腦音經常談論斑馬魚在帕金森病研究中的用途

Mondo 健康 更新 2024-01-31

魚藤酮誘導斑馬魚PD模型

魚藤酮是一種存在於植物種子和根莖中的天然化合物,通過干擾線粒體的電子傳遞鏈達到殺蟲效果,是許多殺蟲劑的主要活性成分。 魚藤酮可通過胃腸道和肺部吸收。 魚藤酮對魚類的毒性比哺乳動物大。 魚藤酮由於其高疏水性,可以很容易地穿過血腦屏障和生物膜,導致多巴胺能神經元的線粒體功能障礙。 魚藤酮幾乎不溶於水,而低濃度的魚藤酮會導致大多數魚迅速死亡。 在一些研究中,對4月齡野生型斑馬魚進行2 g·L1魚藤酮每天持續4周,成功製作斑馬魚PD模型,斑馬魚腦中酪氨酸羥化酶表達水平降低,與PD患者腦內多巴胺能神經元丟失一致。魚藤酮模型還可以模擬長期暴露於有毒環境化合物(如殺蟲劑、重金屬和相關職業環境)引起的帕金森病。

6-羥基多巴胺(6-OHDA)誘導斑馬魚PD模型

6-OHDA是一種去甲腎上腺素同源物,可通過破壞紋狀體-紋狀體通路來改變紋狀體多巴胺受體的敏感性和特異性,對破壞多巴胺的合成和轉運起一定作用,導致一系列類似於人類PD症狀和病理的特徵性變化。 6-OHDA不穿透血腦屏障,高度氧化。 在相關實驗中,5 g·將L 1 6-OHDA注射到斑馬魚玻璃體腔內可顯著降低斑馬魚視網膜中TH蛋白的含量,有效殺傷視網膜中的多巴胺能細胞,模擬PD在行為上的運動缺陷。在另一項研究中,斑馬魚被飼養在250 mol·l 1 6-ohda中14 d,斑馬魚表現出明顯的焦慮和運動能力下降。

MPTP誘導的斑馬魚PD模型

神經毒素MPTP具有高度親脂性,可通過血腦屏障在腦內代謝產生有毒物質1-甲基-4-苯吡啶離子(MPP+),這是用於建立斑馬魚PD模型的主要物質。 MPP+被多巴胺轉運蛋白轉運到多巴胺能神經元後,沉積在第一部分,影響線粒體能量代謝和自由基代謝,消耗氧氣合成ATP,還產生對身體有害的活性氧和自由基,引起多巴胺能神經元變性和壞死。 研究發現,MPTP建模可以啟用TLR4 NF-B訊號通路,降低BCL-2在大腦中的表達,增強小鼠TLR4、MyD88、NF-B、TNF-、IL-1、IL-6、BAX和CASPASE-3的表達。 在一些實驗中,選取50 mol·l 1 mpTP對1 dpf的斑馬魚進行銳化建模,將斑馬魚置於螢光顯微鏡下觀察多巴胺神經元和腦血管的發育情況,發現多巴胺神經元明顯丟失,腦血管嚴重受損,數量明顯減少斑馬魚對 5 dpf 的行為測試顯示運動能力下降,總運動距離顯著減少,平均速度減慢。 此外,在3 dpf的斑馬魚養殖水中加入100 mol·ml 1 mptp進行建模,在6 dpf時可以檢測到斑馬魚的行為軌跡,表明斑馬魚的移動距離縮短,活動增加,表現出PD樣症狀。 與齧齒動物相比,幼年斑馬魚的血腦屏障對MPTP等神經毒素的滲透性更強。 使用 MPTP 作為斑馬魚的 PD 模型易於操作且價格合理。

轉基因斑馬魚PD模型

目前PD相關基因主要包括-syn、parkin、uch-l1、pink1、DJ-1、lrrk2等,常見的轉基因動物模型主要靶向上述基因。

敲除:敲除parkin基因的斑馬魚PD模型

Parkin是帕金森病中最常見的隱性突變,主要影響線粒體功能障礙、神經炎症、氧化應激等。 Parkin作為泛素蛋白的配體,通常指導大腦中-syn的降解,因此該基因的突變導致-syn的積累和聚集,進而影響疾病的程序。 使用 CRISPR Cas9 系統敲除具有大片段和嗎啉代反義寡核苷酸的斑馬魚 Parkin 基因會導致線粒體功能受損、多巴胺能神經元的選擇性丟失以及斑馬魚對 MPTP 的敏感性增加。

斑馬魚敲除pink1基因的PD模型

PINK1 是一種蛋白激酶,主要位於線粒體內膜,能夠通過影響線粒體呼吸和自噬過程來調節線粒體功能,該基因的突變會導致常染色體隱性早發性 PD。 在一些研究中,採用MO敲低斑馬魚pink1基因的方法,獲得了具有嚴重發育缺陷的斑馬魚PD模型,該模型表現出脊柱和尾部畸形,心包水腫,以及TH陽性神經元數量減少、活性氧積累和線粒體功能異常等病理變化,但上述變化在注射後約5天消失。 此外,還研究了TOL2轉座子介導的斑馬魚PINK1轉基因PD模型,觀察到明顯的氧化應激反應和相關的PD樣病理變化。

斑馬魚敲除DJ-1基因的PD模型

DJ-1基因缺陷導致常染色體隱性遺傳PD的發展。 ZDJ-1 是 DJ-1 的斑馬魚同源物,已被轉殖和鑑定以建立一種新的脊椎動物模型,其中已經檢查了該基因在 PD 進展中的影響。 利用CRISPR Cas9系統敲除斑馬魚中的DJ-1基因得到相關模型,TH水平下降、骨骼肌呼吸衰竭和體重隨年齡增長而降低,尤其是雄性。

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