疾病模型，作為各種疾病的替代物，在研究疾病發(fā)生發(fā)展的過程及機(jī)制、藥物篩選及開發(fā)、藥物藥效及作用機(jī)制等過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而建立和人類疾病狀態(tài)相當(dāng)?shù)募膊∧ば筒⒉蝗菀?，各種模式動(dòng)物在基因水平、生活習(xí)慣、體內(nèi)微生物組成等方面都與人類有著相當(dāng)大的差別，而疾病模型與真實(shí)疾病接近程度決定了我們的疾病生物學(xué)研究和藥物檢測(cè)的準(zhǔn)確性。因此，建立與真實(shí)疾病相似甚至相同的疾病膜型一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。下面，小編將為大家盤點(diǎn)2016年科學(xué)家們建立的新型疾病膜型。
【1】PNAS：科學(xué)家開發(fā)出腸炎模型微芯片
原文：Contributions of microbiome and mechanical deformation to intestinal bacterial overgrowth and inflammation in a human gut-on-a-chip
炎癥性腸病（Inflammatory bowel disease），包括克羅恩氏病與潰瘍性腸炎，都伴隨著慢性的腸道炎癥、粘膜層損傷等癥狀。這類疾病被認(rèn)為與腸道微生物種群以及腸道周圍的淋巴細(xì)胞有密切的聯(lián)系。然而，目前的技術(shù)很難在動(dòng)物體內(nèi)對(duì)這些因素進(jìn)行獨(dú)立分析；另外，這些微生物很難通過常規(guī)的培養(yǎng)系統(tǒng)在體外進(jìn)行培養(yǎng)。為了解決這一問題，來自哈佛大學(xué)生物工程系的Donald E. Ingber課題組發(fā)明了一套可以進(jìn)行腸道表皮細(xì)胞體外培養(yǎng)的設(shè)備。在該設(shè)備中，腸道表皮細(xì)胞能夠在類似于腸道生理環(huán)境中得到培養(yǎng)，并且能偶展現(xiàn)出類似于腸道蠕動(dòng)的特性。另外，這一系統(tǒng)能夠承受較長(zhǎng)時(shí)間的細(xì)菌共培養(yǎng)，從而便于模擬細(xì)菌在體內(nèi)的作用特性。之后，作者利用該設(shè)備進(jìn)行了腸道炎癥反應(yīng)以及微生物功能的一系列研究與模擬，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在最近一期的《PNAS》雜志上。
首先，作者利用該腸道模型與大腸桿菌進(jìn)行共同培養(yǎng)。結(jié)果顯示，在初期加入時(shí)，大腸桿菌定植在接種部位，之后24小時(shí)內(nèi)，細(xì)菌快速蔓延整個(gè)腸道上皮層。然而，在接下來的4天內(nèi)，大腸桿菌未能影響腸道防護(hù)層的正常生理功能。之后，為了模擬腸炎的發(fā)病特征，作者向該模型中加入PBMC（含有各類淋巴細(xì)胞）進(jìn)行共同孵育，結(jié)果顯示：?jiǎn)为?dú)加入PBMC并不能引起腸道上皮的損傷，但同時(shí)加入細(xì)菌與PBMC時(shí)會(huì)引起腸道粘膜層的明顯損傷，這一特征與腸炎的發(fā)病癥狀十分相似。
之后，作者檢測(cè)了在腸道受損的情況下細(xì)胞分泌各類細(xì)胞因子的情況。結(jié)果顯示：在加入細(xì)菌與PBMC時(shí)，細(xì)胞分泌的IL-8，IL-1beta，IL-6以及TNF-a會(huì)有明顯的上升。之后，作者單獨(dú)將純化的上述細(xì)胞因子加入沒有接受刺激的腸道細(xì)胞模型中。結(jié)果顯示：在四類細(xì)胞因子同時(shí)加入時(shí)，腸道模型表現(xiàn)出與上述刺激相同的受損特征。這一結(jié)果說明這些細(xì)胞因子對(duì)于微生物引發(fā)的腸道炎癥反應(yīng)具有關(guān)鍵的作用。最后，作者在大腸桿菌刺激的基礎(chǔ)上加入了幾種不同類型的益生菌進(jìn)行復(fù)合刺激。結(jié)果顯示，這些益生菌能夠有效抑制大腸桿菌以及PBMC引發(fā)的腸道炎癥反應(yīng)。這一結(jié)果說明了腸道微生物種群對(duì)免疫反應(yīng)的復(fù)雜的調(diào)節(jié)功能。
