑馬魚ALL模型取得初步成功之后,科研工作者開始努力在斑馬魚中重現(xiàn)髓系惡性腫瘤偶器,包括骨髓增生性腫瘤(MPN)和急性髓性白血舱睹取(AML)。許多血液系統(tǒng)惡性腫瘤由染色體轉(zhuǎn)位后產(chǎn)生的致癌融合基因驅(qū)動屏轰。染色體轉(zhuǎn)位后產(chǎn)生的這些融合基因通臣绽桑可以在動物模型或細胞系中表達以驅(qū)動腫瘤發(fā)生。因此霎苗,大多數(shù)MPN和AML轉(zhuǎn)基因斑馬魚系是通過在斑馬魚體內(nèi)表達人類常見的致癌融合基因和突變基因所構(gòu)建的姆吭。 有學者用啟動子spi-1驅(qū)動EGFP和MYST3/NCOA2融合基因的表達構(gòu)建了AML 的第一個轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型,證明了MYST3/NCOA2融合基因的致癌效力唁盏。在斑馬魚胚胎單細胞期注射MYST3 / NCOA2-EGFP融合基因后14和26個月内狸,表達MYST3/NCOA2-EGFP 的轉(zhuǎn)基因斑馬魚中有1.1%發(fā)生了AML检眯,這種白血病的特征在于骨髓原始細胞對轉(zhuǎn)基因斑馬魚腎臟的廣泛侵襲。 NUP98-HOXA9 融合基因[t(7; 11)(p15; p15)] 與AML和慢性粒細胞白血病的預(yù)后不良有關(guān)昆淡。Forrester 等用spi-1啟動子驅(qū)動NUP98-HOXA9融合基因表達構(gòu)建了Cre/lox誘導型轉(zhuǎn)基因斑馬魚系(spi1:loxP-EGFP-loxP锰瘸;NUP98-HOXA9)。在胚胎期瘪撇,NUP98-HOXA9過表達導致NUP98-HOXA9轉(zhuǎn)基因斑馬魚造血功能改變获茬,包括髓樣細胞大量擴增、紅細胞減少和骨髓分化抑制倔既。在成年期恕曲,23%的NUP98-HOXA9轉(zhuǎn)基因斑馬魚在19~23個月時發(fā)展成MPN。 在髓系惡性腫瘤中渤涌,HRAS基因突變比KRAS基因突變更頻繁佩谣,而NRAS基因突變很罕見,但在AML中NRAS基因經(jīng)常上調(diào)且被認為是AML不良的預(yù)后標志物实蓬。Alghisi等在造血出現(xiàn)之前誘導HRAS突變基因在生血內(nèi)皮中表達構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因斑馬魚系(fli1:GAL4-FF;UAS-GFP-HRASG12V)茸俭,這個轉(zhuǎn)基因系斑馬魚尾部造血組織顯著擴增,未成熟的造血細胞數(shù)量增加以及腎髓中出現(xiàn)骨髓分化塊安皱,與人類MPN類似调鬓。Shen等創(chuàng)建了表達鼠n-Myc基因同時驅(qū)動EGFP表達的熱休克反應(yīng)性轉(zhuǎn)基因斑馬魚系MYCN:HSE:EGFP,在熱休克后酌伊,n-Myc過表達促進未成熟的髓樣細胞擴增腾窝,并增強骨髓細胞的再增殖活性。 核磷蛋白1(NPM1)的突變發(fā)生在約27%的AML病例中居砖,而FMS樣酪氨酸激酶3(FLT3)基因內(nèi)部串聯(lián)重復突變(FLT3-ITD)也是AML 的常見突變虹脯,與預(yù)后不良和復發(fā)風險增加相關(guān)。