建構及應用疾病動物模式之經驗分享 中醫所 侯庭鏞 教授 醫學系 項千芸教授
利用基因微陣列技術描述中醫方藥及針灸於活體多靶點基因之反應為實驗室主要研究方向之一。經由基因微陣列技術所獲得的基因反應資訊可將中醫方藥及針灸與疾病作關聯,形成新型的中醫藥轉譯醫學平台,但上述結果仍需進一步以不同疾病動物模式加以驗證。例如:下表為實驗動物在經過電針刺激後於特定器官產生反應,經由生物資訊軟體之處理,發現其調控的基因可關聯至結腸炎(colitis)。為了證實此結果,我們就必須建構相關之結腸炎疾病動物模式加以應證。
MeSH disease
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統計值
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Chronic Disease
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5.80E-05
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Arthritis
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6.06E-05
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Precancerous Conditions
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0.0001014
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Colitis
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0.0001474
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Erythema
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0.0001754
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Disease Susceptibility
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0.0002348
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由上述實驗策略中,實驗室必須以中醫方藥及針灸與疾病之基因關聯數據為基礎,作為導引,並建構不同疾病動物模式加以驗證。疾病的發生機轉是很複雜的,如何根據文獻的搜尋,建構符合實驗室需求之疾病動物模式,則是另一項重要課題。以實驗室在建立結腸炎之疾病動物模式為例,我們發現有多種物理或化學方式可誘發實驗動物鼠之急性結腸炎,其中一種化學誘導物為三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid, TNBS)。TNBS是一個具腐蝕性之化學試劑,也是目前在文獻中最知名且易使用之結腸炎誘發劑,無論是巨觀或微觀檢測,都可發現TNBS可明顯誘發動物之急性結腸炎(下圖)。因此,本實驗室選擇TNBS當作結腸炎動物模式之誘發劑,並利用此一疾病動物模式,驗證在活體多靶點分析呈現治療結腸炎潛力之中醫方藥及針灸,其可能之療效及治療機轉。
新建構一個疾病動模式,由變因控制到純熟應用,通常需耗費許多時間及金錢,因此,在疾病動物模式建立後如何善加利用,也是實驗室主持人需多加留意的。以實驗室在大腸桿菌的研究為例,腸毒性大腸桿菌是最常造成下痢的病原,每年大約引起兩億一千萬個下痢病例。腸毒性大腸桿菌引起下痢的原因,是導因於忌熱性腸毒素B次單位與細胞表面ganglioside GM1結合,使忌熱性腸毒素毒素進入細胞中,而導致細胞通透性發生改變,引發下痢的症狀。為了建構此一細菌性下痢之動物模式,我們選殖腸毒素基因,利用表現純化的方式產製腸毒素,並以此腸毒素誘發下痢的發生,之後應用此疾病動物模式去追蹤驗證中藥萃取物及其有效成份,並將一系列結果發表於Journal of Ethnopharmacol、Journal of Agricultural and Food Chemistry等期刊。在研究過程中,為了避免形成動物園之實驗設計,因此利用同一動物模式之實驗,須留意進步性,以免在期刊投稿時產生問題。由此一系列之實驗結果發現,五倍子(Galla Chinensis)、木瓜(Chaenomeles speciosa)、薑及甘草粗萃取物可以抑制忌熱性腸毒素B次單位結合GM1的能力,同時也抑制毒素所引起的老鼠下痢。進一步應用植化、藥化及in silico analysis的方式創造進步性,發現木瓜中的oleanolic acid、ursolic acid、betulinic acid、薑中的zingerone 及甘草中的glycyrrhizin 也具有抑制毒素所引起老鼠下痢的能力(Chen et al., 2006;Chen et al., 2007a;Chen et al., 2007b;Cheng et al., 2009)。
再者,傳統為觀察疾病的發病過程,或施與藥物治療後改善之狀態,皆需進行實驗動物解剖。近年來隨著影像科技的進步,已可利用全身性、非侵入性、即時性活體影像檢測系統進行分析,這將會使得實驗更容易操作、更多的資訊更易即時獲得,而且更有效地精簡實驗動物使用量。下圖為本實驗室利用肝炎誘發劑誘發小鼠肝炎之發生,在投予中藥後可發現其肝臟發炎狀況明顯減緩。應用這種即時性活體影像檢測系統,研究人員可在未經解剖的方式,觀察疾病的發病過程,或施與藥物治療後改善之狀態。
綜上所述,實驗動物是生物醫學進步及人類疾病解碼的幕後英雄,也是近年來造成生物科技突飛猛進的重要功臣。近年來由於遺傳工程技術的進步,生產了許多和人類疾病相仿的模式動物,例如:大腸癌、肝癌等癌症小鼠、糖尿病小鼠、肌肉萎縮症小鼠等,提供了醫學研究及藥物試驗更多的機會,但是疾病的發生是非常複雜的,因此,研究人員更需明確了解疾病的發展過程及機轉,並針對自身需求建立最適當的疾病動物模式以解決研究問題。
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