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Revvity小動(dòng)物活體光學(xué)成像技術(shù)已在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床前醫(yī)學(xué)研究及藥物 研發(fā)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，糖尿病相關(guān)研究是近幾年又一興起的應(yīng) 用熱點(diǎn)之一。將活體光學(xué)成像技術(shù)應(yīng)用于糖尿病研究的主要方向包括：1、從特異構(gòu)建 的發(fā)光轉(zhuǎn)基因小鼠中獲取具有發(fā)光特性的胰島，進(jìn)行胰島移植相關(guān)研究；2、利用熒光 素酶基因標(biāo)記相關(guān)治療用細(xì)胞，觀測(cè)治療用細(xì)胞在活體動(dòng)物體內(nèi)的分布、器官靶向及對(duì) 糖尿病的治療效果；3、通過(guò)構(gòu)建熒光素酶基因表達(dá)載體或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，研究糖尿病相 關(guān)基因表達(dá)及信號(hào)通路。下面結(jié)合一些具體實(shí)例進(jìn)行闡述：
一. 胰島移植相關(guān)研究
I 型糖尿病，即胰島素依賴性糖尿病，是由感染、毒物等因素誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生異常自 身體液和細(xì)胞免疫應(yīng)答，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞損傷，胰島素分泌減少。胰島移植的主要適應(yīng) 癥為胰島素依賴型糖尿病。眾多實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，胰島移植不僅可以糾正實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的糖尿 病狀態(tài)，而且可有效地防止糖尿病微血管病變的發(fā)生、發(fā)展，促進(jìn)糖代謝內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定， 降低死亡率。
應(yīng)用活體光學(xué)成像技術(shù)可以在活體動(dòng)物水平長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)胰島移植的存活。為了實(shí)現(xiàn)這 一應(yīng)用，研究者首先需要對(duì)胰島進(jìn)行光學(xué)標(biāo)記，通常采用的方法是利用熒光素酶基因標(biāo) 記胰島素基因啟動(dòng)子，而構(gòu)建胰腺特異性發(fā)光的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，從該轉(zhuǎn)基因動(dòng)物體內(nèi)即可 直接提取具備發(fā)光特性的胰島。
從轉(zhuǎn)基因小鼠獲取發(fā)光的胰島之后，便可開(kāi)展胰島移植的相關(guān)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。如觀測(cè)不 同數(shù)量或不同部位胰島移植的存活情況。如下圖所示，應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)可以觀測(cè)胰島在 不同部位的移植情況，并且基于 IVIS 系統(tǒng)的超高靈敏度，可以觀測(cè)到少量胰島移植后的發(fā)光情況。
應(yīng)用胰島移植治療糖尿病的一個(gè)限制因素是缺少足夠的同種供體，解決供體來(lái)源的 一個(gè)途徑便是異種移植。而異種移植通常會(huì)引發(fā)受體體內(nèi)的免疫排斥，造成移植失敗。 因此，研究如何通過(guò)有效方式抑制異種移植而產(chǎn)生的免疫排斥，也是胰島移植研究的一 個(gè)熱點(diǎn)。應(yīng)用活體光學(xué)成像技術(shù)可以在活體水平觀測(cè)評(píng)價(jià)不同方式對(duì)于免疫排斥的抑制 效果。
如Chen 等通過(guò)利用抗淋巴細(xì)胞血清這種免疫抑制劑處理異種移植受體小鼠，有效 抑制了免疫排斥，成功移植了從異種小鼠取出的胰島。如下圖所示，在沒(méi)有經(jīng)抗淋巴細(xì) 胞血清（Antilymphocyte Serum，ALS）處理的 Balb/c 糖尿病小鼠腎包膜移植從 FVB-Tg(RIP-luc)轉(zhuǎn)基因小鼠中取出的胰島，在胰島移植后十幾天，由于免疫排斥作用， 胰島的發(fā)光信號(hào)逐漸減弱并消失，導(dǎo)致體內(nèi)血糖濃度重新升至高濃度水平；而若當(dāng)移植 的胰島信號(hào)出現(xiàn)下降初期時(shí)，用 ALS 處理，則能夠抑制免疫排斥，使異種胰島移植獲 得成功，維持體內(nèi)的正常血糖濃度.
