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编号:10227323
唐氏综合征动物模型肠神经系发育的动态观察
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1999年第6期
     作者:李继承 Busch LC Kunel W

    单位:310006 杭州, 浙江大学医学院组织胚胎学教研室淋巴学研究室(李继承);德国吕贝克医科大学解剖学研究所(Busch LC、Knel W)

    关键词:Down综合征;肠神经系;模型,动物

    中华医学杂志NATIONAL MEDICAL JOURNAL OF CHINA1999年 第6期 1999 【摘要】 目的 通过研究唐氏综合征动物模型16三体鼠肠神经系发育,揭示16三体鼠是否伴有先天性巨结肠。方法 通过免疫组织化学方法测定16三体胎鼠及同龄胎鼠蛋白基因产物9.5(PGP 9.5),并观察了肠神经系的形态学特征。 结果 16三体胎鼠肠神经系发育异常,肠肌间神经丛发育迟缓,肠粘膜下神经丛缺如,盲肠末端有5mm的无神经节区。但肠道外源性神经支配正常,肠系膜神经系发育良好。结论 唐氏综合征动物模型16三体鼠伴有先天性巨结肠,这种动物模型可用于研究先天性巨结肠病。
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    The development of the enteric nervous system in terisomy 16 mice with the occurrence of congenital megacolon LI Jicheng*, Busch LC, Künel W. *Department of Lymphology,Department of Histology and Embryology,Zhejiang University Medical school, Hangzhou 310006

    【Abstract】 Objectives To study the developmental defect of the enteric nervous system in trisomy 16 mice, an animal model for Down syndrome, and reveal the possibility of trisomy 16 mice with congenital megacolon. Methods We performed trisomy 16 mouse breeding, cytogenetic analysis of trisomy 16 mouse embryos and their normal litteermates from embryo day 13 - 18 (ED13 - ED18), protein gene product 9.5 (PGP 9.5)immunohistochemistry in section and whole mount preparations. Results Developmental delay of ENS was present in trisomy 16 mouse embryos by comparison with their normal littermates. No submucosal plexus was found in gut except 5 mm aganglionic bowel aparting from anus in trisomy 16 mice. The developed mesentery nervous fibers were shown as well as the innervated gut of trisomy 16 mouse embryos and their normal littermates. Conclusion Trisomy 16 mice occur with congenital megacolon, and trisomy 16 mice may be also regard as an animal model for Hirschsprung's disease.
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    【Key words】 Down syndrome Enteric nervous system Models,biological

    (Natl Med J China, 1999, 79:466-469)

    唐氏综合征是最早发现的染色体疾病,也是最常见的染色体疾病之一,其发生率约为1/700~1/1 500,对其研究已引起高度关注。由于该病资料少,开展这方面的研究尚有许多困难。德国吕贝克医科大学动物实验室首先培育成功16三体鼠[1] 。由于该鼠16号常染色体与人21号常染色体长臂远端21 q22 的基因序列一致[2] ,并且也表现为多系统、多器官的畸型[3] ,所以,16三体鼠是世界学术界公认的唐氏综合征动物模型[4,5] 。因唐氏综合征患者可伴有不同程度的肠神经系发育障碍,严重患者可伴有典型或不典型的先天性巨结肠。但是作为唐氏综合征动物模型的16三体鼠肠神经系发育情况尚少见报道。故我们对16三体鼠肠神经系的发生和发育缺陷进行了动态观察。
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    材料和方法

    1. 16三体鼠的培育:由NMR-1雌性小鼠与携带2个Robertsonian易位的Rb(16,17),Rb(11,16) 8LubtwLub3雄性小鼠交配后繁殖成16三体小鼠。以见到母鼠阴道粘液栓为胎龄的第1天。

    2.细胞遗传学分析:(1)腹腔内注射秋水仙素(0.02 mg/25~35 mg体重),1小时后,以断颈法处死孕鼠,取胚胎。(2)从每个胎鼠中取部分肝组织,用镊子撕碎,经0.563%KCl低渗处理后制成涂片,甲醛:乙酸(3:1)室温固定10分钟,风干涂片,光学显微镜观察。以镜下见到单个细胞内含2条Rb染色体、合计41条染色体者为16三体胎鼠。

