Revvity小動物活體光學(xué)成像技術(shù)已在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床前醫(yī)學(xué)研究及藥物研發(fā)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，感染性疾病研究是活體光學(xué)成像技術(shù)的應(yīng)用熱點(diǎn)之一。

在應(yīng)用活體光學(xué)成像技術(shù)進(jìn)行感染性疾病研究中，常用的標(biāo)記方法及應(yīng)用領(lǐng)域包括：

1、利用螢火蟲熒光素酶基因、海腎熒光素酶基因或細(xì)菌熒光素酶基因標(biāo) 記細(xì)菌、病毒、真菌、寄生蟲等病原體，在活體水平觀測這些病原體在動物體內(nèi)的感染 情況及抗生素、疫苗等藥物的治療效果；

2、通過熒光素酶基因或熒光蛋白基因標(biāo)記 免疫細(xì)胞，以及利用特定基因-熒光素酶基因轉(zhuǎn)基因動物，觀測病原體感染所引發(fā)的機(jī) 體免疫應(yīng)答及致病機(jī)理。

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病原體在體內(nèi)動態(tài)感染情況

利用 PCR、免疫切片等傳統(tǒng)方法對感染性疾病進(jìn)行研究時，需要耗費(fèi)大量的人力物 力，且不能實(shí)現(xiàn)在同一只活體小鼠中長期觀測病原體的動態(tài)感染情況，因而無法獲得準(zhǔn) 確的重復(fù)性數(shù)據(jù)。小動物活體光學(xué)成像技術(shù)的出現(xiàn)，使得研究者能夠通過一定的方式對 細(xì)菌、病毒、真菌、寄生蟲等病原體進(jìn)行光學(xué)標(biāo)記，并利用活體光學(xué)成像系統(tǒng)長期觀測 病原體在體內(nèi)的動態(tài)感染情況，在節(jié)省實(shí)驗(yàn)耗材及簡化實(shí)驗(yàn)操作的同時，可獲得更加直 觀準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在觀測細(xì)菌感染方面，研究者既可利用螢火蟲熒光素酶基因、海腎熒光素酶基因等 常用于標(biāo)記真核細(xì)胞的報告基因進(jìn)行標(biāo)記，也可利用從某些發(fā)光細(xì)菌中提取的 lux 發(fā)光基因操縱子進(jìn)行標(biāo)記。后者的好處是，lux 操縱子中已含有表達(dá)熒光素酶及其底物的序列，因此無需再外源注射底物即可成像。

Revvity提供多種商業(yè)化的經(jīng)細(xì)菌熒光素酶基因標(biāo)記的生物發(fā)光細(xì)菌菌種（如下圖所示）：

研究者通過購買這些生物發(fā)光細(xì)菌，即可立即開展相關(guān)研究，無需自行標(biāo)記。如 Hardy 等利用 IVIS 系統(tǒng)觀測了細(xì)菌熒光素酶基因標(biāo)記的單核細(xì)胞增多性李斯特菌（Listeria monocytogenes）在小鼠體內(nèi)的時空分布，如下圖：

應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測不同時間點(diǎn)李斯特菌在小鼠體內(nèi)的感染情況。A.尾靜脈注射；B.口腔注射。

研究者在通過尾靜脈注射李斯特菌感染多只小鼠后發(fā)現(xiàn)，幾乎在所有被感染小鼠中，該細(xì)菌都會特異性分布于小鼠胸部，經(jīng)手術(shù)將發(fā)光組織取出后發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌主要集中于膽囊 內(nèi)腔（the lumen of the gall bladder），如下圖所示。細(xì)菌在膽囊內(nèi)腔的存留是一個非常危險的信號，因?yàn)槟懩覂?nèi)腔由于含有高濃度的膽汁而導(dǎo)致免疫細(xì)胞無法進(jìn)入發(fā)揮免疫保 護(hù)作用，并且膽囊本身又對抗生素具有抵抗性，因此，細(xì)菌可以在此區(qū)域長期潛伏并隨時發(fā)作。

應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測到李斯特菌在膽囊內(nèi)腔的特異性分布。左：感染 25 只小鼠，在 24 只中觀測到李 斯特菌在膽囊內(nèi)腔的分布；右：將胸部發(fā)光組織取出后確認(rèn)為膽囊內(nèi)腔。

研究者接下來探討了李斯特菌在膽囊內(nèi)腔的分布是否具有傳染性。由于膽囊在機(jī)體未進(jìn) 食時會大量存儲由肝臟分泌的膽汁而處于擴(kuò)張狀態(tài)，而當(dāng)機(jī)體進(jìn)食后，膽囊會收縮并將 膽汁通過膽管排入小腸而輔助對食物中的脂肪進(jìn)行消化。因此，研究者通過對被感染的 小鼠禁食后再喂食，觀測李斯特菌是否能夠通過膽汁排泄途徑而進(jìn)入消化道。結(jié)果顯示， 李斯特菌確實(shí)能夠通過膽汁排泄途徑而進(jìn)入小腸（如下圖），并可能通過消化道的排泄 進(jìn)入外界環(huán)境而具有傳染性。綜上所述，研究者利用活體光學(xué)成像技術(shù)，系統(tǒng)的研究了 李斯特菌在小鼠體內(nèi)的感染分布、潛伏及潛在的傳染途徑，為該類疾病的治療提供了依據(jù)。

