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编号:10502075
波形纤维蛋白转基因小鼠白内障的形态学观察
http://www.100md.com 《第四军医大学学报》 2000年第2期
     波形纤维蛋白转基因小鼠白内障的形态学观察

    周健 李燕 惠延年 马吉献

     摘 要: 目的 研究波形纤维蛋白转基因小鼠白内障形成的特点和晶状体的组织病理学改变. 方法 用显微注射法将12.7 kb鸡的波形纤维蛋白基因(vimentin)注入小鼠受精卵的雄前核内,发育成转基因小鼠. 经传代培育,建立了白内障转基因小鼠鼠系. 用裂隙灯检查小鼠白内障的形成,并在光镜下观察白内障小鼠晶状体的组织病理学改变. 结果 在3代转基因小鼠中,20只表现为白内障. 白内障出现的时间是生后4~8 mo,平均6 mo. 其中皮质型白内障18只,核型2只;单眼白内障8只,双眼者12只;双眼可同时发生或先后发生. 晶状体混浊程度随鼠龄的增加而加重. 光镜下发现晶状体上皮细胞排列紊乱,有多层排列,晶状体纤维细胞脱核不完全,赤道部细胞排列形态改变,晶状体纤维水肿. 结论 波形纤维蛋白转基因小鼠白内障的出现是后发的,并随鼠龄增加而加重,与人类老年性白内障表现相似. 它的形成与晶状体上皮细胞分化受阻有关.
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    关键词:白内障;波形纤维蛋白;小鼠,转基因模型;组织病理学

    0 引言

    1989年,Capetanaki等[1]为研究中间纤维蛋白(波形纤维蛋白,vimentin)在晶状体纤维细胞分化中的作用,将鸡的波形纤维蛋白基因导入小鼠的受精卵中,建立了波形纤维蛋白转基因小鼠,观察到由于波形纤维蛋白的过度表达,影响了正常晶状体纤维的分化,小鼠出现了明显的白内障. 自1991年以来,我们研究组也采用了类似技术,建立了波形纤维蛋白转基因小鼠鼠系,并报告了外源性波形纤维蛋白基因在小鼠晶体中的表达[2]. 经过对转基因小鼠的培育和传代,得到了3代20只转基因白内障小鼠. 现从形态学角度观察转基因小鼠晶状体的变化,为建立可用的白内障动物模型提供依据.

    1 材料和方法
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    1.1 材料 体质量约25 g 2月龄的ICR小鼠,雌雄兼用,由中国科学院动物中心提供. 昆明白小鼠(KMB),雌雄兼用,由第四军医大学动物中心提供. 鸡波形纤维蛋白基因VXBK,12.7 kb,经两步亚克隆于pUC18质粒载体,由Yassemi教授惠赠.

    1.2 方法 将鸡的波形纤维蛋白基因片段用显微注射法注入ICR小鼠受精卵的精原核内,再把此卵移入假孕的KMB小鼠输卵管中,待受精卵发育成为小鼠,即得到F1代小鼠[2,3]. 用Southern杂交法筛选出有外源性波形纤维蛋白基因整合的阳性转基因小鼠(Tg)[4],用Northern杂交法证实波形纤维蛋白基因在mRNA水平的表达,从而获得波形纤维蛋白转基因小鼠(TgM)[4]. 以此F1代小鼠作为首建者,与整合阴性的F1代转基因小鼠交配(因存活的F1代转移基因小鼠均为雄性),得到F2代白内障转基因小鼠;再用F1代、F2代白内障小鼠与正常小鼠交配分别产生F2,F3代杂合子后代;F2代白内障小鼠间交配产生F3代杂合子或纯合子后代. 小鼠发育至2 wk龄后,每周将小鼠眼散瞳,在裂隙灯下检查晶体混浊情况,并记录晶体混浊部位、程度和类型. 摘除F3-Tg16,F2-Tg14和正常小鼠双眼,在体式显微镜下拍照后置于40 g.L-1多聚甲醛固定液中,固定3 d,0.1 mol.L-1 PB漂洗半天,乙醇上行梯度脱水,二甲苯透明,浸蜡,石蜡包埋. 沿眼球矢状方向切片,用常规方法进行HE染色,光镜下观察并拍照.
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    2 结果

    2.1 波形纤维蛋白白内障转基因小鼠鼠系的建立 在三批转基因小鼠的培育中,共注射受精卵988枚,移植918枚,有72只F1代新生小鼠出生,存活66只,其中4只为整合阳性的转基因小鼠,一只获得mRNA表达,2只F1代整合阳性的雄性转基因小鼠生后7 mo出现单眼白内障,用它们与整合阴性鼠或正常小鼠交配得到F2代子鼠139只,存活94只,其中雄性26只,雌性68只,长至4~8 mo时,先后有17只鼠出现白内障,雄性4只,雌性13只. F3代33只子鼠,存活7只,一只雌性鼠已出现双眼白内障.

