会“发光”的斑马鱼、“基因剪刀手”……上海海洋大学团队揭示叶酸的代谢奥秘

孕期补充叶酸已成为共识，但叶酸是不是补充得越多越好？上海海洋大学水产与生命学院祖尧副教授团队韩旭晖等人研究发现过量补充叶酸或叶酸摄入不足可能导致斑马鱼胚胎心脏发育异常。近期，题为“精准剂量的叶酸补充对斑马鱼胚胎心脏发育至关重要“（Precise Dose of Folic Acid Supplementation Is Essential for Embryonic Heart Development in Zebrafish”）的研究文章在国际综合生物期刊Biology在线发表。

这项研究首次阐明了叶酸对早期心脏发育的作用机制，并为叶酸的合理补充的剂量提供了科学依据。同时，祖尧团队还构建了叶酸代谢异常的斑马鱼突变体，为叶酸代谢的研究提供了一种新的生物学模型。

会“发光”的斑马鱼揭示发育异常

为了模拟人类胎儿在母体的发育环境，研究叶酸代谢如何影响胚胎心脏的发育，祖尧团队选用了具备生长周期短、产卵量大、胚胎透明等优点的模式生物斑马鱼开展实验。

而会“发光”的斑马鱼则成为了团队本次研究的“利器”。这是一种特殊的、带荧光的斑马鱼（myl7：EGFP和kdrl：mCherry），利于观察叶酸处理胚胎的发育全过程。在显微镜特定激发光下，这种斑马鱼心血管内皮细胞呈现红色荧光，心肌细胞呈现绿色荧光。论文第一作者，上海海洋大学水产与生命学院硕士研究生韩旭晖说：“特异性标记的荧光可以帮助我们更加清晰且直观地看到器官发育的情况。”

研究发现，在斑马鱼出生三天后叶酸拮抗剂组（即叶酸代谢受抑制）发生了异常的心脏环化，而叶酸过多的实验组斑马鱼胚胎的心房和心室拉长。团队得出实验结果，即叶酸缺乏和过量都能引起斑马鱼胚胎的心脏发育异常。

“基因剪刀手”探寻叶酸代谢奥秘

“导致机体缺乏叶酸的原因除了叶酸摄入量不足外，还受到遗传因素影响”，祖尧解释，“不同的亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）基因型，会造成不同群体间叶酸代谢存在差异。”其中MTHFR基因型是CC型的人体内叶酸活化能力正常，而CT或TT型的人则存在不同程度的叶酸代谢缺陷。

还原遗传缺陷导致的叶酸代谢异常，祖尧团队还想在斑马鱼身上“找答案”。他们利用实验室的“看家本领”——CRISPR基因编辑技术。这个“基因剪刀手”般的技术，可以对基因碱基序列进行精准打靶编辑。

研究发现，与正常的斑马鱼胚胎相比，缺少Mthfr酶的斑马鱼胚胎显示出了异常的心脏发育，这种异常类似于叶酸代谢异常的心包腔水肿和异常的心脏环化。研究还同时根据qPCR的结果与原位杂交实验发现了几种与心脏发育密切相关的基因（hand2、gata4、nppa等）表达发生了变化。这些重要发现将为今后进一步阐述叶酸代谢对心脏发育的影响提供新的思路。

从斑马鱼的实验中团队得出结论，过量补充叶酸或叶酸代谢不足对生物体的早期发育有负面作用，并且叶酸对生物体的发育有剂量依赖性的影响。基于结论，祖尧团队建议，补充叶酸太少不行，太多也不好，需要做到“恰到好处”，也应当通过基因检测的方式来了解自身的叶酸代谢能力。

文章被评为杂志“编辑精选”（Editor’s Choice）。据悉，祖尧长期致力于CRISPR基因编辑技术研究。利用“基因剪刀手”，团队成功构建了例如先天性心脏病、慢性心衰、扩张型心肌病等多种突变体斑马鱼鱼系，包括精准模拟叶酸缺乏模型等多种突变鱼，可作为人类疾病理想的生物模型。今后，祖尧团队将结合实验室擅长的显微注射、原位杂交等多种分子遗传机制研究手段，阐释疾病致病机理并通过高通量药物筛选技术，继续筛选和发现相关的治疗靶点药物和化合物，为人类健康医学的研究提供先驱理论基础和实验新发现。