hbaAAA鸡胚胎在生命科学研究中的应用

鸡胚胎在生命科学研究中的应用摘要： 鸡作为优秀的模式动物在生命科学研究中的作用日益受到人们重视， 其LI以鸡胚胎的贡献尤为突出 本文简要综述了鸡胚胎在发肯生物学、肿瘤、再生、神经生物学和胚胎十细胞等研究领域中的应用， 同时对鸡基冈组和鸡胚胎的研究方法也进行了简单探讨。关键词： 鸡；胚胎； 发育生物学；再生；鸡以其独特的生物学特性已经成为研究许多生物学问题的重要模式生物。作为一种中间进化模式生物介于哺乳动物和低等脊椎动物之间，鸡被人们认为是非哺乳动物中研究遗传学最重要的模式生物之一。另外， 由于鸡的胚胎发育起源于卵而非子宫，便于体外操作与观察， 因此鸡也成为胚胎生物学和发育生物学研究中的优秀动物模型之一。目前，鸡已经成为发育生物学、免疫学、遗传学、病毒学、癌症和细胞生物学等学科的重要实验系统，并且获得了许多重要的研究成果。本文主要以鸡胚胎为探讨对象， 简要综述鸡胚在生命科学研究中的应用和重要1。1鸡的基因组学近年来坞的基因组学发展迅速， 已完成的鸡基因组测序结果表明：鸡与哺乳动物在31亿年前具有共同的祖先， 在进化距离上没有被其他基因组所涵盖，这使我们能够更好地理解基因及其调控序列、基因组染色体组型进化和保守的规律性。作为鸟类中第一个被测序的物种，鸡基因组测序必将会对禽类功能基因组时代的各个研究方面起到巨大的推动作用2，也必然对禽类中控制重要性状基因的分离和鉴定有所帮助。同时，鸡基因组测序为家禽育种与禽类分子生物学研究的结合提供一个很好的切入点，使禽类科学与整个生命科学的研究联系起米，并可广泛应用于农业和医药领域3。2鸡胚胎与发育生物学2O世纪90年代以来， 发育生物学的研究取得r突飞猛进的发展， 发育生物学已成为当今生命科学最活跃的研究领域之一。在发育生物学的形成和发展过程中，许多划时代的研究成果往往与一些模式生物相关。由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有一定的同一性，人们往往利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育的共同规律， 以构建发育的普遍原理4。利用模式生物开展发育机制的研究， 具有便捷、高效、深入、系统和有利于成果的延展与应用等优势。传统的啮齿动物和大动物实验面临社会伦理、灾际操作和技术等问题进而限制了它们的应用。在体内模型中，鸡的胚胎发育是在体外完成的， 鸡胚以容易获得、经济和易于操作等优势成为研究动物胚胎早期发育、组织器官分化、基因表达调控等科学问题的优秀模型。鸡胚在发育生物学上作为一个重要模型系统已具有悠久的历史， 一个多世纪以来， 鸡胚已经成为洞悉发育过程和胚胎细胞命运的一个经典实验模型。随着生物技术的发展， 如体内电穿孔技术 胚胎下细胞、新的转基因技术和基因组测序完成等， 这些已经使鸡胚模型系统已变得更加强大，再结合传统的移植和世系追踪等技术，鸡胚已成为最优秀的实验系统之一 。随着模式牛物鸡的基因资源增加、胚胎的易得性和RNA干扰方法的应用，这些都使研究胚胎发育中众多基因的功能变得简单容易。因此，鸡胚也成为众多对基因功能感兴趣的脊椎动物学家首选的研究系统 。3鸡胚胎与肿瘤鸡胚的早期发育缺乏免疫系统， 一些组织细胞移植模型已经建立， 越来越多的学者认识到鸡胚在哺乳动物生物学的干细胞和肿瘤研究应用方面是一个很好的模型选择5。鸡胚的绒毛尿囊膜(chickembryo chorioallantoicmembrane，CAM)是一个介导气体和营养交换的胚胎外膜， 由于具有丰富的毛细血管网络，在体内肿瘤血管生成和转移、血管生成底物和抗血管牛成底物等方面具有重要研究价值 。