也有一些研究者利用免疫隔離裝置提高胰島移植的成功率。他們將胰島置于一定形 式的帶有微孔的包囊內(nèi)即可避免免疫活性細(xì)胞與移植入的胰島細(xì)胞的直接接觸，從而避 免排斥反應(yīng)，而胰島細(xì)胞所分泌的小分子物質(zhì)可以通過(guò)微孔彌散至包囊外進(jìn)入血液循 環(huán)，從而維持正常的血糖濃度。如Lee等應(yīng)用免疫隔離裝置將從FVB-Tg(RIP-luc)轉(zhuǎn)基 因小鼠中取出的胰島，成功移植入異種的ICR小鼠體內(nèi)，并長(zhǎng)期存活，如下：
二.針對(duì)糖尿病的細(xì)胞治療研究
針對(duì)糖尿病的細(xì)胞治療是近些年興起的一個(gè)研究領(lǐng)域。應(yīng)用活體光學(xué)成像技術(shù)，可 以在活體動(dòng)物水平，觀測(cè)經(jīng)光學(xué)標(biāo)記的治療用細(xì)胞在體內(nèi)的分布、靶向及治療效果。如 Creusot 等利用IVIS 系統(tǒng)觀測(cè)了表達(dá)IL-4的樹(shù)突細(xì)胞（dendritic cells，DC）在糖尿病小 鼠體內(nèi)的分布、組織靶向及治療效果。之前的研究結(jié)果顯示，IL-4表達(dá)的不足在糖尿病病人或小鼠中均存在，而將IL-4 注入小鼠體內(nèi)能夠防止I型糖尿病的發(fā)生，說(shuō)明IL-4 可能在I型糖尿病的發(fā)生發(fā)展中起調(diào)節(jié)作用。因此，研究者基于這一推測(cè)，將IL-4導(dǎo)入 經(jīng)熒光素酶基因標(biāo)記的DC中而獲得表達(dá)IL-4的發(fā)光DC（基于DC能夠遷移至各種組 織或淋巴結(jié)而起免疫調(diào)節(jié)作用，因此是一種理想的細(xì)胞治療載體），并將上述 DC 經(jīng)尾 靜脈注入前期糖尿病的小鼠體內(nèi)，利用IVIS系統(tǒng)觀測(cè)DC在體內(nèi)的分布、靶向及對(duì)糖 尿病的治療效果。結(jié)果顯示，DC主要靶向分布于脾及胰腺淋巴結(jié)，并能夠延遲或阻止 糖尿病的發(fā)生。
應(yīng)用能夠分化為胰島細(xì)胞的干細(xì)胞，也是進(jìn)行糖尿病治療的一個(gè)有效途徑。Raikwar 等從經(jīng)熒光素酶基因標(biāo)記的小鼠胚胎干細(xì)胞中誘導(dǎo)分化出胰腺內(nèi)胚層類細(xì)胞（pancreatic endoderm-like cells ，PELC），體外實(shí)驗(yàn)顯示 PELC 能夠進(jìn)一步分化為胰島素生產(chǎn)細(xì)胞 （insulin-producing cells，IPC），隨后，研究者將 PELC 移植入糖尿病小鼠腎包膜中，并 用IVIS系統(tǒng)觀測(cè)了PELC在小鼠體內(nèi)的分布及對(duì)糖尿病的治療情況。結(jié)果顯示，PELC 會(huì)特異性靶向分布于胰腺、肝部及腎部，并能有效降低發(fā)病小鼠體內(nèi)的血糖濃度，如下 圖所示：
三.糖尿病相關(guān)信號(hào)通路研究
對(duì)于糖尿病相關(guān)基因表達(dá)及信號(hào)通路的研究，是了解糖尿病發(fā)病機(jī)理的基礎(chǔ)。應(yīng)用 熒光素酶基因可以標(biāo)記糖尿病特異性基因，構(gòu)建出表達(dá)載體，并利用活體光學(xué)成像技術(shù)， 在活體動(dòng)物水平研究疾病相關(guān)的信號(hào)通路。如Dentin等發(fā)表于2007年Nature的一篇文 獻(xiàn)報(bào)道了通過(guò)應(yīng)用熒光素酶基因標(biāo)記的cAMP響應(yīng)元件（CRE-luc），研究了控制糖異 生相關(guān)基因表達(dá)的一個(gè)關(guān)鍵分子開(kāi)關(guān)TORC2/CRTC2的作用。研究者通過(guò)水動(dòng)力注射法 將CRE-luc 表達(dá)載體經(jīng)尾靜脈注入正常小鼠體內(nèi)，由于采用水動(dòng)力注射方法，因此，該 表達(dá)載體將在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存留于小鼠肝臟中，使得研究者能夠借助該表達(dá)載體觀測(cè) 禁食及再進(jìn)食小鼠肝臟中的糖異生情況。在禁食小鼠中，禁食會(huì)導(dǎo)致血糖濃度降低，從 而激活胰高血糖素（Glucagon）所調(diào)控的糖異生信號(hào)通路，因此，在肝臟中能夠觀測(cè)到 由于CRE-luc的表達(dá)激活而出現(xiàn)的光信號(hào)；而當(dāng)小鼠再進(jìn)食后，由于血糖濃度升高，而 主要激活胰島素調(diào)控的糖酵解通路，因此，肝臟中CRE-luc的表達(dá)被抑制，光信號(hào)消失； 而當(dāng)用TORC2 siRNA處理禁食小鼠后，本該大量表達(dá)的CRE-luc表達(dá)被抑制（減弱的 光信號(hào)），說(shuō)明TORC2在糖異生相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控中起重要作用。事實(shí)上，TORC2 是糖異生相關(guān)基因表達(dá)的關(guān)鍵共激活因子，它與cAMP響應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）共 同控制著糖異生相關(guān)基因的表達(dá)。當(dāng)胰高血糖素激活cAMP信號(hào)通路后，TORC2會(huì)被 去磷酸化而進(jìn)入細(xì)胞核，與CREB協(xié)同開(kāi)啟基因的表達(dá)；而當(dāng)胰島素激活糖酵解通路時(shí)， TORC2會(huì)被磷酸化而排出細(xì)胞核，并在細(xì)胞質(zhì)中被泛素化而降解。