    3.免疫组织化学法:(1)取16三体胎鼠和同窝同胎龄正常鼠固定在含4%多聚甲醛和2%苦味酸的磷酸盐缓冲液(PBS)中2小时。取肠管,在解剖镜下制备肠铺片,并作冰冻切片,切片厚12 μm。(2)PAP法:分别取肠铺片组织和切片,以10%正常羊血清(丹麦Dako公司)孵育30分钟,兔抗人蛋白基因产物(PGP)9.5抗体(Ultracolone, 1∶400)室温过夜, 羊抗兔IgG(丹麦Dako公司, 1∶100)过夜,兔PAP复合物(丹麦Dako公司, 1∶100), 室温过夜, 4-氯-1-萘酚作过氧化物酶呈色剂, 显色。PBS取代PGP 9.5 作阴性对照实验。(3 )ABC法: 组织经PGP 9.5室温孵育过夜, 生物素化羊抗兔IgG(美国Sigma公司, 1∶100) 6小时。然后与ABC复合物(美国Sigma公司, 1∶20)室温过夜。以4-氯-1-萘酚作过氧化物酶呈色剂, 显色。用PBS取代PGP 9.5 作阴性对照实验。标本用Zeiss 显微镜观察并拍照。(4)根据肠神经系发育的形态特征和PGP 9.5免疫反应性强度,对胎龄为13~18天的 16三体胎鼠和正常胎鼠进行连续动态观察。
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    结 果

    一、 细胞遗传学检查

    16三体胎鼠的染色体中有2条Rb染色体,合计41条染色体,并能排除假阴性(图1, 2)。

    二、 肠神经系的发育情况

    正常胎鼠肠神经系的发育经历早期、中期和晚期3个发育过程。早期:即14天胎龄期以散在神经元的出现为特征(图3);中期:即15~16天胎龄期,神经元会聚,神经节出现,胞体密度增加和神经轴突逐渐增粗,相互成垂直排列的初级和次级神经索,肌间神经丛的神经网络出现。晚期:即17~18天胎龄期,神经节体积增加,神经元数量增多。规则的肌间神经丛的神经网络中出现更为细小的三级神经突起;粘膜下神经丛出现,并与肌间神经丛沟通(图4)。肠神经系发育成熟的重要标志是粘膜下神经浅、深丛分化和肠绒毛出现PGP 9.5阳性神经纤维(图5)。在正常小鼠肠神经系的3个发育阶段,PGP 9.5对神经元、神经胶质和神经纤维的免疫反应性强度亦是随胎龄的增长而逐渐递增的。
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    与正常胎鼠比较,16三体鼠肠神经系发育严重不良。 在14~16天胎龄期,有散在神经元,数量随胎龄的增加而逐渐增多(图6)。17~18天胎龄期肌间神经丛出现,神经节较小、神经元数量少,并有初级和次级神经索形成。一个重要的情况是16三体鼠的肠神经系粘膜下神经丛缺如,后肠末端有5 mm的无神经节区(图7),后者无疑是先天性巨结肠发生的重要形态依据。而同胎龄正常鼠的后肠末端神经丛发育良好(图8)。在胎龄13天以前,16三体鼠与正常鼠的肠壁均未发现有神经元。从胎龄14天时开始,两者的肠系膜中均可见PGP 9.5免疫反应阳性神经纤维。并随着胚胎发育神经纤维逐渐增多。当17~18天时,可见丰富的PGP 9.5免疫反应性神经纤维,常与供应肠道的血管伴行,支配肠管,包括支配无肠神经节的16三体鼠的后肠末端(图9)。

