全身性表达红色荧光转基因小鼠

C57BL/6J

靶基因信息：DsRed

表达位点：全身表达

建立一种长期、稳定、直观且不影响组织细胞形成能力的标记方法是进行干细胞分化与定位研究的有效工具。常用的干细胞标记方法有LacZ基因、荧光染料Hochest和5-溴-2脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）等，这些免疫组化染色的缺陷是只能在组织切片上观察干细胞的存活、迁移和分化情况，需要牺牲大量的实验动物来观察不同时间点干细胞在体内的转归，无法实时、纵向监测干细胞在体内的动态迁移过程（Cao et al., 2004）。荧光发光是通过激发光激发荧光基团达到高能量状态，而后产生发射光。常用的有红色荧光蛋白（RFP）和绿色荧光蛋白(GFP)。荧光成像被广泛用于细胞凋亡、蛋白质相互作用、免疫细胞迁移、癌症及药物研究等多个领域。最近几年，这项技术开始被用于干细胞研究，可在活体内观察干细胞的行为和生物学特性及其转归，准确获得活体动物体内靶位置的干细胞在各时间点的生长和分化情况，加速了干细胞在肿瘤、组织工程等领域的研究进展。

为满足科学研究的需要，国内外研究者建立了多种荧光转基因小鼠。但由于转基因载体构建所采用的启动子不同、靶基因染色体插入位置的位置效应以及转基因拷贝数的差异，不同荧光转基因小鼠的造血干细胞标记率和标记细胞亚群不同，从而影响了小鼠干细胞荧光标记在干细胞研究中的进一步应用。本文比较了五种红色或绿色荧光转基因小鼠的造血干细胞中荧光标记细胞的比率，以期筛选造血干细胞全标记荧光转基因小鼠，为干细胞示踪提供一种有效手段。

（1）活体荧光影像系统分析红色和绿色荧光蛋白转基因小鼠

对各品系的荧光蛋白转基因小鼠进行活体荧光影像系统分析，结果显示，C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1和CAG-DsRed-2）ZLFILAS转基因小鼠呈现红色荧光，荧光蛋白在全身多个组织器官中表达(图1A和1B)。C57BL/6J-TgN（CAG-EGFP-1、CAG-EGFP-2和CAG-EGFP-3）ZLFILAS转基因小鼠呈现绿色荧光，荧光蛋白在全身多个组织器官中表达。其中C57BL/6J-TgN（CAG-EGFP-1）ZLFILAS转基因小鼠的荧光蛋白表达强度最高，其次是C57BL/6J-TgN（CAG-EGFP-2）ZLFILAS转基因小鼠，C57BL/6J-TgN（CAG-EGFP-3）ZLFILAS转基因小鼠的荧光蛋白表达相对最弱(图1C、1D和1E)。

图1 不同荧光转基因小鼠的活体荧光成像比较研究。A-E分别为如下品系：C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1、CAG-DsRed-2、CAG-EGFP-1、CAG-EGFP-2和CAG-EGFP-3）ZLFILAS。

Fig.1 The comparative studies of fluorescent proteinexpressions in different transgenic mice in vivo fluorescence imaging system (A-E represent C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1、CAG-DsRed-2、CAG-EGFP-1、CAG-EGFP-2和CAG-EGFP-3）ZLFILAS respectively)

（2）LSK造血干细胞中荧光标记细胞的比率

图2 不同品系荧光转基因小鼠造血干细胞中的荧光细胞比率。A-E分别为如下品系：C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1、CAG-DsRed-2、CAG-EGFP-1、CAG-EGFP-2和CAG-EGFP-3）ZLFILAS。

Fig.2Theratios of fluorescent cells in LSK cells of in different transgenic mice (A-E represent C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1、CAG-DsRed-2、CAG-EGFP-1、CAG-EGFP-2和CAG-EGFP-3）ZLFILAS respectively)

流式细胞检测表明，各荧光转基因小鼠品系的LSK造血干细胞均有荧光标记细胞（图2）。其中，C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1和CAG-EGFP-1）ZLFILAS这两个荧光转基因品系的几乎全部LSK造血干细胞为荧光标记细胞，荧光细胞比率分别为99.9%和99.4%；C57BL/6J-TgN(CAG-EGFP-2和CAG-EGFP-2)ZLFILAS的LSK造血干细胞中的荧光标记细胞比率较低，分别为85.3%和65.7%；而C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-2）ZLFILAS的LSK造血干细胞中的荧光标记细胞比率则只有0.1%。该结果表明，LSK造血干细胞中的荧光标记细胞比率与活体荧光成像结果并非完全一对应。

（3）骨髓细胞中的荧光标记细胞

荧光显微镜观察发现，不同品系骨髓细胞中的荧光标记细胞比率不同，其中，C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1和CAG-EGFP-1）ZLFILAS这两个荧光转基因品系的荧光标记细胞比率最高（图3）。

图3两种荧光转基因小鼠骨髓细胞中的荧光细胞（×200）。A、B分别为C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1和AG-EGFP-1）ZLFILAS，箭头指示为干细胞样细胞

Fig. 3Theratios of fluorescent cells in bone marrow cells of in different transgenic mice （×200）(A and B represent C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1 and CAG-EGFP-1）.Arrowindicated cells with the morphologyof stem cell.

荧光蛋白在体内，尤其是干细胞中的表达必须在强启动子，如鸡β肌动蛋白（chicken β-actin）或CAG启动子的驱动下才能高效的进行（Sangmiet sl., 2002），且转基因载体插入位点和拷贝数对基因表达效率也具有显著的影响。本研究将DsRed和EGFP插入CAG强启动子下游，构建了系统性表达红色和绿色荧光转基因小鼠。其中DsRed-Express转基因小鼠红色荧光蛋白EGFP转基因小鼠绿色荧光蛋白在全身多个组织器官和骨髓细胞中表达。其中，C57BL/6J-TgN（CAG-DsRed-1）ZLFILAS和C57BL/6J-TgN（CAG-EGFP-1）ZLFILAS的造血干细胞全部为荧光标记细胞，这两种红色和绿色荧光转基因小鼠模型将为干细胞的分化与定位研究提供了有力的工具动物和分子影像学技术手段。