CRISPR/Cas9系统在疾病研究和治疗中的应用

基因组编辑技术(Genomeeditingtechnology)是一种通过人工手段在基因组水平对DNA序列进行改造的遗传操作技术,包括特定DNA片段的插入、敲除、替换和点突变。其中,依赖核酸酶的基因组编辑技术的基本原理是在基因组的特定位置产生双链DNA断裂(Double-strandedbreak,DSB)后通过非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)或同源重组(Homologous recombination,HR)的方式进行修复。随着对核酸酶更深入的研究,基因组编辑技术也得到了快速发展,其中最常使用的核酸酶主要包括巨型核酸酶、锌指核酸酶、转录激活因子样效应物核酸酶以及成簇的规律间隔的短回文重复序列相关蛋白(Clusteredregularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-associated proteins (Cas)。文中在介绍上述基因组编辑技术的发展及作用原理的基础上,主要综述了CRISPR/Cas9系统在基因功能鉴定、疾病模型建立、基因治疗和免疫治疗等应用领域的研究进展,并对其未来发展进行了展望。     

斑马鱼和鲤miR-1-2/133a-1基因间序列活性和调控研究

分别以斑马鱼(Danio rerio)和鲤(Cyprinus carpio L.)为研究材料, 通过克隆斑马鱼和鲤miR-1-2和133a-1的基因间增强子序列, 利用活体和离体实验探讨其是否具有肌肉特异性; 并通过荧光素酶报告系统等研究转录因子MyoD是否调控该序列。研究结果显示: 在活体实验中, 无论斑马鱼还是鲤, miR-1-2/133a-1基因间序列均有肌肉特异性, 且保留有保守区域(cr, 含有E-box)的序列, 注射72h后GFP表达量明显高于其他突变体。体外细胞实验也显示, 转染含有cr序列的实验组, 分化后的荧光素酶活性明显高于分化前。进一步探讨MyoD对miR-1-2/133a-1基因间序列的调控作用结果显示: 无论是斑马鱼还是鲤, miR-1-2/133a-1基因间序列活性均受MyoD调控。结果为完善鱼类肌肉发育机理, 及未来的鱼类分子育种奠定基础。     

2-羟基-3-甲基蒽醌抑制结直肠癌的作用及机制研究

为观察2-羟基-3-甲基蒽醌(HMA)对结直肠癌细胞增殖的影响并探讨其作用机制,本研究采用CCK8法检测HMA对结直肠癌细胞增殖的影响;Heochst-33343/PI染色检测细胞凋亡情况;同时检测细胞内ROS及GSH含量变化并应用Western blot检测细胞凋亡相关蛋白及Keap-1/Nrf-2/ARE信号途径相关蛋白的表达。实验结果显示,HMA给予结直肠癌细胞后,细胞内ROS含量升高,GSH含量减少;HMA通过抑制Keap-1/Nrf-2/HO-1通路,诱导细胞发生凋亡。综上表明HMA具有抑制结肠癌细胞增殖的作用,其机制可能与破坏细胞内氧化还原平衡,抑制Keap-1/Nrf-2/HO-1通路有关。     

三级串联垂直潜流人工湿地的脱氮性能及微生物学特征

探究了3种水力负荷(HLR)下三级串联垂直潜流人工湿地(T-VFCWs)对农村生活污水的处理效果,并解析了系统中的氮素转化机制。结果表明: 当系统HLR由0.10增至0.20 m³·m^-2·d^-1时,T-VFCWs始终保持着对农村生活污水高效的处理效果,系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。T-VFCWs中顺次连接的3个VFCW单元(标记为V-1、V-2和V-3)在限氧环境下因其进水水质的差异可形成各自不同的氮素转化途径,并通过协同作用实现系统的高效脱氮。当T-VFCWs在试验期间连续运行时,V-1、V-2和V-3中主要的脱氮途径分别为短程硝化/反硝化作用、基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用和反硝化作用,上述3单元对进水中总氮(TN)和NH₄⁺-N去除的贡献率分别为(51.3±4.4)%和(63.7±2.6)%、(30.9±4.8)%和(35.5±4.5)%、(17.8±5.0)%和(0.8±0.1)%。该研究可为组合式人工湿地的研发及工程化应用提供科学依据和技术支撑。     

