斑马鱼研究报告

斑马鱼研究报告（Zebrafish,Danio rerio）
目录
一﹑斑马鱼
二﹑斑马鱼基因与人类极为相似
三﹑利用斑马鱼作为模式动物
四﹑斑马鱼的心生
五﹑突变斑马鱼及转基因斑马鱼表現类似人类疾病
六﹑斑马鱼胚胎研究
七﹑研究者在活的斑马鱼身上直接观看器官的发育与病变
八﹑解开人与体內活菌共生秘密
九﹑斑马鱼胚胎基因有助研究癌症、阿滋海默和帕金森症
十﹑视网膜有自我修复潜能
十一﹑培育变种斑马鱼可望用于人脸整型
十二﹑基因決定人类肤色
十三﹑斑马鱼的运动情形肌肉的发育及肌肉与运动神经的调控机制
十四﹑细胞如何储存脂肪有助減肥新疗法
十五﹑类固醇荷尔蒙的功能与调控
十六﹑中神经细胞形成之分子调控机制
十七﹑斑马鱼基因调控网路
十八﹑干扰斑马鱼基因的技术
十九﹑培育环保转基因斑马鱼
二十﹑改造斑马鱼基因來试水质
二十一﹑利用斑马鱼作为人类疾病模型及药物节选
二十二﹑药物节选
二十三﹑抗癌药物节选
斑马鱼
原产于东印度恒河流域，亦分布于巴基斯坦、尼泊尔、缅甸。

斑马鱼成鱼体长约4～5公分，体呈纺锤形，稍侧扁。

体侧从头至尾布满多条蓝色条纹，酷似斑马，故得名斑马鱼。

1.斑马鱼是研究发育生物学的新兴模式动物。

2.斑马鱼由于具有饲育容易、胚胎透明、体外受精、突变种多、遗传学工具成熟等诸多优点，近年来已成为研究脊椎动物发育与人类遗传疾病的新兴模式动物。

3.与其他脊椎动物相较下，斑马鱼最大的优点就是具有多达6000多种的遗传突变种，这些突变种的建立大致上是利用X射线、ENU或反转录病毒的感染造成基因组的突变，之后再经由多次的子代筛选所得。

4.突变种的表征包含如胚层分化，器官发育，生理调适与行为表现等多方面，所以可提供研究人员极佳的正向遗传学材料来进行发育机制上的研究。

5.在斑马鱼系统中也开发出阻断基因功能的工具-Morpholino，可快速以逆向遗传学手法来验证基因的功能。

所以正向遗传学与逆向遗传学的巧妙利用，可以正确推导出斑马鱼遗传发育途径，也是目前斑马鱼成为研究人类疾病新兴模式动物的主要原因。

斑马鱼基因与人类极为相似
在实验室里，动物在生物研究领域中对人类有巨大的贡献。

除了人们所熟悉的鼠、兔等动物外，斑马鱼凭借繁殖能力强、胚胎透明、生长速度快以及其基因与人类基因相似性高的优势，已成为生物学家在实验室进行科研的新选择。

由于斑马鱼基因与人类基因的相似度达到87%，这意味着在其身上做药物实验所得到的结果在多数情况下也适用于人体，因此它受到生物学家的重视。

因为斑马鱼的胚胎是透明的，所以生物学家很容易观察到药物对其体内器官的影响。

雌性斑马鱼可产卵200枚，胚胎在24小时内就可发育成形，这使得生物学家可以在同一代鱼身上进行不同的实验，进而研究病理演化过程并找到病因。

正
是通过在斑马鱼身上进行的实验，生物学家发现，包括人类在内的一些脊椎动物之所以产下奇异的双头幼仔，是因为两种基因活动紊乱造成的。

令人惊奇的是，这种生活在热带的鱼还能够“再造”被部分切除的器官，从而为从事修复受损脊髓的研究人员打开了方便之门。

除了繁殖力强、基因与人类基因相似等“优点”以外，斑马鱼“苗条”的身材——1升水里可以容纳上百条鱼、饲养起来很容易，也是吸引生物学家的原因。

难怪斑马鱼会成为21世纪实验室里的新明星。

利用斑马鱼作为模式动物
�筛选斑马鱼胚胎或成鱼基因库中相似于人类致病或特殊功能之基因，经不同之构筑处理后利用显微注射注射入单细胞期之斑马鱼受精卵中，观察特定基因在斑马鱼胚胎发育过程中所扮演之角色。