Lu等試圖通過構(gòu)建spi1啟動子驅(qū)動的spi1:FLT3-ITD-2A-EGFP和spi1:NPM1-Mut-PA 個轉(zhuǎn)基因斑馬魚系來研究AML中這兩種突變的相互作用奏候,F(xiàn)LT3-ITD突變體6個月時出現(xiàn)中度髓樣高纖維化循集,其中一部分魚在9個月時發(fā)展為白血病,NPMc+突變體具有正常的造血組成蔗草,然而咒彤,F(xiàn)LT3-ITD和NPMc+的雙突變體在6個月內(nèi)進展為白血病,證明它們在驅(qū)動AML中具有協(xié)同作用咒精。 c-cbl基因經(jīng)常在MPN和急性白血病中發(fā)生突變蔼紧,并通過抑制生長因子和細胞因子信號起到腫瘤抑制因子的作用。通過大規(guī)模的乙鹾萸幔基亞硝基脲誘變篩選,Peng 等最終確定了一個在造血器官中人HSCs顯著增加的系彬犯,該系發(fā)生了c-cbl基因突變向楼,被命名為LDD731:CBLH382T查吊。該突變在-15dpf時是純合致死的,并導致定向造血中骨髓/紅細胞譜系的擴增湖蜕。與在小鼠和人中觀察到的一致逻卖,在該系中FLT3對于骨髓/紅細胞譜系的擴增是必需的,表明FLT3信號轉(zhuǎn)導促進人HSCs增殖并且受c-cbl調(diào)節(jié)昭抒。 cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(CREB)是AML中另一種經(jīng)常上調(diào)的基因评也,然而,尚不清楚其單獨的過表達是否足以誘導白血病的發(fā)生灭返。Tregnago 等用spi1啟動子構(gòu)建了一個過表達CREB的斑馬魚模型盗迟,在該模型中,79%轉(zhuǎn)基因成魚的骨髓細胞生成中斷熙含,66%進展為單核細胞白血卜B啤(潛伏期9~14 個月),該模型顯示出與20個兒科AML有關(guān)的差異表達基因相同的轉(zhuǎn)錄特征怎静,包括CCAAT-增強子結(jié)合蛋白δ邮弹。 為了研究干擾素調(diào)節(jié)因子8(IRF8)在骨髓瘤形成發(fā)病機制中的作用,Zhao等通過功能性敲除IRF8創(chuàng)造了一個錯義突變IRF8Δ57 / Δ57蚓聘,IRF8是骨髓譜系分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子腌乡,與髓系白血病密切相關(guān),IRF8 突變體骨髓異常增生夜牡,移植后復發(fā)与纽,并侵入骨髓,迅速形成MPN氯材,骨髓異常增生是由增殖增加和細胞凋亡減少引起的蜂科。在IRF8突變體中遭铺,c-Mer原癌基因酪氨酸蛋白激酶的表達增加,從而導致胞外信號調(diào)節(jié)激酶途徑的過度活化,最終導致骨髓瘤形成蔗坯,并且敲低c-Mer原癌基因酪氨酸蛋白激酶可逆轉(zhuǎn)IRF8突變體的骨髓擴張。這些研究提示库正,c-Mer原癌基因酪氨酸蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導過程在IRF8介導的髓樣增殖和生存調(diào)節(jié)中是關(guān)鍵的绞吁。 此外,基于大多數(shù)白血病癌基因?qū)υ煅δ墚a(chǎn)生的影響可早期檢測以及斑馬魚模型的一些固有優(yōu)勢裂七,可以用白血病轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型的胚胎開發(fā)藥物篩選皆看。 圖3 斑馬魚急性髓系、急性淋巴細胞白血病模型 圖4 在斑馬魚白血病模型中篩選的化學抑制劑 腫瘤移植是了解癌癥病理生理學的重要技術(shù)背零。鑒于其超強的繁殖力和獨特的成像優(yōu)勢腰吟,斑馬魚成為理想的移植模型。