綜上，作者利用新開發(fā)的腸道細(xì)胞體外重構(gòu)模型成功再現(xiàn)了體內(nèi)的腸炎發(fā)病過程，這對(duì)于將來的基礎(chǔ)研究以及轉(zhuǎn)化研究都具有重要的意義。
【2】PNAS：CRISPR-Cas9系統(tǒng)構(gòu)建心臟衰竭小鼠模型
原文：A mouse model for adult cardiac-specific gene deletion with CRISPR/Cas9
最近，來自西南醫(yī)學(xué)中心再生醫(yī)學(xué)研究中心的Eric N. Olson研究組構(gòu)建了在心肌細(xì)胞中特異性表達(dá)Cas9的小鼠，之后利用腺病毒介導(dǎo)的針對(duì)Myh6基因的sgRNA的感染，成功得到了心肌細(xì)胞特異性Myh6基因敲除的小鼠。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近一期的《PNAs》雜志上。
首先，作者介紹了他們構(gòu)建Myh6基因條件性敲除小鼠的過程，方法已經(jīng)在上述內(nèi)容中介紹過了。之后他們通過生化與成像的方法證明該小鼠在心肌細(xì)胞內(nèi)Myh6基因得到了敲除。進(jìn)一步，作者發(fā)現(xiàn)這一突變體小鼠患有心臟衰竭與異常肥大癥。相比野生小鼠，突變體小鼠心肌縮短率有明顯的降低。之后，作者從小鼠體內(nèi)分離出Cas9陽性的心肌細(xì)胞，進(jìn)行體外sgRNA刺激。結(jié)果顯示，Myh6特異性的sgRNA誘導(dǎo)能夠造成心肌細(xì)胞的增大與延長(zhǎng)。
綜上，作者利用心肌細(xì)胞特異性CRISPR-cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建了小鼠心臟疾病模型，該技術(shù)對(duì)于后續(xù)的組織特異性基因修飾具有重要的指導(dǎo)意義。
【3】Cancer Cell:科學(xué)家成功構(gòu)建忠實(shí)度更高的乳腺癌PDX模型
原文：A Preclinical Model for ERα-Positive Breast Cancer Points to the Epithelial Microenvironment as Determinant of Luminal Phenotype and Hormone Response
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近日，來自瑞士EPFL的科學(xué)家開發(fā)出一種新的乳腺癌動(dòng)物模型，這種模型能夠更加忠實(shí)地還原疾病特征。經(jīng)過檢測(cè)研究人員認(rèn)為這是至今為止最具臨床可行性的乳腺癌模型。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cancer Cell上。
研究人員表示幾乎90%的癌癥新藥最終都失敗了，部分原因在于用于藥物檢測(cè)的動(dòng)物模型經(jīng)常不能還原癌癥的復(fù)雜生物學(xué)特征。利用這種不準(zhǔn)確的動(dòng)物模型得到的研究數(shù)據(jù)經(jīng)常無法與人類匹配。EPFL的科學(xué)家們開發(fā)出了一種能夠更好地表現(xiàn)人類雌激素受體陽性乳腺腫瘤生物學(xué)特征的異種移植模型，研究表明這種小鼠模型的輸乳管是雌激素受體陽性乳腺腫瘤進(jìn)行正常生長(zhǎng)的關(guān)鍵，相比于傳統(tǒng)方法，這種小鼠模型的輸乳管能夠?yàn)樽⑸涞陌┘?xì)胞提供一個(gè)更加適宜的生長(zhǎng)和增殖環(huán)境。將雌激素受體陽性的乳腺癌細(xì)胞注射到小鼠模型的輸乳管可以顯著地提高腫瘤細(xì)胞的存活率。為了對(duì)這種異種移植模型進(jìn)行檢測(cè)，研究人員將乳腺癌細(xì)胞系和從雌激素受體陽性乳腺癌病人獲得的腫瘤組織直接注射到小鼠模型的輸乳管，結(jié)果非常令人振奮：幾乎所有的異種移植模型都能夠忠實(shí)地還原病人腫瘤的組織生理學(xué)甚至是分子生物學(xué)特征。