�直接将人类基因进行构筑后注射入斑马鱼单细胞胚胎中，观察并推测人类基因之生理功能。

�直接利用不同发育期斑马鱼胚胎进行基因原位表现之鉴定。

�斑马鱼胚胎亦可应用于药物之毒性试验，观察特定药物对斑马鱼胚胎发育之影响或致死程度,其毒性试验结果应可作为人类药物筛选之参考。

斑马鱼的心生
�科学家发现斑马鱼的心脏受损后仍能重新复原，这是首次发现脊椎动物的心脏重生，给治疗人类心脏病带来新希望。

�许多研究显示多种无脊椎动物能够重新长出攸关生死的器官。

但是大部分脊椎动物和所有哺乳动物在心脏受损时只长出伤疤组织而甚少长出心肌。

�哈佛医学院和儿童医院的霍华休斯医学研究院院究员Mark T.Keating 等人发现斑马鱼有心脏重生的能力。

他们在移除斑马鱼两成心脏后两个
月，斑马鱼又重新长回原本移除掉的心脏部份。

他们也发现当一个特定的基因突变了，心脏组织就无法重长回去而只长出伤疤组织。

突变斑马鱼及转基因斑马鱼
表現类似人类疾病
利用传统的诱发突变方法或新颖的转基因方法，可以产生人类疾病模型的斑马鱼株。

例如：突变斑马鱼gridlock发生主动脉发育不正常，造成血液阻塞无法流至躯干及尾部，也因此在阻塞区域常发育出额外平行的动脉。

这样的病症，类似人类的一种先天性动脉发育缺陷，在人类遗传学研究，尚无法了解这个缺陷是如何造成的，但藉由研究gridlock得知，问题出在早期动、静脉细胞分化的过程，原来该发育为动脉的细胞转发育成静脉。

更可贵的是，gridlock被用来作药物筛选，得到两种药物可以医治动脉发育的缺陷，可能是藉由刺激血管内皮细胞增生因子（VEGF）的合成。

在转基因方法的应用上，哈佛大学的研究团队首先利用转基因方法，过度表达myc基因造成一株类似人类T细胞白血病（T cell leukemia）的斑马鱼。

另有许多转基因鱼会表现人类癌症病症的斑马鱼被发表。

这些鱼将来可帮助我们进一步了解癌症病变机制、过程。

可用作药物筛选，找出新的特异抗癌药，相当具有医药前景。

斑马鱼胚胎研究
脐带血干细胞移植较骨髓移植排斥问题轻微，但脐带血分量少，现只够供儿童病人使用。

香港大学在2004年12月以斑马鱼胚胎作研究，希望增大脐带血干细胞的量惠及成人病者的可行性，初步已确认透过抑制一种名为chordin的基因，可直接增加胚胎的造血量，下一步会用老鼠和人类细胞作测试。

选择斑马鱼作研究，是因血液组合与人类相似，有红血球、白血球、淋巴等
细胞，加上鱼身透光度高，透过电子显微镜可清楚观察胚胎变化，且生长和发育迅速。

在斑马鱼胚胎注入抑制chordin功能的物质后发现，胚胎内制造血液部分明显胀大，血干细胞数量增加并快速分裂生长，血红素分量亦较正常胚胎增加逾倍。

研究者在活的斑马鱼身上直接
观看器官的发育与病变
它的发育过程、器官构造、生理功能、基因结构等都与哺乳类动物非常相近。

首先在培育【萤光基因鱼】的技术上，多加一个限定发光部位的操作。

培育【萤光基因鱼】的时候，可从水母身上取得【绿色萤光蛋白】（green fluorescent protein,GFP）基因，透过基因转殖技术，注入鱼胚胎，经培育、筛选，就可得到发出绿色萤光的鱼。