Pruvot 等是建立斑馬魚異種移植模型以探索不同抗白血病藥物功效和毒性的早期研究者,他們通過將不同的毛雇,從AML患者體內(nèi)分選出來的白血病細胞系(包括K562嫉称、Jurkat和NB4細胞)注射到48 hpf斑馬魚胚胎的卵黃囊中進行了一系列實驗。值得注意的是灵疮,用熒光標記的腫瘤細胞在斑馬魚胚胎的循環(huán)系統(tǒng)中保留數(shù)天而不影響它們的發(fā)育织阅,移植K562細胞的受體魚進行甲磺酸伊馬替尼藥物處理后K562細胞數(shù)量減少。為了更好地量化藥物治療后白血病的緩解震捣,Corkery等開發(fā)了一種有效的方法來測量移植后斑馬魚胚胎中腫瘤細胞的數(shù)量變化荔棉,即在異種移植和藥物處理后,將胚胎酶促解離成單細胞懸浮液蒿赢,然后润樱,經(jīng)過核共染色后在顯微鏡下計數(shù)懸浮液中熒光細胞的數(shù)目,以確認白血病細胞的計數(shù)诉植。 在白血病中祥国,白血病干細胞的消融對于永久地根除白血病細胞群是必要的,然而晾腔,由于白血病細胞群中可用于動物建模的白血病干細胞數(shù)量非常少舌稀,以及白血病干細胞的病理生理功能無法在培養(yǎng)條件下得到證實,白血病干細胞抑制劑開發(fā)困難灼擂。Zhang 等開發(fā)了一種新的基于表型的白血病干細胞斑馬魚異種移植檢測方法壁查,從用熒光蛋白標記的K562細胞中純化醛脫氫酶陽性細胞,然后將其移植到受精后48 h的斑馬魚胚胎中,移植后24h剔应,用不同治療藥物處理受體斑馬魚睡腿,通過高含量細胞分析成像判斷癌細胞增殖和細胞遷移,在測試的藥物中峻贮,除Imatinib和Dasatinib外席怪,所有藥物均選擇性抑制白血病干細胞異種移植斑馬魚中的醛脫氫酶陽性細胞增殖和腫瘤細胞遷移。 總之纤控,以上這些研究提供了令人信服的證據(jù)挂捻,即在斑馬魚胚胎中進行血液腫瘤細胞移植可能是藥物研發(fā)的有用工具,也是定義患者特異性療法的預(yù)測平臺船万。 斑馬魚白血病模型評價指標斑馬魚白血病模型
淋系白血病的斑馬魚模型
髓性白血病的轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型
人源白血病的斑馬魚異種移植模型
原位雜交或qRT-PCR(造血干細胞和祖細胞相關(guān)基因:cmyb刻撒、runx1;T細胞標志基因:rag1;泛白細胞標志基因:l-plastin耿导;原始紅細胞標志基因:gata1声怔、hbae1.1;髓系祖細胞標志基因:pu.1)舱呻;
細胞生成障礙特征(外周血及腎髓細胞染色:Wright’s染色醋火;腎髓細胞染色:髓過氧化物酶染色);
單細胞測序;
觀察細胞增殖胎撇、遷移變化介粘,以測試藥物作用。
斑馬魚和人類造血發(fā)育高度保守晚树,利于造血系統(tǒng)惡性腫瘤斑馬魚模型的發(fā)展,有助于闡明惡性腫瘤的分子發(fā)病機制, 此外雅采,基于斑馬魚的高通量藥物篩選技術(shù)爵憎,有望加快新療法的臨床前研究。 木芮生物具有完善的斑馬魚實驗平臺婚瓜,并建立起了上百種的臨床疾病模型宝鼓,利用遺傳、行為巴刻、細胞愚铡、生化分子等實驗技術(shù),深入探索疾病發(fā)生的機制胡陪,進而為臨床治療疾病提供可行的治療方案或藥物篩選機制沥寥。我們依托成熟的科研技術(shù),可以為廣大客戶提供基礎(chǔ)科研柠座、毒理測試邑雅、藥物篩選等服務(wù),助力生物醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)展妈经。