【4】Nature：科學(xué)家利用CRISPR-Cas9技術(shù)成功構(gòu)建出細(xì)胞疾病模型
原文：Efficient introduction of specific homozygous and heterozygous mutations using CRISPR/Cas9
為了闡明特殊基因錯(cuò)誤如何引發(fā)疾病，科學(xué)家們需要在細(xì)胞中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來研究具體突變對(duì)細(xì)胞的影響，如今來自洛克菲勒大學(xué)（Rockefeller University）和紐約干細(xì)胞研究所等機(jī)構(gòu)的研究人員通過研究，利用基于CRISPR的基因編輯技術(shù)成功在細(xì)胞中重現(xiàn)了疾病發(fā)生的過程，相關(guān)研究刊登于國(guó)際著名雜志Nature上。文章中研究人員Dominik Paquet及其同事首次嘗試?yán)?/SPAN>CRISPR-Cas9技術(shù)在細(xì)胞中插入兩種遺傳突變，而這兩種遺傳突變和引發(fā)阿爾茲海默氏癥疾病的β淀粉樣蛋白的產(chǎn)生直接相關(guān)，隨后研究者發(fā)現(xiàn)，這種方法的成功率較低，僅有一小部分細(xì)胞會(huì)攜帶上理想的基因突變。主要的問題就是CRISPR-Cas9可以持續(xù)切割細(xì)胞的DNA，而細(xì)胞的自身修復(fù)細(xì)胞會(huì)不斷修復(fù)每一個(gè)切割處直到細(xì)胞產(chǎn)生一種可以抑制切割的錯(cuò)誤，而這種錯(cuò)誤一旦產(chǎn)生就會(huì)在細(xì)胞中不斷產(chǎn)生很多新型未知的問題。
隨后科學(xué)家們?cè)u(píng)估了另外一種方法，即引入大塊的突變來抑制后期的切割現(xiàn)象，通過在CRISPR-Cas9靶向檢測(cè)的DNA不同部位中引入大塊突變后，研究者發(fā)現(xiàn)這可以明顯減少意外錯(cuò)誤產(chǎn)生的數(shù)量。當(dāng)研究人員利用CRISPR-Cas9引入阿爾茲海默氏癥的任意一種遺傳突變后，他們仔細(xì)觀察遺傳序列后發(fā)現(xiàn)了一種特殊的模式，也就是說在CRISPR-Cas9切割位點(diǎn)和研究者引入受體細(xì)胞的突變之間存在一段序列上的距離。隨后研究者Kwart說道，序列距離較短會(huì)產(chǎn)生出更易于包含兩種突變的細(xì)胞，而隨著距離增加，編輯的成功率就會(huì)降低，而一種突變的比率和其原始基因版本的峰值之間的距離就會(huì)開始拉大；更為重要的是研究者發(fā)現(xiàn)了特殊的距離關(guān)系，這樣他們就有可能制造出大量的雜合細(xì)胞；而利用上述技術(shù)研究人員就可以對(duì)干細(xì)胞的基因組進(jìn)行編輯使細(xì)胞包含兩種阿爾茲海默氏癥基因中的任意一種，隨后誘導(dǎo)這些干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成為神經(jīng)元細(xì)胞并且產(chǎn)生大量β淀粉樣蛋白，從而模擬阿爾茲海默氏癥的疾病表現(xiàn)。
【5】中美冠科成功創(chuàng)建EGFR非小細(xì)胞肺癌PDX模型
