來自美國馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家在PLOS One雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中指出，在細(xì)胞水平上果蠅對胰島素的響應(yīng)跟人類很像，這令這些常見的、易于繁殖的昆蟲非常適合用于新型糖尿病治療中的實(shí)驗(yàn)室研究。這項(xiàng)研究將加速了糖尿病的研究進(jìn)程。
常見的果蠅Drosophila melanogaster（即黑腹果蠅），看上去它就像一個(gè)長著翅膀的芝麻，能夠產(chǎn)生數(shù)以千計(jì)的后代，它的生活史很短，在一個(gè)月左右。這些生物在很多方面跟人類不同，但是它們跟我們共用超過60%的遺傳密碼。馬里蘭大學(xué)的Leslie Pick和Georgeta Crivat等科學(xué)家們都發(fā)現(xiàn)，這些相同之處控制著在兩個(gè)物種中都起作用的基本生物過程。
Drosophila melanogaster，非常容易繁殖、飼養(yǎng)和用于實(shí)驗(yàn)室研究，因此被廣泛應(yīng)用于科研中。馬里蘭大學(xué)昆蟲學(xué)系的主席Pick進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過利用有關(guān)果蠅的相對簡單的基因組信息來闡明人類的生物學(xué)過程。她的研究主要關(guān)注的是，是否果蠅也利用跟人類和其它哺乳動物一樣的胰島素。Pick說，“我們希望利用所有我們已經(jīng)有效用于果蠅的遺傳學(xué)工具。我們能夠大量地、非常快地飼養(yǎng)它們，因此能夠設(shè)置有效的篩選試驗(yàn)來評估新的糖尿病治療”。
Pick及其共同作者在11月6日PLOS One雜志上發(fā)表的這項(xiàng)研究成果中，發(fā)現(xiàn)人類用來調(diào)節(jié)血糖的基本機(jī)制——在糖尿病患者體內(nèi)，這個(gè)過程出錯(cuò)——實(shí)際上與果蠅相同。
在人體內(nèi)，胰島素控制葡萄糖——供給哺乳動物細(xì)胞能量的一種糖——的產(chǎn)生和運(yùn)輸。葡萄糖到人體細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，開始于胰島素結(jié)合到細(xì)胞上一個(gè)專門的胰島素受體。這引起一個(gè)稱為GLUT4的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從細(xì)胞內(nèi)部轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上，使得葡萄糖通過細(xì)胞膜，從血液中進(jìn)入到細(xì)胞中。而在糖尿病患者體內(nèi)，這個(gè)過程出錯(cuò)，使得糖在血液中積累。在主要糖尿病類型——糖尿病類型1中，人體不能產(chǎn)生胰島素，在糖尿病類型2中，細(xì)胞關(guān)閉對胰島素的響應(yīng)，高的血糖水平能夠嚴(yán)重地?fù)p害很多器官。因此，這種疾病是世界上zui嚴(yán)重的健康問題之一。
果蠅的系統(tǒng)跟人體系統(tǒng)的差別很大。葡萄糖不是它們體內(nèi)糖的主要形式，它們也沒有像哺乳動物那樣的血液系統(tǒng)，所以研究者們不能確定是否胰島素在它們的細(xì)胞中起著跟在人體細(xì)胞中一樣的作用。但是，在2009年的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，Pick和合作者采用基因工程技術(shù)使5個(gè)類胰島素樣果蠅基因無效。
由此而產(chǎn)生的 “糖尿病果蠅”具有在人類糖尿病中出現(xiàn)的很多臨床癥狀。Pick說，“它們變的非常非常小和行動遲緩，體脂肪降低，血糖循環(huán)水平更高，不能很好的進(jìn)行繁殖。”Pick稱，其他試圖理解糖尿病的研究者們，在哺乳動物中也進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)，這些哺乳動物不能在這樣的遺傳改變中存活。 “雖然果蠅狀態(tài)不是很好，但是它們存活了下來，”Pick說。這表明，我們可以利用果蠅代替哺乳動物進(jìn)行更多糖尿病相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。
當(dāng)然，研究者們需要知道，發(fā)生在兩個(gè)物種中的細(xì)胞過程是否相似？Pick和合作者求助于美國國立衛(wèi)生研究院的Samuel Cushman——GLUT4的人體葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過程的共同發(fā)現(xiàn)者。這兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將他們的專業(yè)知識相結(jié)合，利用全內(nèi)反射熒光顯微鏡（Total internal reflection fluorescence microscopy, TIRFM），采用一個(gè)標(biāo)記GLUT4分的熒光標(biāo)簽，將GLUT4插入到果蠅體內(nèi)。
令科學(xué)家非常驚訝的是，盡管這個(gè)蛋白對果蠅來說是外源的，如同人類細(xì)胞對胰島素的反應(yīng)一樣，它們的細(xì)胞將GLUT4準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上。在高功率熒光顯微鏡下，“你能追蹤它們轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上的過程。”Pick說。“這非常的令人震驚。盡管我們希望這種情況發(fā)生，但是果蠅和哺乳動物之間存在如此多的差別，因此我們自己也持懷疑態(tài)度。”
研究者的下一個(gè)步驟是在果蠅尋找體內(nèi)承擔(dān)GLUT4任務(wù)的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。Pick稱，“利用果蠅模式來研究是否我們可以篩選促進(jìn)糖攝取的化合物——其單獨(dú)起作用或者與胰島素一起發(fā)揮作用，使糖尿病的治療更加有效。”
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