特殊模型如何助力科学家们进行多种疾病的研究？

本文中，小编整理了多篇研究成果，共同解读科学家们如何利用特殊模型来助力多种疾病的研究，分享给大家！

图片来源：es.wikipedia.org

【1】bioRxiv：特殊模型有望帮助预测新型冠状病毒的潜在药物靶点

doi：10.1101/2020.02.26.961938

近日，一篇发表在预印版平台bioRxiv上题为“Predictions for the binding domain and potential new drug targets of 2019-nCoV”的研究报告中，来自北京科技大学的研究人员通过研究成功预测了新型冠状病毒（2019-nCoV）的结合域和新型潜在的药物靶点。

研究者表示，通过对冠状病毒进行进化分析，他们发现，2019-nCoV可能起源于蝙蝠，2019-nCoV的S蛋白或能通过与人类细胞ACE2受体相互作用来进入宿主细胞，这或许就揭示了2019-nCoV的发病机制；另一方面，2019-nCoV还与蝙蝠冠状病毒RATG132共享了大约96.2%的序列，通过对比2019-nCoV的S蛋白（GenBank：MN908947.3）的氨基酸序列与蝙蝠SARS样冠状病毒分离株bat-SL-CoVZC45和蝙蝠SARS样冠状病毒分离株Bat-SL-CoVZXC21，后两者分别与2019-nCoV具有89.1%和88.6%的序列一致性，因此就有用一种假设认为，2019-nCoV或许与蝙蝠SARS样冠状病毒拥有相同的致病通路。

【2】iScience：果蝇模型帮助揭示病原体感染机制

doi：10.1016/j.isci.2020.100865

艰难梭菌是已知会引起腹泻等肠道紊乱的病原菌。在西方国家，梭状芽胞杆菌感染病例的流行已逐渐严重，仅在美国，每年报告的死亡人数就达到了29，000例。最近，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物学家正在从新开发的普通果蝇模型中寻找艰难梭菌感染的机制，以帮助开发对抗病原体的新疗法。他们相关结果发表在《iScience》杂志上。

研究者表示，艰难梭菌感染给住院患者带来了严重风险。这项研究揭示了这种病原体如何通过产生毒性因子而在于其他益生菌的竞争中取得优势。这些机制可以帮助制定控制这种病原体感染并减少其症状的新策略。与大多数细菌病原体一样，艰难梭菌会分泌毒素，这些毒素会进入宿主细胞，破坏关键的信号传导途径并削弱宿主的正常防御机制。其中，致病力最强的艰难梭菌菌株会释放出两组毒素，触发一系列复杂的细胞反应，最终形成长膜突起，使细菌更有效地附着在宿主细胞上。

【3】Neuroimage：大脑模型揭示中风与损伤背后的机制

doi：10.1016/j.neuroimage.2019.116412

近日，一项刊登在国际杂志Neuroimage上的研究报告中，来自布法罗大学的一名神经影像研究人员开发了一种人类大脑的计算机模型，该模型比现有方法更真实地模拟了实际的大脑损伤模式。这项进步代表了两种建立数字模拟环境的方法的结合，该数字模拟环境可以作为特定神经损伤假设的试验场，从而帮助中风受害者和其他脑损伤患者。

研究者表示，这种模型与大脑的功能连接精确地联系在一起，并能够证明认知障碍的现实模式。由于该模型反映了大脑的连接方式，因此我们可以以提供洞察力的方式来操纵它。例如，深入研究可能受损的患者大脑区域。这些发现为识别和理解大脑网络及其功能提供了强有力的手段，这可能导致曾经无法实现的发现和理解的可能性。

【4】J Theor Biol：一种新型模型或能帮助揭示机体免疫系统为何有时会帮助癌症扩散

doi：10.1101/565531

近日，一项刊登在国际杂志Journal of Theoretical Biology上的研究报告中，来自阿尔伯塔大学的科学家们通过研究开发出了一种新型模型，其或能帮助解释机体免疫系统如何与癌症相互作用，这在某些情况下或能帮助癌症扩散到机体其它部位。

研究者Thomas Hillen表示，此前研究表明，有时候机体免疫系统的作用或许会与我们的预期相反，然而有很多不同的机制会使得这种情况发生；一般来讲，肿瘤会诱骗免疫系统让其误认为肿瘤是健康身体系统的一部分，免疫系统能帮助提供血液供给并为肿瘤提供生长因子，其还能抵御其它免疫细胞对肿瘤的破坏，并促进癌细胞扩散。

【5】EbioMedicine：科学家开发出新型计算模型 有望向癌症个体化疗法迈进一步

doi：10.1016/j.ebiom.2019.10.051

近日，一项刊登在国际杂志EbioMedicine上的研究报告中，来自赫尔辛基大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新型计算模型—结合重要性评分(CES，Combined Essentiality Scoring)模型，其能准确识别出癌细胞中必要的基因，从而帮助开发新型抗癌药物。

癌症是全球引发人群死亡的主要原因，其生长速度极快且会表达多种特殊基因，目前研究人员正在研究新型靶向性疗法来抑制仅在癌细胞中被激活的关键基因（对机体正常细胞副作用较小）。高通量的遗传筛查能够帮助评估维持癌细胞生存的基因的重要性，诸如这种方法就能帮助研究人员确定多种类型癌细胞系中几乎所有基因的评分。然而，评估基因重要性的可复制性的挑战常常会阻碍科学家们对药物靶点的探索和发掘；研究者Wenyu Wang表示，shRNA和CRISPR-Cas9是两种用来进行高通量遗传筛查的常用技术，尽管改进了质量控制，但这两种技术所产生的基因重要性评分在同一种癌细胞系上往往存在一定的差异。