近日 ，新藥研發(fā)技術(shù)平臺(tái)公司中美冠科的下屬子公司 Crown Bioscience， Inc.， 宣布成功創(chuàng)建了一套攜帶 EGFR 非典型突變的 NSLCL （非小細(xì)胞肺癌 ）人源腫瘤異體移植模型（PDX）。表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）是肺癌靶向治療藥物的最重要的靶點(diǎn)之一。中美冠科生物一直致力于建立包涵各種基因特征的 PDX 模型，目前已經(jīng)擁有攜有L858R突變，T790M突變，及第19外顯子缺失等經(jīng)典 EGFR 突變的非小細(xì)胞肺癌 PDX 模型、具有20號(hào)外顯子插入突變和G719等非經(jīng)典突變的 PDX 模型，以及同時(shí)具有 MET 擴(kuò)增的 EGFR 抑制劑耐藥性 PDX 模型，這一系列模型可以為新的 EGFR 抑制劑研發(fā)和使用提供關(guān)鍵工具。
中美冠科生物的合作伙伴利用攜有20號(hào)外顯子插入突變的 HuPrime PDX 模型（如LU0387），成功篩選出了新一代 EGFR 抑制劑EGF816 和AP32788，兩者均可以顯著抑制帶有包括20號(hào)外顯子插入突變的 HuPrime PDX 模型生長(zhǎng)。其中EGF816正在進(jìn)行II期臨床實(shí)驗(yàn)，AP32788將于2016年第二季度開展I-II期臨床實(shí)驗(yàn)，這些新的 EGFR 抑制劑令 EGFR 非典型突變肺癌患者的治療迎來曙光。
【6】科學(xué)家利用人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞成功建立非酒精脂肪肝模型
原文：Modelling NAFLD with human pluripotent stem cell derived immature hepatocyte like cells reveals activation of PLIN2 and confirms regulatory functions of PPARα
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近日，來自德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)干細(xì)胞研究和再生醫(yī)學(xué)研究所的研究人員利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞建立了一種體外模型系統(tǒng)，用于研究非酒精性脂肪肝。該研究由James Adjaye教授領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Stem Cell and Development上。
非酒精性脂肪肝也叫做肝臟脂肪變性，是一種被嚴(yán)重低估的肝臟疾病，目前該疾病在全世界的發(fā)生率逐年增加。到目前為止，非酒精性脂肪肝研究的一大障礙就是缺少病人和健康人的活檢樣本。杜塞爾夫大學(xué)的研究人員通過對(duì)皮膚細(xì)胞進(jìn)行重編程獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，隨后再誘導(dǎo)其分化為肝細(xì)胞樣細(xì)胞巧妙地部分解決了上述問題。
本研究第一作者Dr. Nina Graffmann這樣解釋道：“雖然我們獲得的肝細(xì)胞樣細(xì)胞并沒有完全分化成熟，但它們已經(jīng)是研究非酒精性脂肪肝疾病的一個(gè)特別好的模型系統(tǒng)。”研究人員利用這一體外模型系統(tǒng)進(jìn)行了部分研究，他們發(fā)現(xiàn)脂滴表面的PLIN2蛋白表達(dá)會(huì)出現(xiàn)上調(diào)，缺失PLIN2的小鼠即使進(jìn)行高脂飲食喂養(yǎng)也不會(huì)發(fā)生肥胖。除此之外，參與糖脂代謝調(diào)控的重要轉(zhuǎn)錄因子PPARα的作用也在體外模型中得到重復(fù)。“在我們的系統(tǒng)中，我們可以高效地在肝細(xì)胞樣細(xì)胞中誘導(dǎo)脂質(zhì)儲(chǔ)存，并可以在培養(yǎng)過程中加入不同因素調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白或microRNA的表達(dá)。因此我們的體外模型為進(jìn)行肝細(xì)胞降脂藥物的分析提供了機(jī)會(huì)。”該研究團(tuán)隊(duì)目前正在利用非酒精性脂肪肝病人的體細(xì)胞誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，建立體外研究模型，希望能夠發(fā)現(xiàn)促進(jìn)該病發(fā)生的新機(jī)制。