應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測李斯特菌經(jīng)膽汁排泄途徑由膽囊進(jìn)入消化道。B、C 分別為再喂食后 5min 及 50min 成像結(jié)果。

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細(xì)菌生物膜的研究

對細(xì)菌生物膜（Bacterial Biofilm）的研究也是細(xì)菌感染研究的一大熱點(diǎn)。細(xì)菌生物膜是細(xì)菌在生長過程中附著于物體表面而形成的由細(xì)菌細(xì)胞及其分泌的含水聚合性基 質(zhì)（主要為胞外多糖）等所組成的膜樣多細(xì)菌復(fù)合體。生物膜是細(xì)菌適應(yīng)生存環(huán)境而形 成的與游走態(tài)細(xì)胞相對應(yīng)的存在形式，它具有很強(qiáng)的抵抗機(jī)體免疫和抗生素的能力，在 臨床上形成難治性感染。Bernthal 等通過在小鼠下肢股骨遠(yuǎn)端插入接種了生物發(fā)光金黃 色葡萄球菌（S. aureus）的不銹鋼針，模擬了人關(guān)節(jié)成形手術(shù)后經(jīng)常發(fā)生的細(xì)菌生物膜 形成，并用 IVIS 系統(tǒng)及變壓掃描電鏡（VP-SEM）觀測了細(xì)菌感染及生物膜的形成（如 下圖）。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕殚_發(fā)有效的治療手段及抗菌劑提供了有力工具。

通過模擬實(shí)驗(yàn)觀測關(guān)節(jié)成形術(shù)后 S. aureus 的感染及生物膜的形成。A.模擬實(shí)驗(yàn)示意圖及鋼針移植后 X 光成像結(jié)果；B.應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測不同數(shù)量生物發(fā)光 S. aureus 在關(guān)節(jié)處的感染情況；C.應(yīng)用 VP-SEM 觀 測細(xì)菌生物膜的形成。

在病毒研究方面，研究者通常將螢火蟲熒光素酶基因插入病毒 DNA 中標(biāo)記病毒， 進(jìn)而觀測病毒在活體動物體內(nèi)的動態(tài)變化。Milho 等人利用 IVIS 系統(tǒng)觀測比較了經(jīng)不同途徑感染小鼠的鼠源皰疹病毒（murine herpesvirus-4, MuHV-4）在小鼠體內(nèi)的感染分布情況。結(jié)果顯示，經(jīng)鼻腔感染的病毒，在感染早期主要分布于小鼠的鼻腔及肺，隨著時 間的延長，病毒將集中分布于頸部淋巴結(jié)及脾等淋巴組織；經(jīng)腹腔接種的病毒，在感染 早期分布于腹部的多個器官（如肝、脾、腎、腸、生殖系、隔膜），所時間的延長，病 毒將集中分布于脾及腸系膜淋巴結(jié)。因此，病毒的不同感染途徑可能會引起不同的發(fā)病機(jī)制。

應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測 MuHV-4 病毒經(jīng)不同途徑接種后的感染情況。上，活體成像結(jié)果；下，將不同器 官取出后體外成像結(jié)果。

與細(xì)菌、病毒感染研究類似，研究者也可通過熒光素酶基因標(biāo)記寄生蟲，觀測其在 活體動物體內(nèi)的感染情況。如 Claes 等人利用 IVIS 系統(tǒng)觀測了經(jīng)海腎熒光素酶基因標(biāo)記的布氏錐蟲（Trypanosoma brucei）在小鼠體內(nèi)的感染情況。體內(nèi)及體外成像結(jié)果顯示， 經(jīng)腹注射后，布氏錐蟲選擇性分布于睪丸。布氏錐蟲在睪丸的選擇性分布可能會使其避 開藥物的作用，因?yàn)樵S多藥物無法通過睪丸-血管屏障而進(jìn)入睪丸。隨后的給藥實(shí)驗(yàn)印 證了這種推斷，在布氏錐蟲感染小鼠 5 天后，用蟲草素（cordycepin）連續(xù)進(jìn)行三天處 理，停藥后在第 15 天發(fā)現(xiàn)睪丸處重新出現(xiàn)布氏錐蟲生物發(fā)光信號。這一研究為開發(fā)治 療布氏錐蟲感染的有效藥物提供了依據(jù)。

應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測布氏錐蟲在小鼠體內(nèi)的感染情況。左，感染后不同時間點(diǎn)活體成像結(jié)果；右上， 取出睪丸后體外成像結(jié)果；右下，蟲草素對布氏錐蟲的治療效果觀測。

近些年，研究者也開始利用熒光素酶基因標(biāo)記真菌，并通過活體光學(xué)成像系統(tǒng)觀測真菌在動物體內(nèi)的感染情況。Doyle 等人應(yīng)用螢火蟲熒光素酶基因標(biāo)記了從臨床病例中 獲得的白色念珠菌（Candida albicans），將該真菌尾靜脈注射入小鼠體內(nèi)構(gòu)建慢性敗血 癥感染模型，利用 IVIS 系統(tǒng)觀測了生物發(fā)光白色念珠菌在小鼠體內(nèi)的感染情況。體內(nèi) 及體外成像結(jié)果顯示，隨感染時間的延長，該菌主要分布于小鼠腎臟（如下圖）。

應(yīng)用 IVIS 系統(tǒng)觀測白色念珠菌經(jīng)尾靜脈注射后在小鼠體內(nèi)的感染情況。A.體內(nèi)成像結(jié)果；B.體外成像結(jié)果。