    表 1 波形纤维蛋白转基因小鼠存活及白内障出现情况

    Tab 1 Survival rate and occurrence of cataract

    in vimentin transgenic mice
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    Generation

    Survival rate (%)

    (survive/birth)

    Occurrence of cataract

    Age of

    occurrence(mo)

    Male

    Female

    Incidence rate (%)

    (cataract/survive)

    F1
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    91.7( 66/ 72)

    2

    0

    3.0( 2/ 66)

    7

    F2

    67.7( 94/139)

    4

    13

    18.1(17/ 94)

    4~8

    F3

    21.2( 7/ 33)
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    0

    1

    14.3( 1/ 7)

    4

    Total

    68.4(167/244)

    6

    14

    12.0(20/167)

    2.2 临床病理观察 在裂隙灯下观察,F1代2只转基因小鼠白内障发生在生后7 mo,F2代17只转基因小鼠白内障出现在生后4~8 mo,平均6 mo,F3代1只小鼠在生后4mo出现白内障. 从形态上分为两类,皮质性18只,核性2只. 根据晶状体混浊程度,将皮质性白内障分为初期、中期和晚期. 初期晶状体混浊多发生于后部皮质或周边部皮质,呈薄片状或环状,眼底红反光可见,中期中央皮质混浊区扩大、增厚,但在周边部仍有透明区,眼底红反光仍可见,后期晶状体皮质完全混浊,前囊膜下可见水泡,晶状体膨胀,前房变浅,眼底红反光消失. 核性混浊的核为棕黄色混浊,周边晶状体皮质仍可见透明区(Fig 1). 7只小鼠为单眼白内障,双眼同时出现白内障者6只,先后出现者7只. 在光镜下见白内障小鼠晶状体膨胀,前房变浅,中央深染范围扩大(Fig 2),晶状体上皮细胞排不整齐,有复层排列,前、后部浅层皮质中可见未脱核细胞,晶状体纤维肿胀,纹理不清(Fig 3~5),赤道部细胞弓状排列结构破坏,晶状体纤维细胞复层排列区延长,细胞伸长不完全,部分细胞向后囊方向延伸(Fig 6).t202-1.gif (11386 字节)
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    图 1 波形纤维蛋白转基因小鼠核性白内障

    Fig 1 Nuclear cataract in vimentin transgenic mouse F2-Tg14

    Upper two eyes:cataractous, Lower one:normalt202-2.gif (14955 字节)

    图 2 白内障眼的组织学

    Fig 2 Histology of cataractous eye. Notice the extent

    of lens nuclear area and the shallow anterior chamber HE ×10t202-3.gif (10620 字节)
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    图 3 正常晶状体的细胞分布

    Fig 3 Cells distribution in normal lens. Bow area of

    equatorial region, monolayer of epithelial cells lying

    the anterior capsular and no nuclei under the posterior region HE×50t202-4.gif (8415 字节)

    图 4 白内障晶状体的前囊下区改变

    Fig 4 Changes of the anterior region of cataractous lens.
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    Irregular arrangement and multilayer of epithelial cells under

    the anterior capsule, swollen and degenerated fibers and denucleated

    cells in the anterior cortex HE ×50t202-5.gif (9861 字节)

    图 5 白内障晶状体后部皮质区改变

    Fig 5 Posterior cortex of cataractous lens.
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    Denucleated cells in the posterior region HE ×50t202-6.gif (9336 字节)

    图 6 白内障晶体赤道区改变

    Fig 6 Equatorial region of cataractous lens.

