《PE小动物活体成像在糖尿病的应用》.pdf

小动物活体光学成像技术在糖尿病研究中的应用 PerkinElmer 小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及 药物研发等领域得到广泛应用。在众多应用领域中，糖尿病相关研究是近几年又一兴起 的应用热点之一。将活体光学成像技术应用于糖尿病研究的主要方向包括：1、从特异 构建的发光转基因小鼠中获取具有发光特性的胰岛，进行胰岛移植相关研究；2 、利用 荧光素酶基因标记相关治疗用细胞，观测治疗用细胞在活体动物体内的分布、器官靶向 及对糖尿病的治疗效果；3、通过构建荧光素酶基因表达载体或转基因动物，研究糖尿 病相关基因表达及信号通路。下面结合一些具体实例进行阐述： 一.胰岛移植相关研究 I 型糖尿病，即胰岛素依赖性糖尿病，是由感染、毒物等因素诱发机体产生异常自 身体液和细胞免疫应答，导致胰岛β细胞损伤，胰岛素分泌减少。胰岛移植的主要适应 症为胰岛素依赖型糖尿病。众多实验研究证实，胰岛移植不仅可以纠正实验动物的糖尿 病状态，而且可有效地防止糖尿病微血管病变的发生、发展，促进糖代谢内环境稳定， 降低死亡率。 应用活体光学成像技术可以在活体动物水平长期监测胰岛移植的存活。为了实现这 一应用，研究者首先需要对胰岛进行光学标记，通常采用的方法是利用荧光素酶基因标 记胰岛素基因启动子，而构建胰腺特异性发光的转基因动物，从该转基因动物体内即可 直接提取具备发光特性的胰岛。 上图：左，Tg(RIP-luc)转基因小鼠表达载体示意图；应用IVIS 系统对发光转基因小鼠及对照的成像结果。 从转基因小鼠获取发光的胰岛之后，便可开展胰岛移植的相关观测实验。如观测不 同数量或不同部位胰岛移植的存活情况。如下图所示，应用IVIS 系统可以观测胰岛在 不同部位的移植情况，并且基于 IVIS 系统的超高灵敏度，可以观测到少量胰岛移植后 的发光情况。 上图：分别将10 个或150 个从FVB-Tg(RIP-luc)转基因小鼠中取出的胰岛移植于同种小鼠的不同部位，应 用IVIS 系统进行观测。IH，肝部移植；KC ，肾包膜移植；IP ，腹腔移植；SQ，皮下移植。 应用胰岛移植治疗糖尿病的一个限制因素是缺少足够的同种供体，解决供体来源的 一个途径便是异种移植。而异种移植通常会引发受体体内的免疫排斥，造成移植失败。 因此，研究如何通过有效方式抑制异种移植而产生的免疫排斥，也是胰岛移植研究的一 个热点。应用活体光学成像技术可以在活体水平观测评价不同方式对于免疫排斥的抑制 效果。 如Chen 等通过利用抗淋巴细胞血清这种免疫抑制剂处理异种移植受体小鼠，有效 抑制了免疫排斥，成功移植了从异种小鼠取出的胰岛。如下图所示，在没有经抗淋巴细 胞血清 （Antilymphocyte Serum ，ALS ）处理的 Balb/c 糖尿病小鼠肾包膜移植从 FVB-Tg(RIP-luc)转基因小鼠中取出的胰岛，在胰岛移植后十几天，由于免疫排斥作用， 胰岛的发光信号逐渐减弱并消失，导致体内血糖浓度重新升至高浓度水平；而若当移植 的胰岛信号出现下降初期时，用ALS 处理，则能够抑制免疫排斥，使异种胰岛移植获 得成功，维持体内的正常血糖浓度。 上图：应用IVIS 系统观测ALS 对异种胰岛移植的作用 也有一些研究者利用免疫隔离装置提高胰岛移植的成功率。他们将胰岛置于一定形 式的带有微孔的包囊内即可避免免疫活性细胞与移植入的胰岛细胞的直接接触，从而避 免排斥反应，而胰岛细胞所分泌的小分子物质可以通过微孔弥散至包囊外进入血液循 环，从而维持正常的血糖浓度。如Lee 等应用免疫隔离装置将从 FVB-Tg(RIP-luc)转基 因小鼠中取出的胰岛，成功移植入异种的ICR 小鼠体内，并长期存活，如下： 上图：应用IVIS 系统观测免疫隔离装置对异种胰岛移植的作用 二.针对糖尿病的细胞治疗研究 针对糖尿病的细胞治疗是近些年兴起的一个研究领域。应用活体光学成像技术，可 以在活体动物水平，观测经光学标记的治疗用细胞在体内的分布、靶向及治疗效果。如 Creusot 等利用IVIS 系统观测了表达IL-4 的树突细胞（dendritic cells，DC ）在糖尿病小 鼠体内的分布、组织靶向及治疗效果。之前的研究结果显示，IL-4 表达的不足在糖尿病 病人或小鼠中均存在，而将 IL-4 注入小鼠体内能够防止 I 型糖尿病的发生，说明 IL-4 可能在I 型糖尿病的发生发展中起调节作用。因此，研究者基于这一推测，将IL-4 导入