黄芪汤对延缓C离子辐射致大鼠肾组织细胞凋亡的影响及相关机制

目的: 探讨黄芪汤抑制¹²C⁶⁺离子辐射脑模型鼠肾组织细胞凋亡的分子保护机制。方法: 50只SPF级Wistar大鼠随机分为正常对照组,单纯辐射模型组,黄芪汤(高、中、低剂量)组。正常对照组和单纯辐射模型组给予等体积生理盐水灌胃10 ml/(kg·d),黄芪汤治疗组分别灌胃给予黄芪汤18、9、4.5 g/(kg·d),连续给药2周。7 d后除正常对照组外,其余各组大鼠脑组织给予4Gy ¹²C⁶⁺离子束单次照射,辐射后第7日处死各组大鼠。HE染色法观察大鼠肾脏的病理形态变化,ELISA法检测大鼠血清IL-6的含量,实时荧光定量PCR法测定大鼠肾脏Bcl-2、Bax和Caspase-3的基因表达,免疫组化法检测大鼠肾脏Bcl-2、Bax、Caspase-3和NF-κB的蛋白表达。结果: 与正常对照组比较,单纯辐射模型组体重和肾脏指数均显著降低,血清IL-6的含量显著升高,肾脏Bcl-2的基因表达和蛋白表达均显著降低,Bax和Caspase-3的基因表达和蛋白表达均显著升高,NF-κB的蛋白表达也显著升高(P＜ 0.01),单纯辐射组肾小球系膜细胞明显增生,肾小管间质血管明显扩张充血,肾小管管腔狭窄、不规则。与单纯辐射模型组相比,黄芪汤高剂量组体重和肾脏指数均明显升高,黄芪汤各干预组肾脏Bcl-2的基因表达和蛋白表达均显著升高(P＜0.05或P＜0.01);而黄芪汤中、高剂量组Bax和Caspase-3的蛋白表达均显著降低,各干预组血清IL-6的含量显著降低,肾脏Bax和Caspase-3的基因表达均显著降低,肾脏NF-κB的蛋白表达显著下降(P＜0.05或P＜0.01),黄芪汤高剂量组可见肾小球系膜细胞增生情况明显改善,肾小管轮廓清晰。结论: 黄芪汤对¹²C⁶⁺离子辐射脑模型鼠的肾损伤具有一定的防护作用,其作用机制可能与调控Bcl-2/NF-κB信号通路有关。     

IL-21单克隆抗体对MRL/lpr狼疮小鼠的治疗作用*

目的: 探讨IL-21单克隆抗体对MRL/lpr狼疮小鼠的免疫治疗作用。方法: 将20只MRL/lpr狼疮小鼠随机分为模型组和治疗组,每组10只;同年龄同性别C57BL/6小鼠10只作为正常组。治疗组小鼠每周腹腔注射IL-21单克隆抗体(100 μg),正常组及模型组小鼠每周腹腔注射等量生理盐水(100 μg),连续干预8周。干预结束后观察小鼠皮毛、活动等一般性状及浅表淋巴结大小,并采集小鼠血液、尿液及肾脏标本。采用Western blot法检测三组小鼠肾组织中IL-21蛋白表达情况;采用ELISA法比较三组小鼠血清抗ds-DNA抗体、ANA抗体、血尿素氮、肌酐和炎症因子IL-17A、TGF-β1水平;采用生物化学法比较三组小鼠24 h尿蛋白水平。结果: 与正常组比较,模型组小鼠肾组织IL-21、血清抗ds-DNA、ANA抗体水平、尿素氮、肌酐、IL-17A浓度及24 h尿蛋白水平均升高(P＜0.05),TGF-β1浓度降低(P＜0.01);与模型组比较,治疗组小鼠肾组织IL-21、血清抗ds-DNA、ANA抗体水平、尿素氮、肌酐、IL-17A浓度、24 h尿蛋白水平均降低(P＜0.05),TGF-β1浓度升高(P＜0.01)。结论: 腹腔注射IL-21单克隆抗体可改善MRL/lpr狼疮小鼠免疫功能与肾损害,提示治疗机制可能与重塑Th17/Treg相关细胞因子平衡有关。     

