果蝇、线虫、斑马鱼：在这三种动物中发现了脑瘤治疗的新靶点？

发布时间：2026-06-29 18:55:07 | 阅读：次| 关键词：果蝇、线虫、斑马鱼：在这三种动物中发现了脑瘤治疗的新靶点？

与其他癌症研究领域相比，神经肿瘤学领域面临着诸多挑战，进展较慢，包括克服血脑屏障、脑肿瘤位置导致无法全切除、复杂的脑肿瘤微环境以及缺乏可靠的临床前模型等。

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　　在分子生物学和先进基因组学的时代，我们对人类脑肿瘤的认识已经取得了很明显的进展。跟其他癌症研究领域比起来，神经肿瘤学这个领域面临的挑战更多、进展也更慢，包括要克服血脑屏障、脑肿瘤位置导致没办法全切、复杂的脑肿瘤微环境、还有缺乏可靠的临床前模型等等。因此无数科学家把精力投入到开发新的靶向药物上，而研究的主力对象就是小鼠。

　　小鼠在识别新的治疗靶点和评估新疗法方面发挥了很重要的作用，但还是存在一些技术上的局限和大⫿的成本投入。为了加快临床前研究的推进，几十年来科学家逐渐把目光放到了非哺乳动物身上，比如黑腹果蝇、秀丽隐杆线虫和斑马鱼，它们成了小鼠的替代品。近年来科学家已经在它们身上发现了新的基因、治疗靶点、还有用于高通量遗传和化学操作的技术。

　　跟小鼠相比，这三个物种寿命更短，资源消耗更少，适合做高通量药物和RNA干扰筛选，针对新的靶点测试大量有前景的药物。Rutka教授领导的The Arthur and Sonia Labatt脑肿瘤研究中心在这方面取得了很突出的成果。Rutka教授认为，利用这些强大的筛选工具和策略，可以加速癌症研究领域特别是神经肿瘤学领域的发现。

Rutka教授领导的The Arthur and Sonia Labatt 脑肿瘤研究中心在这方面取得了突出成果。

黑腹果蝇：脑瘤模型与靶向药物

　　果蝇跟人类之间的遗传相似性高达75%，人类疾病相关的基因在果蝇基因组里存在同源物。果蝇的中枢神经系统包含六种类型的胶质细胞，它们跟哺乳动物共享发育和功能特征。果蝇的生命周期一般只有10天。

果蝇的生命周期一般只有10天

　　因为人类跟果蝇的磷脂酰肌醇3-激酶和表皮生长因子受体的同源物之间高度保守，科学家开发了一个repoGal4-胶质细胞特异性的组成型活化的、过表达PI3K/EGFR的模型。这个模型重现了增殖和紊乱的生长信号传导，导致双侧叶和腹神经索出现肿瘤性的胶质细胞，最早在发育的第一龄期就能检测到。过表达PTEN诱导激酶1并且定位在胶质细胞的果蝇，跟对照组相比表现出了减少的增殖表型，这说明PINK1作为胶质瘤生长抑制因子的一个新作用。

　　B-Raf原癌基因的激活遗传改变在低级别胶质瘤里面很常见，所以Rutka教授通过在胶质细胞当中表达组成型活化的Raf，生成了一个BRAF果蝇低级别胶质瘤模型。FGFR-TACC基因融合在人类癌症中频繁出现，在3%的胶质母细胞瘤病例中被发现。Rutka教授通过把患者来源的FGFR3-TACC3在胶质细胞中表达，生成了一个果蝇模型，发现所有肿瘤都会发展出组织硬化，这是人类胶质瘤的一个物理标志，机械敏感性离子通道Piezo增加了肿瘤组织的硬度和增殖。

　　果蝇也被用来模拟胶质细胞的迁移和侵袭。分别过表达PDGFR/VEGFR、FGFR1和胰岛素受体基因的同源物Pvr、htl和Inr，可以在果蝇脑中模拟增加的迁移性和肿瘤性胶质细胞。

　　目前果蝇里面的髓母细胞瘤模型用的是转基因品系，这些品系在音猬因子和WNT这些通路当中诱导异常的胚胎发育。这些转基因果蝇被用在功能丧失或者功能获得的筛选、表观遗传学的发现、还有大数据集的生物信息学分析。