鸡胚的绒毛尿囊膜能够有效的支持接种的异种肿瘤细胞的生长， 进而使研究人类肿瘤细胞转移变得更加容易。例如，在肿瘤转移实验中，在自发转移期间高度血管化的CAM 支持肿瘤细胞在移植几天后肿瘤快速形成。肿瘤细胞通过静脉接种后，CAM 的毛细管系统首先可以作为一个肿瘤细胞的储存地，然后又可作为肿瘤细胞外渗和侵蚀的基地。CAM 的组织构成和易操作性对于实验干预肿瘤转移而言，在跟踪移植肿瘤细胞的命运和精确展示肿瘤细胞的行径等方面，鸡胚的CAM 系统已经成为最具吸引力的实验模型之一7。4鸡胚胎与再生鸡胚长期作为发育牛物学的模型被人们所熟知， 但它作为人组织修复和再生的潜在模型却经常被人们忽视。通过嵌合体实验和转基因实验，鸡胚能够提供几乎每种器官系统发育调控细胞内外信号通路的精致轮廓。例如，鸡胚系统能够直接反应人体内环境脊髓修复或绒毛尿囊膜损伤修复过程8。因此，作为人体内组织修复模型的向导，鸡胚理所当然的成为研究人类医学再生治疗的优秀模型ll引。5鸡胚胎与神经生物学鸡胚胎已经成为研究肠神经系统(enteri cnervous system，ENS)的一个重要模型系统。在鸡胚中，最先证明ur ENS起源于神经嵴。目前，研究者已经利用禽类模型揭示了肠神经嵴来源细胞的起源和迁移路径，近年来已将工作重点转向调节肠神经系统发育的分子机制研究。Fayoumi鸡(Fayoumi strain of chickens，Fepi)携带一个常染色体隐性基因突变， 进而使纯合体出现光反射性癫痫和声反射性癫痫。正常鸡胚的特定胚胎脑囊泡用Fepi鸡的替换后获得活体神经嵌合体， 这些嵌合体会表现出全部或部分癫痫表型。前脑和间脑的替换会得到完全的光反射性癫痫和声反射性癫痫，但仪替换前脑会产生间歇阵发性表型， 而仅替换中脑则主要会出现猝发性运动症状8。利用电生理和脑嵌合方法证明Fepi鸡的光反射性癫痫和声反射性癫痫症状的脑定位不同。Fepi鸡是研究脑干反射性癫痫一个很好的模型， 同时也暗示脑干是一些动物和人类遗传反射“癫痫综合征”的一个发生器。6鸡胚胎与免疫学对基础免疫来说， 鸡的免疫系统是一个无价的模型， 而且对基础免疫原理做出了开创性的贡献。其贡献可体现在如下诸多方面：(1)移植物抗宿主反应和淋巴细胞在适应性免疫中的关键作用都是利用鸡胚和鸡首次发现的；(2)法氏囊提供了第一个实质性证据表明有两种淋巴细胞系，即法氏囊来源的淋巴细胞(B细胞)产生抗体和胸腺来源的T细胞参与细胞介导的免疫反应；(3)基因转换首次在鸡中描述，并且需要独特的法氏囊环境， 鸡就是利用这种机制产生它的抗体库。随后也发现一些哺乳动物也存在基因转换；(4)第一个被测序的非哺乳动物的主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)就是鸡的MHC；鸡的MHC很小，结构紧凑， 比哺乳动物的约小20倍，特殊之处在于鸡的MHC与抵抗传染病密切相关；(5)第一个弱减毒疫苗是由巴斯德针对鸡的禽霍乱病原体开发的，第一个抗马立克氏病病毒的疫苗也是为鸡开发的；(6)利用鸡的另一项突破， 即对孵化1 8天鸡胚的进行疫苗接种能够提供孵化后的雏鸡早期保护，这种胚胎免疫接种现已广泛用于禽业生产实践；(7)广泛而强化的免疫会导致一些病原体的毒力增强，如马立克氏病病毒和传染性法氏囊病病毒， 这些发现也是利用鸡群首次阐明的。7鸡胚胎的研究方法鸡的胚胎具有容易获得、与人胚相似和易于外科操作等诸多优势， 因此一直作为经典的胚胎生物学模型用于科学研究。