图片来源：Jenna Gaska, Princeton University

【6】Nat Med：肝脏3D模型有助于诊断肝病

doi：10.1038/s41591-019-0660-7

非酒精性脂肪肝病正成为发达国家中最常见的慢性肝病。组织学分析是诊断和区分疾病不同阶段的唯一被广泛接受的测试。但是，该技术仅以提供肝脏组织的低分辨率二维图像，而忽略了潜在的重要3D结构变化。对此，来自德国的Max Planck分子细胞生物学和遗传学研究所的研究人员为不同疾病阶段的人体肝脏组织建立了3D几何功能模型。它们揭示了新的关键组织改变，提供了对病理生理学的新见解，并为高清医学诊断做出了贡献。

非酒精性脂肪肝疾病的特征在于肝脏中脂肪的积累，由于除酒精摄入以外的原因引起的胰岛素抵抗。它包括从简单脂肪变性（“非进行性”和可逆性）到非酒精性脂肪性肝炎的一系列肝脏疾病，这些疾病可能发展为肝硬化，肝癌或肝衰竭。在2017年，估计全球有24％的人口受到该疾病的影响，这使其成为慢性肝病的主要原因。肝组织的常规组织学分析是诊断疾病进展的金标准，但它有几个缺点：肝组织的低分辨率2D图像仅允许进行半定量评估，并且它可能是主观的，因为它取决于病理学家的技能。最重要的是，肝脏具有复杂的3D组织结构：它由功能单元，肝小叶（包含两个相互缠绕的网络），血流和胆小管组成。这样的架构使得难以从2D组织学图像掌握3D组织和整体组织结构。

【7】Nature：华人科学家开发微流体类胚胎模型，助力揭开胚胎发育的秘密

doi：10.1038/s41586-019-1535-2

早期人类胚胎发育包括广泛的谱系多样化、细胞命运分化和组织模式。尽管早期人类胚胎发育具有基础性和临床重要性，但由于种间差异和对人类胚胎样本的可获得性有限，科学家们目前为止仍然不清楚对早期人类胚胎发育的原因。为了揭示其中的秘密，来自密西根大学的华人科学家Jianping Fu和加州大学的研究人员合作，报告了一种人类多能干细胞(hPSCs)体外微流控培养系统，相关研究成果发表在Nature上。

这种系统以一种高度可控和可伸缩的方式，模拟了上胚层和羊膜外胚层部分的发育，包括外胚层的腔内形成和由此产生的前羊膜腔，双极胚胎囊的形成，以及原始生殖细胞和原始条纹细胞的分化。研究人员进一步证明羊膜外胚层样细胞作为一个信号中心，在人乳头状细胞中触发类似于胃泌素的事件。

【8】Nature：基因编辑技术开发猴子模型可用于治疗自闭症

doi：10.1038/s41586-019-1278-0

利用基因组编辑系统CRISPR，麻省理工学院和中国的研究人员开发了自闭症的猴子模型。这些猴子表现出一些特定的，类似于患有自闭症的人类患者的行为特征和大脑连接模式。此前，基于自闭症和其他神经发育障碍的小鼠模型，科学家们研究出了许多候选药物用于临床试验，但它们都没有成功。然而，这种新型模型可以帮助科学家们为某些神经发育障碍开发更好的治疗方案。

研究者表示，我们的目标是创建一个模型，帮助我们更好地了解自闭症的神经生物学机制，并最终发现更易于转化人体临床的治疗方案，我们迫切需要新的治疗方案来治疗自闭症谱系障碍，迄今为止针对小鼠的治疗方法并不令人满意；虽然小鼠研究仍然非常重要，但我们相信灵长类遗传模型将帮助我们开发更好的药物。

【9】Breast Cancer Res：新模型揭示乳腺癌恶化机制

doi：10.1007/s10585-019-09968-z

在最近一项研究中，弗吉尼亚联邦大学梅西癌症中心的科学家确定了调节肿瘤细胞向重要器官传播的关键生物途径。这些发现可能对减缓或预防乳腺癌转移的新疗法的发展产生重大影响。癌细胞转移是指癌细胞向其他器官的扩散的过程。一旦疾病扩散，癌症治愈的可能性就会大大降低。事实上，几乎所有乳腺癌死亡都是由重要器官内的转移引起的。

来自VCU医学院的研究人员旨在更好地了解癌症特异性和器官特异性基因组特性对乳腺癌细胞转移的影响；使用含有来自乳腺癌患者细胞的小鼠模型，Harrell开发了在人类中发现的不同类型乳腺肿瘤的新型转移表征。“这些是第一个描述癌细胞在扩散到不同器官后如何发生遗传变化的模型，同时也证明了该器官如何对入侵的癌细胞进行遗传反应。

【10】eLife：科学家在丙肝病毒感染动物模型研究上获重大进展！

doi：10.7554/eLife.44436

近日，一项刊登在国际杂志eLife上的研究报告中，来自普林斯顿大学的科学家们通过研究表示，小鼠和人类机体中肝细胞蛋白的微小差异或会对丙肝病毒的复制产生明显效应，这或有望帮助开发丙肝病毒感染的小鼠模型。

如今在全球有超过7000万人遭受丙肝病毒慢性感染，这往往使得感染者面临肝癌和肝硬化的风险，目前并无有效的疫苗来预防丙肝病毒感染，这在很大程度上是因为丙肝病毒在天然状况下仅会感染人类和黑猩猩；研究者Jenna Gaska表示，我们想要更好地理解除了人类外，丙肝病毒在动物机体中进行复制还需要什么，这项研究中我们开发出了一种改进型的动物模型，其能帮助研究病毒的感染机制并帮助开发抵御丙肝病毒感染的新型疫苗。（生物谷Bioon.com）

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