　　果蝇在脑肿瘤研究中的实用价值：一对果蝇在异源染色体1X染色体上的交叉情况，呈现出孟德尔遗传现象。简化的转基因交叉过程，涉及组织特异性Gal4表达构建体跟UAS表达构建体之间的结合。药物或小分子筛选平台：早期第一龄幼虫放在96孔板里，幼虫的食物跟化合物混合，幼虫在72到96小时内消耗药物和食物的混合物，随后进入第三龄后期阶段，然后进行中枢神经系统的提取，体积分析和药物反应可以通过显微镜来评估。未转化的共聚焦显微镜图像和野生型果蝇中枢神经系统的示意图。经转化的转基因胶质瘤模型，可以看到脑部肥大和腹侧神经节反映出果蝇胶质细胞的高增殖状态。

秀丽隐杆线虫：脑瘤模型与靶向药物

　　1998年，秀丽隐杆线虫成为第一个基因组完全测序的后生动物，大约52.6%的人类蛋白质编码基因在线虫里面有已知的直系同源物，预计40%到75%的人类疾病基因在线虫基因组里存在同源物。很多生物过程比如细胞信号传导、凋亡、细胞极性、代谢和衰老，在人类和线虫之间是保守的。线虫的生命周期包括胚胎发生期、由四个幼虫阶段组成的胚后发育期和成虫期。

线虫的生命周期包括胚胎发生期、由四个幼虫阶段（约3天）组成的胚后发育期、成虫期

　　线虫没有像脊椎动物那样复杂分节的大脑。它的神经系统由一束神经元和胶质细胞组成，头部只有58个神经元。线虫里面不存在传统意义上的脑肿瘤模型，但是可以对保守的驱动通路进行建模，来研究它对癌症不同标志的影响。

　　在线虫里面，Ras/丝裂原活化蛋白激酶通路在调节细胞增殖、分化和各种细胞命运决定当中发挥作用。胰岛素样生长因子-1依赖性的MAPK级联激活诱导外阴发育并产生过度增殖的多外阴表型。敲除daf-2基因可以抑制let-60功能获得突变的Muv表型，以及let-60(gf)突变体生殖细胞中辐射诱导凋亡的超敏反应。daf-18负调控MAPK信号来控制外阴发育以及线虫里面的神经母细胞分裂。这些通路在线虫里面的高度功能保守性，为利用这种生物强大的遗传学来理解Ras和PTEN怎么协同控制细胞命运决定的机制提供了机会。

　　在胶质母细胞瘤里面，大约40%到50%的原发性病例发生PTEN缺失，而受体酪氨酸激酶/Ras/PI3K通路在88%的所有胶质瘤中被激活。在线虫里面，Ras信号通路调控外阴细胞的特化。Ras信号活性增加会导致外阴前体细胞命运的异位诱导，从而产生Muv表型。Rutka教授的实验室已经生成了一个let-60 (KRAS)和daf-18 (PTEN)的双突变胶质瘤模型，这个模型把let-60(gf)的Muv表型增强到了接近100%。他们还引入了一个cdh-3::GFP转基因进入daf-18(lf)和let-60(gf)双突变株系，以便通过荧光显微镜轻松区分Muv表型。激活的let-60(KRAS)跟daf-18(PTEN)缺失的组合提供了一个遗传上容易处理的动物模型，用来研究胶质瘤中最常改变的信号通路之间的协同作用。

　　已经在各种线虫突变体里面做了广泛的RNAi筛选，这些筛选产生了大量的功能数据，有助于理解更复杂生物体中的详细基因功能。Rutka教授的实验室对daf-18(lf)和let-60(gf)双突变体进行了全基因组的siRNA筛选，发现了几个能够强力抑制其Muv表型的基因。这些靶点不但有人的直系同源物，而且在胶质母细胞瘤里面也失调了，这说明用线虫来识别潜在治疗靶点是可行的。

线虫在脑肿瘤研究中的应用。 (A、B) 线虫中KRAS与PTEN (let-60;daf-18) 的双重突变会导致一种表现出近乎100%显性的多裂生殖表型的菌株。 (C)KRAS;PTEN双突变菌株还在阴道细胞以及神经系统内表达cdh-3:GFP报告基因。 (D)RNAi筛选实验方案。首先，表达针对线虫中每个特定基因的dsRNA的不同E.coli菌株在过夜培养基中生长，随后被诱导以激活dsRNA的表达，接着被培养在24孔琼脂固体培养板上。约30条L1线虫被接种到每个培养孔中，每个孔内都含有表达不同dsRNA的E.coli菌株。待线虫发育至成虫阶段后，便对其表型进行分析，以考察其对多阴门表型的抑制作用。