虽然分于时代已经至来， 但是对禽类胚胎操作的研究方法却仍存在着各种实验限制，主要是执行目的基因靶向突变或转基因研究的困难。在过去的十几年中，已经发展了许多瞬时转基因的方法， 允许任早期胚胎发育中有效的改变靶基囚的功能， 即能够使目的基冈钝化或过表达，进而使对下游相关基囚的转录调控或J丕胎衍生物的影响效果扩人化成为可能。对短期分析研究， 电穿孔和腺病毒介导夫转移法能够实现日的基因的转移和瞬时表达，但转入基因任胚胎细胞内只能短暂停留。鸡胚的电穿孔就是将暴露组织置于一个电场中， 瞬问f扰细胞膜的稳定性， 产生可逆的小孔， 这样核酸或它们的类似物可以通过进入胞质。通过调整电压参数、类型和电脉冲的过程已经使这种方法转染脊椎动物的胚胎变得容易町行。对长期实验分析，逆转录病毒介的基囚转移具有特别的优势， 另To12转座子也能够将H的基因整合到细胞基冈组和延长转入基因的表达时间9。这些方法通常被用于功能获得性或缺火性分析实验，即过表达或在不表达的组织细胞中表达口的基囚1 9,20，或将作为竞争抑制了的显性负调控结构2 、封闭mRNA翻译或剪切的反义寡morpholinot或表达siRNAshRNA结构来电穿孔进入胚胎,进而封闭或部分封闭H的基因的表达。此外，胚胎也可通过安置蛋白包被珠法和利用活体电击法来引入质粒。通过利用这些灾验方法，已经发现r胚胎中枢和周围神经系统发台的大量重。任所何这些研究办法中，酋先都必须得打开蛋壳， 并且要任不干扰胚胎发育的条件下再重新封闭蛋壳。日前，较好的封孔方法足让蛋的内容物置于侧，在蛋壳上开一小孔，进行充文验后利用小块菌蛋先加盖蛋孔，再用塑料胶带或石蜡密封蛋壳，以保护和防止胚胎在后期孵化中脱水和污染。9小结随着鸡基因组学和鸡胚胎体外操作技术的不断发展和完善， 鸡胚胎在生命科学研究中的地位必将越来越受到研究者的广泛重视和偏爱，桕信在不久的将来鸡胚能够发挥更人的实验模型作用， 并最终为人类医学和畜牧业的发展和应用贡献更人的力量。参考文献1 Dodgson JBChicken genome sequence：a centennial gift topoultryCytogenet GenomeRes，2003，l02：2912962Burt DWThe chicken genomeGenome Dyn，2006，2：1 231 73 Burt DW Chicken genome：current status and futureopportunitiesGenome Res，2005，15：169216984桂建芳等发育生物学，北京：科学出版社，20025Stern CDThe chick：a great model system becomes evengreaterDev Cel120058：9-176 Brown WR et a1The chicken as a model for largescale analysisof vertebrate gene functionNat Rev Genet，2003，4：87987 Rashidi H et a1The chick embryo：hatching a model forcontemporary biomedical researchBioessays，2009，3 1：459-4658 Ribatti DChick embryo chorioallantoic membrane as a usefultool to study angiogenesisInt Rev Cell Mol Biol，2008，270：1 812249Deryugina E1Chick embryo ch