marinum 分枝杆菌感染成人斑马鱼结核的建模

斑马鱼 (斑马斑马) 是生物医学研究中广泛使用的动物模型, 是常见脊椎动物生物学的公认模型。斑马鱼已经适应了许多领域的研究模拟人类疾病和疾病, 从癌症¹和心脏病²到感染和免疫学研究的几个细菌³和病毒感染^4,5. 此外, 斑马鱼胚胎的前子宫发育使斑马鱼成为发育生物学⁶和毒理学^7,8的流行模式。

在许多研究领域, 包括感染生物学, 通常使用光学透明斑马鱼幼虫。第一个免疫细胞出现在 24 h 后受精 (hpf), 当原始巨噬细胞被检测到⁹。中性粒细胞是下一个免疫细胞, 出现在 33 hpf¹⁰左右。因此, 斑马鱼幼虫是可行的研究早期感染阶段和先天免疫的作用, 在缺乏自适应免疫细胞¹¹。然而, 成年斑马鱼具有完全功能的适应性免疫系统, 为感染实验提供了额外的复杂性层。T 细胞可以检测到3天后受精¹², B 细胞能够产生功能性抗体4周后受精¹³。成年斑马鱼拥有哺乳动物先天和适应性免疫系统的所有主要对应物。在抗体 isotypes 和淋巴组织解剖中发现了鱼类和人类免疫系统的主要区别。斑马鱼只有三抗体类¹⁴, 而人类有五¹⁵。在缺乏骨髓和淋巴结的情况下, 鱼的主要淋巴器官是肾脏和胸腺¹⁶和脾脏、肾脏和肠道作为次要淋巴器官¹⁷。尽管有这些差异, 其完全免疫武库的先天和自适应细胞, 成年斑马鱼是一个高度适用, 易于使用, 非哺乳动物模型的寄主-病原体相互作用的研究。

斑马鱼最近被建立了作为一个可行的模型研究结核病^{18,19,20,21,22}。肺结核是由结核分枝杆菌引起的一种机载疾病。根据世界卫生组织的数据, 结核病在2016年造成1.7人死亡, 是全球²³个单一病原体的主要死因。老鼠^24、25、兔子²⁶和非人类灵长类²⁷是结核病研究中最著名的动物模型, 但它们都面临着局限性。结核菌感染的非人类灵长类模型最接近人类疾病, 但由于严重的伦理考虑, 使用这种模式是有限的。其他动物模型受到 m. 型结核病宿主特异性的阻碍, 影响到疾病病理学。结核病建模的最大问题可能是人类疾病中广泛的感染和疾病结果: 结核病是一种非常异构的疾病, 从杀菌免疫到潜在的、活跃的和重新激活的感染²⁸, 这可能很难重现和实验模型。

marinum 分枝杆菌是 m.结核的近亲, 有3000同源蛋白, 85% 的氨基酸标识²⁹。m. marinum自然感染斑马鱼生产肉芽肿, 肺结核的标志, 在其^{内脏 19,30}。与其他用于结核病研究的动物模型不同, 斑马鱼生产许多后代, 它只需要有限的空间, 重要的是, 它是 neurophysiologically 最不发达的脊椎动物结核模型。此外, m marinum感染导致潜伏感染, 积极的疾病, 甚至杀菌的结核杆菌感染的成年斑马鱼密切模仿疾病的结果, 人类结核病^19,31,32. 在这里, 我们描述了成人斑马鱼的实验性结核模型的方法, 注射m. marinum入腹腔, 并利用定量 PCR 测量斑马鱼的结核杆菌负荷和免疫应答组织样本。