【7】Nat Biotechnol：工程化人類結(jié)腸組織模型或助力癌癥研究
原文：A recellularized human colon model identifies cancer driver genes
很多年前，科學(xué)家們開發(fā)了一種正向遺傳學(xué)（forward genetics）的方法，即將信息插入到果蠅基因組中來鑒別哪種遺傳改變會(huì)誘發(fā)疾病發(fā)生，然而截止到目前為止，在人類器官中進(jìn)行相同類型的研究似乎是不可能的，但近日來自康奈爾大學(xué)及威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院的研究人員在Nature Biotechnology雜志上發(fā)表了題為“A recellularized human colon model identifies cancer driver genes”的研究論文，文章中，研究者利用了組織工程學(xué)的方法對(duì)人類組織進(jìn)行了正向遺傳學(xué)的篩查。
研究者Shuler表示，我們真正想要做的就是提供一種微觀環(huán)境來使得系統(tǒng)中的基因得以合適表達(dá)，隨后利用20世紀(jì)90年代開發(fā)的將特殊DNA序列插入到基因組中的特殊技術(shù)（“睡美人”轉(zhuǎn)座子（sleeping beauty transposon）），我們就能夠追蹤結(jié)腸模型內(nèi)部所發(fā)生的遺傳改變情況，而這同典型的早期結(jié)直腸癌（CRC）的發(fā)病狀況是基本相一致的。進(jìn)一步進(jìn)行檢測(cè)，研究者發(fā)現(xiàn)，新型的結(jié)腸組織模型能夠復(fù)制結(jié)直腸癌進(jìn)展的關(guān)鍵特性，研究者共鑒別出了38個(gè)驅(qū)動(dòng)疾病的基因，其中包括6個(gè)此前認(rèn)為和CRC進(jìn)展并無關(guān)聯(lián)的基因。這種新型的結(jié)腸模型可以為研究者們提供集體內(nèi)部CRC進(jìn)展的精確模板，其可以給予我們一種基于人類機(jī)體的系統(tǒng)來對(duì)惡性結(jié)腸癌發(fā)病的關(guān)鍵階段進(jìn)行特征的描述。未來研究者們或?qū)⑼ㄟ^更為深入的研究來改善當(dāng)前的結(jié)直腸癌組織模型，并且研究該模型和人類免疫系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，同時(shí)研究者還將利用這種新型模型調(diào)查疾病發(fā)生的晚期階段，以及細(xì)胞從更結(jié)腸組織遷移到其它組織中（肝臟）引發(fā)的一些疾病。
【8】Cell：新型小鼠模型技術(shù)或加速HIV疫苗的開發(fā)
原文：Induction of HIV Neutralizing Antibody Lineages in Mice with Diverse Precursor Repertoires
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近日，來自波士頓兒童醫(yī)院等機(jī)構(gòu)的研究者通過研究開發(fā)了一種新技術(shù)，該技術(shù)能夠快速產(chǎn)生小鼠模型來供科學(xué)家們進(jìn)行HIV疫苗的檢測(cè)和開發(fā)，諸如這樣研究模型或?qū)⒓铀傺芯空唛_發(fā)AIDS疫苗的進(jìn)程，而且研究者們希望能夠開發(fā)出可以產(chǎn)生廣泛的中和性抗體來抵御任何突變的HIV毒株，相關(guān)研究刊登于國(guó)際雜志Cell上。
