（1.日本東京大學(xué)藥物科學(xué)研究院微生物研究室；2.日本基因藥物研究所）

（廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院，南寧市530007）

1 家蠶作為模式動物的優(yōu)點(diǎn)

通常情況下，候選藥物的評估均需要進(jìn)行藥物的生物試驗(yàn)測試而涉及到試驗(yàn)動物的選用問題。生物試驗(yàn)用動物通常稱為模式動物。一般說來，模式動物選擇時需要考慮動物情感、使用成本以及是否易于飼養(yǎng)等生物倫理問題［1-2］。目前類似這些問題在亞洲和非洲就很少被關(guān)注。然而，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)正在全球范圍內(nèi)設(shè)立委員會對實(shí)驗(yàn)用動物使用進(jìn)行引導(dǎo)和監(jiān)督。規(guī)范模式動物的選用以對人類健康具有潛在好處，以能最大限度地減輕動物的痛苦以及對其的傷害為指導(dǎo)原則，在減少動物使用量、替代動物和改良動物的同時能及時行使人道的安樂死程序［3-5］。動物在藥物治療效果評估中出現(xiàn)的問題可根據(jù)動物模式的更換而避免使用哺乳類，最好把其替換成非哺乳類模式動物，如秀麗隱桿線蟲、黑腹果蠅都被用作模式動物［6-7］。然而，由于這類型的動物體積太小難以處理，甚至都不能注射準(zhǔn)確容量的測試樣品（這是一項體內(nèi)試驗(yàn)的技術(shù)要求）。因此，如果使用家蠶幼蟲作為模式生物或許就可以解決以上這些問題。因?yàn)榧倚Q幼蟲除了大小適中外，還具有許多優(yōu)勢，諸如取材容易、能夠進(jìn)行體腔的準(zhǔn)確注射（相當(dāng)于哺乳動物的靜脈注射）、中腸內(nèi)部注射（相當(dāng)于哺乳動物口服）和研究時器官的易隔離性［10-13］。此外，當(dāng)把顯型與可控量進(jìn)行比照時，典型的物理變化（如顏色變化、尺寸伸長或縮短、運(yùn)動減慢等）很容易顯現(xiàn)出來。我們不需要等到幼蟲瀕死才做出科學(xué)推論，尤其是關(guān)于時間和劑量依賴的實(shí)驗(yàn)。

2 模式生物家蠶對抗生素治療效果的評估

蠶幼蟲曾被用來評估人類病原菌的毒性的模式生物，例如已經(jīng)用作證明金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和霍亂弧菌對蠶是致命的［11-13］。我們曾使用一個受感染的家蠶來評估金黃色球菌的毒力因子［14-15］，發(fā)現(xiàn)agr位點(diǎn)，一種溶血性基因調(diào)節(jié)器，對動物宿主中的金黃色葡萄球菌致病性有促進(jìn)作用［15］。家蠶也被用于研究其他毒力因子，包括細(xì)菌毒素和溶血素［16］。綜上所述，這意味著家蠶是一種能有效地研究寄主——病原體相互作用機(jī)制、基因變化和病原體毒力因子的模式生物。

Hamamoto等人利用家蠶作為模式動物，定量評估已知抗生素的治療效果（諸如萬古霉素、卡那霉素、氯霉素、氟氯頭孢、替考拉寧、四環(huán)素、米諾環(huán)素、阿貝卡星和利奈唑胺等），他們還研究報道了藥物模式中抗擊人類病原菌（金黃色釀濃葡萄球菌和嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌）和真菌（白色念珠菌和熱帶念珠菌）的半有效劑量與用于小白鼠試驗(yàn)中的半有效劑量相一致［11］。從而證實(shí)受到感染后的家蠶對抗生素的反應(yīng)，跟大型動物口服抗生素生物效果相似。研究還指出家蠶適合作為用于評估治療藥物毒性和新陳代謝的候選藥物［17］。因此，家蠶提供了更加經(jīng)濟(jì)的手段來測試抗生素的有效性。Nosokomycin是鏈霉菌sp.K04-0144中默諾霉素A的衍生物，是2010年在受耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）感染的家蠶中被發(fā)現(xiàn)［18］。最近研究表明，從土壤細(xì)菌Lysobacter sp.RH2180-5上清液中提取的抗菌素Lysocin E(圖1)是在受感染的家蠶體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，并發(fā)現(xiàn)了能抗擊甲基萘醌類——革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞膜上“電子傳遞鏈”的組成成分［19］。此外，受感染的家蠶也是一種用來排除非治療性分子的極好模式。