　　线虫也可以用来做小分子的发现。涉及靶点验证的药物筛选可以通过基于琼脂的测定法进行，用活体线虫来观察形态或运动。可以用药物喷雾器或者微孔板读数器来做高通量的药物筛选，两种方法都可以用活的或者固定的线虫。在复杂且昂贵的脊椎动物模型系统里面测试候选药物之前，线虫是药物发现管道里一个经济又快速的系统。

斑马鱼：脑瘤模型与靶向药物

　　斑马鱼是一种小型的带水生物种，跟人类有相当的遗传同源性。大约71.4%的人类基因至少有一个斑马鱼的直系同源物，82%跟人类疾病相关的基因在斑马鱼里面有对应物。主要的器官在发育和功能上跟人类差不多。胶质细胞和神经发育的机制及其功能高度保守。这些突出了它们在模拟人类脑肿瘤方面的潜力。斑马鱼的生命周期包含四个主要阶段：胚胎、幼体、未成年和成年阶段。

（A）斑马鱼的生命周期包含四个主要阶段：胚胎、幼体、未成年和成年阶段。(B)脑肿瘤异种移植模型高通量药物筛选工作流程示意图。

　　在过去十几年里，斑马鱼已经成了模拟人类脑瘤的一个有效系统。因为斑马鱼的胚胎和幼虫是透明的，可以实时监测肿瘤来评估肿瘤细胞的浸润和微环境，这是胶质瘤生物学的关键方面。在斑马鱼中模拟中枢神经系统肿瘤的另一个重要的考虑因素是血脑屏障的完整性，这对药物测试方法极为关键。

　　通过利用ptf1驱动的活化AKT，在斑马鱼中小脑特异性的胶质瘤发生是可能的。随后发现Rb的体细胞失活导致斑马鱼小脑中产生类似髓母细胞瘤的肿瘤，这些肿瘤被归类为原始神经外胚层肿瘤。用这些模型，MAPK/ERK激酶抑制剂U0126被确定为跟KRAS过表达相关的异常表型的抑制剂，揭示了一个用于筛选Ras信号抑制剂的新型的化学平台。未来，利用斑马鱼转基因和突变模型来探索内源性肿瘤微环境中的肿瘤起始、克隆扩增和侵袭将会很有趣。

　　把人类脑肿瘤细胞移植到斑马鱼中是一种简单有效的策略，可以直接观察肿瘤细胞的植入、生长和转移。产生的肿瘤重现了主要的表型和组织学标志，包括多形性的细胞形态、高的有丝分裂率和新生血管的形成。在小鼠中看到的转移潜能在一部分鱼中得以保留，为在体内研究转移驱动因素提供了一个新颖的高通量平台。胶质母细胞瘤患者来源的异种移植物已经在斑马鱼宿主里面得到了表征。类似的模型已经被用于常用化疗药物的高通量测试，来辨别参与耐药性和转移的因素。已经识别出一种叫做TNB的新型含氮DNA交联小分子化学物质，它能穿过血脑屏障并抑制异种移植物的建立。体外鉴定的靶点比如MutT同源物1抑制的验证可以在斑马鱼PDX模型中进行体内验证。

　　室管膜瘤和脉络丛癌的异种移植模型也已经用斑马鱼生成了。斑马鱼里面的异种移植方法揭示了跟啮齿动物中所见相似的保守肿瘤细胞动力学，未来可以利用这些方法进行大规模的体内药物筛选。

线虫、果蝇和斑马鱼提供了快速可靠的筛选工具，用于探测和查询各种人类脑肿瘤的潜在遗传改变，并且可以作为强大的药物开发管道。

　　人类基因在果蝇、线虫和斑马鱼这些生物中具有高度的进化保守性，再加上它们先进的正向和反向遗传学方法，现在比以往任何时候都更容易构建像癌症这样多基因疾病的有意义的模型。线虫、果蝇和斑马鱼提供了快速可靠的筛选工具，用来探测和查询各种人类脑肿瘤的潜在遗传改变，并且可以作为强大的药物开发管道。重要的是，把这些动物改造成携带多个癌症相关的突变，通过筛选方法来识别遗传的脆弱性是经济且快速的，而这些筛选方法可以在更准确地模拟人类脑癌的小鼠模型中进行验证。