不同训练方式对大鼠骨骼肌纤维类型转化和CaMK II/MEF2传导途径的影响*

目的: 探讨间歇速度训练和耐力训练对大鼠骨骼肌纤维类型转化及钙调蛋白激酶/肌细胞增强因子2(CaMK II/MEF2)信号传导通路的影响。方法: 成年雄性SD大鼠(8周龄)18只,随机分成间歇速度训练组(IST),耐力训练组(ET),设空白组(C),每组6只,IST组采用75 m/min×1 min、20 m/min×1 min的交替训练6次,跑台坡度15,持续时间12 min/d;ET组采用速度30 m/ min、跑台坡度7、持续时间90 min/d的耐力训练。干预8周后,分别取小鼠右侧胫骨前肌、比目鱼肌,酶联免疫吸附法检测骨骼肌琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)活性,ATP酶染色法观察I、Ⅱ型肌纤维面密度、数密度变化情况,SDS-PAGE凝胶电泳技术观察骨骼肌MHC亚型百分比含量、骨骼肌mRNA表达谱测序分析及qRT-PCR技术检测CaN、CaMKII、MEF2水平。结果: 相比C组,ET组SDH活性显著上升,LDH活性降低(P＜0.05);IST组胫骨前肌中LDH活性值升高(P＜0.01)。ET组胫骨前肌MHCIIa%升高,MHCIIb%降低(P＜0.05),比目鱼肌MHCI% 和MHCIIa%升高,MHCIIb%均降低(P＜0.05)。相比IST组,ET组胫骨前肌MHCIIx%升高(P＜0.05)。相比C组,ET组胫骨前肌 I、II 型纤维纤维密度上升,IST组II型纤维纤维密度提高,IST组、ET组比目鱼肌I型纤维纤维密度上升(P＜0.05)。相比C组,ET组骨骼肌CaN、CaMKII、MEF2 mRNA表达水平增高,IST组CaN、CaMKII、MEF2 mRNA表达水平下降(P＜0.01)。Illumina高通量测序筛选骨骼肌纤维转化相关因子及关联分析,运动干预促使骨骼肌纤维转化相关因子表达变化富集于TGF-β/Smad3、CaN/MEF2、AdipoQ等信号通路,而耐力训练显著提高骨骼肌纤维转化、干细胞功能相关信号通路的富集。结论: 耐力训练促进向氧化型肌纤维转化(慢肌),而间歇速度训练向酵解型肌纤维转化(快肌),并伴随着CaMK II/MEF2传导途径中CaN、CaMKII、MEF2基因的高表达。     

莱菔子乙醇提取物对ApoE-/-小鼠血脂血糖及肝脂肪变性的影响*

目的:探讨莱菔子乙醇提取物(AERS)对ApoE^-/-小鼠血脂血糖及肝脂肪变性的影响及其机制。方法:随机将60只ApoE^-/-小鼠分为对照组(CG)、生理盐水组(NG)、罗格列酮组(RG)、AERS治疗组,后者再分成AERS低、中、高剂量组(AERS-L/M/H),每组10只。除CG常规饲料外,其他动物均以高脂高糖高盐饲料饲养9周,CG和NG分别每天以等容量NS灌胃1次,RG每天灌胃罗格列酮(1.33 mg·kg^-1,NS稀释成等容量溶液,每次0.2 ml·10 g^-1),AERS组动物每天分别予AERS灌胃(100、300和900 mg·kg^-1)9周后。肝病理学观察,检测FPG、FIns,计算胰岛素抵抗指数(IRI)和肝系数(LC)。检测血清ALT、AST、瘦素(LEP)、TNF-α及血脂水平(TC、FFA等)。Western blot检测肝脂质代谢相关蛋白表达(HMG-R、LDL-R、LEP-R)。结果:与CG相比,NG和RG肝脏外观(色泽、肿胀情况等)和病理学(脂肪变性、肝细胞坏死等)改变明显,而AERS-M/H与CG相似;与CG相比,血清FPG、Fins、IRI、ALT、AST、TNF-α、LC、TG、LDL-C、FFA、LEP等指标明显升高(P＜0.05);与NG相比,AERS呈现剂量依赖性降低(P＜0.05);与RG相比,AERS-H的FPG、Fins明显升高(P＜0.05),而IRI明显降低(P＜0.05);与NG和RG相比,AERS组的HMG-R和LEP-R蛋白表达呈剂量依赖性减少,而LDL-R蛋白表达呈剂量依赖性增加(P＜0.05)。结论:AERS能阻止高脂高糖饲料诱导ApoE^-/^-小鼠血脂血糖升高及肝脂肪变性,其机制与减少FFA和LEP的生成,抑制TNF-α、HMG-R、LEP-R蛋白表达和促进LDL-R的蛋白表达有关。     