圖1 受感染蠶模式中發(fā)現(xiàn)的天然抗抗生素（Lysocin E）結(jié)構(gòu)［20］

3 模式生物家蠶在治療糖尿病藥物篩選中的應(yīng)用

圖2為5齡家蠶正常飼養(yǎng)和注射(1)生理鹽水或(2)葡萄糖溶液在研發(fā)高血糖家蠶模型以便篩選抗糖尿病藥物的實(shí)驗(yàn)中，松本等人［20-21]的報告顯示家蠶在喂食高葡萄糖食物后血淋巴含糖量（相當(dāng)于哺乳動物的血糖）會急劇上升，并發(fā)現(xiàn)家蠶會因高血糖而導(dǎo)致機(jī)能紊亂，包括體型縮小（圖2）。與哺乳動物一樣，家蠶已經(jīng)被證明擁有維持體內(nèi)血淋巴含糖量平衡的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。使用高血糖蠶模型已成功評估出已知的治療糖尿病藥物的降血糖功效［20］。蠶幼蟲喂食高葡萄糖食物后服用重組人胰島素會降低血淋巴含糖量水平，恢復(fù)身體正常增長［20］。腺苷酸蛋白激酶（AMPK）信號通路在較大型動物中維持系統(tǒng)血糖水平中發(fā)揮重要作用，而在高血糖蠶模型中也發(fā)現(xiàn)了此通路的作用發(fā)揮［20］。

圖2 家蠶高血糖表現(xiàn)出的形態(tài)異常［21］

表達(dá)人類胰島素受體的轉(zhuǎn)基因家蠶，可用于評估胰島素激動劑的治療效果［21］。這種轉(zhuǎn)基因家蠶服用人胰島素會降低血糖水平，并促進(jìn)脂肪體中的AKT（一種蛋白激酶）磷酸化，這在脂肪體中是胰島素信號通路的關(guān)鍵因素。因此，在評估治療糖尿病的候選藥物中，使用家蠶不僅是有效的，而且具有更簡單、便宜、易控性等優(yōu)點(diǎn)。此外，考慮到蠶與較大型動物相似的病理生理機(jī)制，以家蠶作為模式生物還可以用于研究人類因代謝失調(diào)而引發(fā)的其他癥狀，例如肥胖和高血壓。

4 模式生物家蠶未來發(fā)展的前景與潛在的挑戰(zhàn)

家蠶是一種可用于藥物篩查、治療效果評估的優(yōu)良模式生物。綜上所述，家蠶幼蟲與其它模式動物相比更具優(yōu)勢。然而，某些藥物的研究領(lǐng)域，如涉及到神經(jīng)障礙或退化，尚未能接受將家蠶作為模式動物使用，原因是家蠶不能感染人類的遺傳疾病。但是只要通過現(xiàn)已建立的基因工程技術(shù)（通過基因敲入和敲除編輯蠶基因的生物技術(shù)）［10］，就可以編輯蠶基因誘發(fā)相應(yīng)疾病發(fā)生。因此，遺傳性疾病可以通過這類家蠶進(jìn)行研究。通過基因編輯這種方式，給科學(xué)家提供了解析藥物研發(fā)中作用機(jī)制問題和分子靶點(diǎn)的家蠶模式。

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

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