斑马鱼模型助力铜稳态异常相关疾病新疗法的

铜（Cu），铁（Fe）和锰（Mn）离子是人体各种必需酶的辅因子，也参与神经元信号传导和活性氧物质的去除。Cu+/Cu2+离子是人体必需的，严重的神经和代谢紊乱与铜稳态的异常相关，如阿尔茨海默病，肌萎缩侧索硬化，癌症，Menkes氏综合征，和威尔森氏病等。

较早的研究表明，金属离子螯合剂可以减轻金属诱发的氧化应激相关疾病的症状。然而，该方法主要缺点是：从金属酶中非特异性地去除其他功能必需金属离子和金属辅因子，会导致多种副作用。因此，选择性细胞渗透性金属螯合剂的开发十分重要。最近由印度塔塔基础科学研究所、美国密苏里大学哥伦比亚分校、德国海德堡大学进行的一项研究，开发了选择性细胞渗透性铜离子螯合剂，可以特异性去除氧化应激过程过量的铜离子。

化合物2c：R为H；化合物3c：R为甲氧基。（图片源于原文）

研究者在设计合成出螯合剂后，首先进行了体外基于脱氧核糖的测定实验，结果表明配体2c和3c都抑制了羟基自由基的产生。第二项进行的是螯合剂能否从Cu2+过量的人胚肾细胞（HEKT）移除铜离子的实验。结果表明，在Cu2+过载细胞中，螯合剂对Cu2+有选择性，可以进入到Cu过载细胞中高ROS的区域，有效螯合Cu2+，并有效地减少ROS。紧接着研究者对螯合剂是否会影响细胞活性进行检查，结果表明螯合剂浓度在微摩尔水平时，毒性最小。

下一步是确定Cu2+选择性螯合剂在铜过载疾病模型中的功效。结果表明，2c和3c都能够降低缺乏Atp7a基因的小鼠胚胎成纤维细胞中的氧化应激水平。（Atp7a基因在Menkes病中发生突变。ATP7A是铜输出所需的P型ATP酶。ATP7A功能的丧失导致铜比正常细胞中高6倍以上，显示出更高的氧化应激。）

因为斑马鱼氧化还原信号和脂质代谢相关的途径与人类高度相似，且斑马幼鱼的光学透明度使它们适用于像CellROX这样的ROS敏感光学探针的光学成像。所以研究者使用斑马鱼模型评估化合物2c和3c在体内的功效，测试螯合剂能否减轻斑马鱼幼鱼中Cu2+诱导的氧化应激。实验表明，用铜盐处理的野生型斑马鱼幼鱼表现出氧化应激增强。在尾部肌肉，肠道，侧鳍和幼虫眼睛周围观察到高强度氧化应激（如下图右边CuCl2处理组，白色箭头所指区域）。

上图为下图的共聚焦荧光图像，右侧彩色条表示氧化应激强度，从下往上色彩变化表示氧化应激依次增强

（图片源于原文）

在螯合剂存在下，Cu处理的幼鱼中的氧化应激水平显著降低，与未处理的幼鱼水平相似的（下图（b）与之前图（a）中Control组相似）。研究者通过实验证明单独的2c和3c螯合剂不会在幼鱼中诱导任何氧化应激。

螯合剂存在下，Cu处理的幼鱼氧化应激水平显著降低，与未用Cu处理的幼鱼相似（图片源于原文）

研究者最后用LPS处理幼鱼的对照实验，验证了2c和3c不能减轻LPS诱导的氧化应激（如下图LPS+2c处理组仍与左侧LPS处理组相似）。因此，配体2c和3c在多细胞脊椎动物生物中通过Cu2+螯合抑制Cu离子诱导的氧化应激，表明螯合剂在体内的适用性。

LPS处理的幼鱼对照实验显示2c和3c不能抑制LPS诱导的氧化应激（图片源于原文）

此次研究开发了具有独特的Cu2+选择性的新型螯合剂，可以在体外和活细胞中减轻金属过载诱导的氧化应激，并且能够抑制Cu超载细胞的疾病模型中的ROS产生。最后进行的螯合剂能够减少斑马鱼幼鱼中Cu诱导的氧化应激，表明它们应该可以在人体发挥功能，可以治疗铜稳态异常相关疾病。

斑马鱼价值定位：体外实验与哺乳动物实验之间的桥梁，活性物质发现、早期药效、早期毒理学、成药性研究，斑马鱼是可靠、高效、高性价比的活体筛选模型；哺乳动物没有或很难做的一些模型，应用斑马鱼可以很容易地建立模型。环特生物至今自主开发了多个斑马鱼模型，在斑马鱼技术研发和应用领域拥有多项已授权发明专利。公司累计完成或正在进行的药物筛选、药效学评价、安全性评价项目约0项。

本文涉及研究论文：Chem.Sci.,,9,.DOI:10./c8sca.

环特生物是亚洲地区首家斑马鱼技术公司，通过了AAALAC国际认证，是国家高新技术企业，并在新三板挂牌。更多疾病模型相关信息可

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