    Notice the insufficient enlongation of fiber cells,abnormal movement of nuclei to the posterior region and

    disturbance of the bow configuration HE ×50
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    3 讨论

    我们发现波形纤维蛋白转基因小鼠白内障发生较晚,平均在生后6 mo出现,随鼠龄增加,晶状体混浊逐渐加重. 晶状体混浊早期出现在后部皮质或周边部皮质,可以分为皮质型和核型两种. 可单眼发病,也可双眼同时或先后发病. 这些特点与人类老年性白内障相似. 以往有关与年龄相关的白内障动物模型已有报告,如Emory小鼠[5,6]、SAM(senescence-accelerated mouse)小鼠[7]、ICR/1(Ihara hereditary rat)大鼠[8]等. SAMR/3小鼠白内障发生在生后10 wk左右,鼠龄增加,白内障发生率也增加,可由单眼发展为双眼白内障,晶状体混浊主要在后极部,以后极部突出、晶状体核脱位为特点[7]. ICR/1大鼠白内障出现较早,一般在生后30~44 d,初期表现为前部皮质放射状水裂隙形成,60 d时后囊下皮质混浊,约110 d时除前部深层皮质外晶状体完全混浊[8]. Emory小鼠白内障则发生较晚,纯合子者生后5~6 mo发生,杂合子者8~9 mo出现白内障,晶状体混浊出现在核周围,不断发展到整个核及皮质[5,6]. 该模型被认为是研究人类老年性白内障的动物模型[9].
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    从临床表现上看,波形纤维蛋白转基因小鼠白内障的发生特点与Emory小鼠模型相似.

    与以往白内障动物模型不同的是,波形纤维蛋白转基因小鼠白内障模型是利用转基因技术将已知的波形纤维蛋白基因导入鼠受精卵中,在小鼠发育成熟后才出现的白内障模型. 它不仅在表现上有与年龄相关的特点,而且它为我们探讨波形纤维蛋白基因是否与老年性白内障的形成有关提供了机会[1]. 组织病理学研究表明,波形纤维蛋白转基因小鼠晶状体的主要改变是晶状体上皮细胞的增生、分化受影响,表现为晶状体上皮细胞排列不规则,由正常的单层排列变为复层排列. 赤道部晶状体纤维细胞排列失去了正常的弓状形态,前后皮质中可见有核细胞,赤道部晶状体纤维细胞有向后极部移动倾向. 这种表现在Emory小鼠[10]和人老年性白内障[11]中也可见到. 这可能是上皮细胞分化成纤维细胞的过程受影响,出现了未脱核的纤维细胞. 晶状体纤维水肿,晶状体膨胀,晶状体纤维层状结构破坏是转基因的小鼠晶状体的另一改变. 这种改变在SAMR/3小鼠[7]和ICR/1大鼠[8]的晶体中均可见到. 不同类型的白内障模型的组织病理学改变各有特点,波形纤维蛋白的转基因小鼠白内障的特点是晶状体上皮细胞的分化受阻. 波形纤维蛋白转基因小鼠发生白内障的确切原因尚不清楚. 推测可能与波形纤维蛋白基因的功能有关. 在晶状体中波形纤维蛋白主要在晶状体上皮细胞内表达[12],是一种骨架蛋白. 但有研究表明波形纤维蛋白参与核与胞膜的连接和信息传导[13]. 外源性波形纤维蛋白基因导入,使波形纤维蛋白过度表达,额外的波形纤维蛋白加强了细胞核与膜的联系,影响了细胞的分化脱核过程,最终导致晶状体纤维变性、水肿、白内障形成. 波形纤维蛋白转基因小鼠还存在存活率低(平均68.8%),表达率低(平均12.0%)等问题. 但是从它的发生特点与年龄有关,它为我们提供了从波形纤维蛋白基因研究白内障的成因的角度看,波形纤维蛋白转基因小鼠白内障模型仍是有研究和利用意义的白内障模型.
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    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39670771)

    作者简介:周健(1965-),女(汉族),河南省南阳市人. 讲师,主治医师,博士研究生(导师惠延年),发表论文10篇. Tel.(029)3374694

    周健(第四军医大学西京医院眼科,陕西 西安710033)

    李燕(第四军医大学西京医院眼科,陕西 西安710033)

    惠延年(第四军医大学西京医院眼科,陕西 西安710033)

    马吉献(第四军医大学西京医院眼科,陕西 西安710033)

    参考文献:

    [1] Capetanaki Y, Smith S, Health JP. Overexpression of the vimentin gene in transgenic mice inhibits normal lens cell differentiation[J]. J Cell Biol, 1989;109(6):1653-1664.
, 百拇医药
    [2] 李 燕,惠延年,周 健et al. 波形纤维蛋白基因在转基因小鼠晶体的mRNA表达及人白内晶体的DNA扩增[J]. 中华眼科杂志,1995;31(2):105-108.

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