    讨 论

    唐氏综合征即21三体综合征,又称先天愚型,占所有智能落后患者的10%~15%。近年来,唐氏综合征发生率有上升趋势。其原因与母亲高龄、放射线照射、病毒感染(如传染性肝炎)、自身免疫性疾病、化学药物和口服避孕药等因素有关。通常将唐氏综合征的核型分为21三体型、易位型和嵌合型。本实验中所使用的唐氏综合征动物模型16三体鼠,其核型为易位型(罗伯逊易位),即着丝点融合,其额外的16号染色体易位到另一端着丝点染色体上。16三体鼠常有严重的心血管畸型 、泌尿系统畸型 、感觉器官及头颅骨畸型 和神经系统发育异常[3,6-8] 。本工作表明16三体胎鼠肠神经系发育与其先天性巨结肠的发生有关系。
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    图1 16三体胎鼠染色体。↑示2条Rb染色体,染色体总数为41条 HE ×1 000; 图2 正常胎鼠染色体 HE ×1 000; 图3 胎龄14天正常小鼠肠壁出现散在分布的神经元 HE ×250; 图4 胎龄18天正常小鼠肠肌间神经丛(My)与粘膜下神经丛(SB)的连接。↑示神经元, △示神经胶质细胞 HE ×400; 图5 胎龄18天正常鼠肠绒毛。↑示PGP 9.5神经纤维 HE ×250; 图6 胎龄18天16三体鼠后肠末端的无神经节肠管 HE ×160; 图7 胎龄18天正常胎鼠后肠末端的肠管,↑示神经节 HE ×100; 图8 胎龄16天16三体鼠散在分布的肠道神经元(↑) HE ×250; 图9 16三体胎鼠后肠发育良好的肠系膜神经纤维(▲)和散在分布的肠道神经元(↑)。 HE×250

    肠神经系属自主神经系统,分为肌间神经丛和粘膜下神经丛。前者主要与肠蠕动有关,后者参与肠分泌和吸收。我们的研究发现,正常小鼠肠神经系的发育从胎龄14天时就有散在分布的神经元,至18天时基本发育成熟,并以粘膜下神经丛发育分化为浅丛和深丛以及肠绒毛出现神经纤维为特征。通过16三体鼠和正常胎鼠的肠神经系神经元、神经节和神经网络发育的先后顺序和形态特征,以及PGP 9.5免疫反应的强度,显示了从14~18天时 肠神经系的发育既呈现动态渐进过程。在正常小鼠肠神经系发育中,粘膜下神经丛的分化在发育时相上较肌间神经丛落后2天。与正常鼠比较,16三体胎鼠肠神经系发育明显异常,肌间神经丛缺少第三级神级突起,神经节小、染色浅,并且粘膜下神经丛缺如。16三体鼠肠神经系的一个重要特征是盲肠末端有5 mm的无神经节区。通常认为粘膜下神经丛缺陷
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    和肠道神经节发育不良是由于外胚层神经嵴中神经母细胞移行入肠道受阻,神经母细胞发育停顿所致。这种停顿出现愈早,无神经节肠段愈长。因为后肠末端是最后被神经母细胞进驻的,故是最常见的病变部位。在临床上,神经节细胞缺乏和肠神经丛发育的异常是导致唐氏综合征伴先天性巨结肠病的关键。有些唐氏综合征伴先天性巨结肠患者其肠管仍具有一些生理功能。 其机理目前尚不清楚。本研究提示,在16三体鼠和正常同窝胎鼠的肠管均由内源性和外源性神经双重支配。前者由位于肠壁的肌间神经丛和粘膜下神经丛组成;后者由肠系膜神经纤维构成。当16三体胎鼠内源性神经支配异常,但外源性神经纤维并不受影响。Epstein等[9]认为,肠神经系由内源性和外源性神经共同构成,对肠道神经支配起了重要作用。在本实验中,当16三体鼠后肠内源性神经缺乏时,其外源性神经支配的作用可明显增加。这种推测可解释临床上先天性巨结肠患者仍有一定肠生理功能的非典型病理表现。由于16三体胎鼠后肠末端的无神经节特征,我们认为,唐氏综合征动物模型16三体鼠可以用于研究先天性巨结肠。

, http://www.100md.com     注释:本课题为浙江省教委回国人员基金和浙江省医药卫生优秀青年科学技术人才专项基金资助项目

    参考文献

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    9 Epstein ML, Poulsen KT, Thiboldeaux R. Formation of ganglia in the gut of the

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    收稿:1998-07-09 修回:1999-02-20, 百拇医药