此前研究中，研究者闡明了抵御HIV的廣譜中和性抗體的結(jié)構(gòu)，同時(shí)他們認(rèn)為V-D-J組合能夠產(chǎn)生抗體前體，隨后研究者將相應(yīng)的DNA插入到了小鼠的胚胎干細(xì)胞中。利用研究者Alt實(shí)驗(yàn)室此前工作開發(fā)的方法，隨后他們利用修飾后的胚胎干細(xì)胞，通過將人類廣譜中和性抗體V的前體同多種D或J片段進(jìn)行組合，來快速制造出小鼠，而這些小鼠機(jī)體的B細(xì)胞中能夠組裝高度多樣化的HIV抗體前體。文章中研究者使Alt實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的小鼠連續(xù)暴露于一系列特殊設(shè)計(jì)的HIV抗原，當(dāng)小鼠開始制造未成熟的“祖輩”抗體時(shí)，連續(xù)的接種免疫就能夠促進(jìn)小鼠機(jī)體的B細(xì)胞產(chǎn)生足夠量的多樣化有效的人源化抗體，而這些抗體最終則能夠中和某些HIV病毒毒株。
研究者Alt說道，我們并不是通過小鼠交配產(chǎn)生的后代來制造研究模型，這種方法能夠幫助我們快速剔除并且替換細(xì)胞中的基因元件來產(chǎn)生B細(xì)胞的改變，因此我們就能夠利用中間抗體基因?qū)π∈竽Ｐ瓦M(jìn)行快速重編程，并且將其暴露于新型抗原中，隨著研究的深入我們希望該過程能夠幫助我們產(chǎn)生新一代廣譜中和性的HIV抗體。隨著研究中工程化抗原的使用，研究人員就能觀察到抗體獲得性的突變，研究者指出，將B細(xì)胞移動(dòng)到一個(gè)方向并且闡明其工作機(jī)制，并且揭示如何適應(yīng)新的小鼠模型和免疫原最終到達(dá)廣譜中和性抗體產(chǎn)生的階段對(duì)于開發(fā)新型疫苗非常關(guān)鍵。未來還有很長(zhǎng)一段路要走，但研究者認(rèn)為，這種新技術(shù)能夠幫助我們開發(fā)有效的HIV疫苗，當(dāng)然還能夠幫助我們開發(fā)具有高度特異性的治療性抗體。
【9】中美冠科生物開發(fā)出非酒精性脂肪肝疾病研究新模型
中美冠科生物技術(shù)股份有限公司（股票代碼：6554）是為全球新藥開發(fā)提供服務(wù)的公司，專為推動(dòng)新陳代謝疾病與腫瘤研究向前提供轉(zhuǎn)化平臺(tái)。目前，已為非酒精性脂肪肝 （NAFLD） 疾病研發(fā)出新的模型而立下了新里程碑。
中美冠科心血管暨新陳代謝疾病 （CVMD） 研究資深副總裁汪亦欣博士表示：“新的非酒精性脂肪肝研究模型的成功開發(fā)，使得中美冠科生物非人類之靈長(zhǎng)動(dòng)物 （NHP） 研究模型在既有的脂肪性肝炎 （NASH） 研究模型外又更加完備，藉此建立了系列性的體內(nèi)研究平臺(tái)，對(duì)心血管及新陳代謝疾病有研究需求的客戶可以提供更完整的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)臨床前研究支持，在研究新復(fù)合物時(shí)的藥物開發(fā)后期階段，中美冠科生物的研究模型可作為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究工具。”
美國(guó)時(shí)間2016年9月19日至22日 Discovery on Target 會(huì)議在波士頓召開，會(huì)議期間，中美冠科生物發(fā)表了這項(xiàng)新模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，中美冠科產(chǎn)品營(yíng)銷策略副總監(jiān) Amar Thyagarajan 博士在美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年9月20日下午3點(diǎn)15分，做題為《心臟代謝及肝病臨床前研究模型進(jìn)展》的主題演講。PreClinOmics 總經(jīng)理暨戰(zhàn)略官 Van Jackson 博士指出：“目前脂肪性肝炎并沒有證實(shí)的治療方式，而這類肝炎疾病嚴(yán)重時(shí)，可引發(fā)肝癌，甚至需要肝臟移植，希望新模型可用于脂肪性肝炎的轉(zhuǎn)化研究，找出治療與治愈的新途經(jīng)。”