触觉受体NOMPC及听觉受体TMC的发现

人类感觉包括：视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉,还有温觉、痛觉等. 生物体是如何感知物理世界的问题一直吸引着人类,虽然在不同感知觉受体的发现及研究过程中不断取得新的突破性进展,但是对这些感知觉基础生物学层面的理解仍然有限. 2021年度诺贝尔生理学或医学奖授予感知觉研究领域,以表彰David Julius和Ardem Patapoutian 在感知温度与触觉受体的发现上做出的深远而广泛的贡献. 对于听觉研究而言,虽然早在1961年就获得诺贝尔奖,但是听觉受体的研究仍然不足. 本文着重对无脊椎动物触觉及听觉受体NOMPC、哺乳动物听觉受体TMC的发现及研究进程进行详细介绍,并对未来感知觉领域的发展提供建议.     

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(caspase-1)对猪伪狂犬病毒复制的影响

猪伪狂犬病是伪狂犬病毒(Pseudorabies virus,PRV)感染引起的一种烈性接触性传染病,其感染宿主会触发机体先天免疫应答,引起I型干扰素(Type I interferon,IFN-1)和炎性细胞因子等细胞因子的产生,为研究可诱导产生炎性细胞因子的含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase 1,caspase-1)的基因敲除对PRV复制的影响,本试验利用近年来发展迅速的一项规律性短重复回文序列簇/Cas9核酸酶(Clustered regulatory interspaced short palindromic repeat/CRISPR associated system 9,CRISPR/Cas9)基因定点修饰技术构建猪肾上皮细胞(Porcine kidney epithelial cells,PK15)caspase-1基因稳定敲除细胞系,并通过T7核酸酶检测敲除效率;细胞毒性(Cell counting kit-8,CCK-8)试剂盒检测PK15敲除caspase-1增殖影响;采用流式细胞术检测PRV-GFP感染PK15以及PK15-caspase-1^-/-的增殖差异;实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,RT-PCR)检测PRV-gB、TK及白细胞介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IFN-β、干扰素刺激基因(Interferon-stimulated genes 20,ISG20)mRNA的表达;Western Blot检测PRV-gB蛋白表达;滴度测定检测子代病毒滴度。结果表明,2对特异性单链引导RNA(Single guide RNA,sgRNA)均能对caspase-1进行基因编辑,但经T7核酸酶酶切进行基因编辑效率分析结果表明sgRNA2的基因编辑效率较高;CCK-8试剂盒检测细胞活力结果表明caspase-1基因敲除对PK15以及PK15-caspase-1^-/-细胞活力无影响(P>0.05);流式细胞仪检测结果表明PRV-GFP在PK15-caspase-1^-/-中的增殖显著低于PK15细胞(P<0.05);定量RT-PCR结果表明PRV-gB、TK基因在PK15-caspase-1^-/-的mRNA表达显著低于PK15细胞(gB:P<0.05,TK:P<0.05),而IFN-β、ISG20基因在PK15-caspase-1^-/-的mRNA表达显著高于PK15细胞(gB:P<0.05,TK:P<0.05);Western Blot结果表明,PRV的gB蛋白在PK15-caspase-1^-/-的表达显著低于PK15细胞(P<0.05);滴度测定结果表明,敲除caspase-1能够抑制PRV子代病毒的增殖。以上结果均表明caspase-1基因敲除可抑制PRV在PK15细胞中复制。