利用果蠅模式動物來研究人類遺傳疾病

利用果蠅模式動物來研究人類遺傳疾病 (Animal Model)
國立臺灣師範大學生命科學系葉柏安博士生/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

人類的遺傳性疾病，在過去，一直是無解的問題。比方說，如果我們想對病人進行藥物治療，在篩選藥物方面，又不能直接用病人來測試。即便有病人自願測試，篩選藥物的效率也不高，而且風險很大。

所以，人類遺傳疾病藥物的發展一直很緩慢。爾後，拜現代生物科技之賜，科學家們將人類致病的基因，轉殖至動物，使該基因轉殖動物來模擬人類的遺傳疾病 (圖一)。
經過大量繁殖這些疾病模式動物，就可以拿來這些「模式動物」來測試多種藥劑。經過模式動物的測試，有改善疾病的藥物，且毒性少的藥物，便可以進入臨床試驗。這可以大大提高藥物篩選的效率，減低藥物篩選的風險。

基於過去近兩百年的研究背景，果蠅奠定了深厚的遺傳基礎。果蠅模式動物，基於過去完善的遺傳背景研究，近年來，許多人類的遺傳疾病基因，紛紛轉移至果蠅或老鼠等動物，進行各項研究，包括尋找可能治療疾病的藥物，或是研究整個疾病致病的分子機轉等。線蟲模式動物，因為基因轉殖的效率較高，也常被拿來做各項基因的研究。但相對於線蟲，果蠅擁有眼睛、腳等構造，較似人類。老鼠為哺乳類動物，目前是最流行的似人類模式動物。但由於老鼠的生命週期相當長（大約3~4年），相對於果蠅而言（大約60天），比較不利於研究跟壽命有關的實驗。尤其是當我們在評估一個疾病的嚴重性時，基因轉殖模式動物壽命的長短，是一個很重要的評估標準。

目前模式動物帶有人類遺傳疾病有，帕金森氏症 (Meredith et al., 2008; Zigmond and Stricker, 1984)，阿茲海莫症 (Sommer, 1998; Woodruff-Pak, 2008)（圖二），肌肉萎縮症等 (Hsieh-Li et al., 2000)。尤其是肌肉萎縮的模式老鼠，是由台灣本土研究員，所製造世界第一隻的基因轉殖鼠。

圖一 人類遺傳疾病動物模式的建立

將人類致病的基因，轉殖至動物，建立模擬人類遺傳疾病的模式動物（Animal Model）。以便科學家們研究該疾病的致病機轉，甚至進行藥物治療。圖中的模式動物，由左而右分別是，果蠅、線蟲和老鼠。

圖二 利用果蠅複眼研究人類神經退化性疾病之A-D 為果蠅複眼之掃瞄式電子顯微鏡圖片。A, B 為野生型果蠅複眼。有非常規則的六角蜂窩狀排列。 C, D 將疑似導致阿茲海莫症的超磷酸TAU蛋白，表現在果蠅的複眼，造成不規則且粗糙的複眼形態。標準尺 200 μm (C), 20μm (D)。

參考資料
1. Hsieh-Li, H. M., Chang, J. G., Jong, Y. J., Wu, M. H., Wang, N. M., Tsai, C. H. and Li, H. (2000). A mouse model for spinal muscular atrophy. Nat Genet 24, 66-70.
2. Meredith, G. E., Totterdell, S., Potashkin, J. A. and Surmeier, D. J. (2008). Modeling PD pathogenesis in mice: advantages of a chronic MPTP protocol. Parkinsonism Relat Disord 14 Suppl 2, S112-5.
3. Sommer, B. (1998). Recent advances in transgenic model development for Alzheimer’s disease. Expert Opin Investig Drugs 7, 2017-25.
4. Woodruff-Pak, D. S. (2008). Animal models of Alzheimer’s disease: therapeutic implications. J Alzheimers Dis 15, 507-21.
5. Zigmond, M. J. and Stricker, E. M. (1984). Parkinson’s disease: studies with an animal model. Life Sci 35, 5-18.