中央研究院细胞与个体生物学研究所特聘研究员吴金洌博士和他的研究团队，建立一个新的研究模式。

研究内容与消化道有关的疾病。

操作方法则透过萤光基因和基因转殖技术，培育出特定器官会发出萤光的斑马鱼，以便研究者能在活着的斑马鱼身上直接观看器官的发育与病变。

启动子是重要关键
研究员决定从肝脏疾病的研究模式后，就开始准备培育【只有肝脏发光，其他部位不发光】的斑马鱼。

但，在进行培育前，必须找到只在肝脏细胞内启动的【启动子】。

因【启动子】是个重要的基因序列，没有它基因就无法表现，且特定的基因要由特定的【启动子】启动。

这种关系，如开关和家电用品一样，开关没开，电气就无法启动。

研究员找到一个只在肝脏表现的基因—肝脏型脂肪酸结合蛋白（简称L-FABP）.透过基因选殖技术，先把这个基因的【启动子】选殖出来，然后接上【绿色荧光蛋白】基因，再经由基因转殖﹑注入鱼受精卵﹑培育﹑节选等程序，最后得到只在肝脏发出绿色荧光的斑马鱼。

肝脏病变的研究模式
研究员用酒精浸泡肝脏发光的斑马鱼后，肝脏上的荧光减弱了，这是肝脏
细胞功能受损的表现，确定这个模式可作为研究肝脏细胞的指标。

而肠道﹑胰脏和肝脏一样，都是由内胚层发育出来的，若能找到只在肠道或只在胰脏启动的启动子，就可依相同模式研究肠道或胰脏。

接着研究员又把L-FABP的启动子，接上C型肝炎病毒中具有致癌性的HCV核心蛋白，经过基因转殖等程序后发现，斑马鱼肝脏逐渐出现形成肝癌的三大变化，也就是脂肪肝，纤维化，以及肝癌形成，因而确信这个模式也可用来肝癌的机制。

解开人与体內活菌共生秘密
美国科学家培育出可在无菌内生存的斑马鱼，透过对照，有助解开人体与肠道内活菌合作的秘密，协助解决人类的消化系统问题。

美国健康日新闻指出，人体内友善的肠道细菌有助人类消化食物或执行一些重要功能，华盛顿大学圣路易士医学院一项新研究指出，斑马鱼可在无菌的环境下培育，如此一来，就可观察与比较有肠道内细菌共生或无这些细菌共生的优缺点。

研究员表示，人类与友善的肠道细菌互动功能相当复杂，这项研究类似活生生的试管实验，可认定哪些基因与化学物质可让肠道内的益菌加强人类健康，了解消化系统问题。

斑马鱼胚胎基因有助研究癌症、
阿滋海默和帕金森症
�实验发现可以清楚看到基因是开或是关，因此可以稍微操控胚胎基因，看看某些特定基因是否有所变化。

�由于斑马鱼的胚胎比人类或是白老鼠还要大，而且整个胚胎都是透明的。

�科学家可以很清楚明白的看见所有变化，而且这些是很重要的基因，告诉细胞如何彼此【交谈】，让他们知道细胞是否应该继续成长。

即如果细胞不应该再成长，但是却继续长大，就表示此细胞可能已经成为癌。

�斑马鱼的胚胎研究有助于人类更加了解癌症，阿滋海默症和帕金森氏症，可说是贡献良多。

视网膜有自我修复潜能
据英国媒体报导，该项研究结果是伦敦大学学院(UCL)眼科研究所的科研人员在研究斑马鱼后得出的。

他们发现斑马鱼的视网膜可生成源源不断的放射状胶质细胞，这些细胞能够分化成健康的视网膜细胞，自动修复受损的视网膜。

科学家又研究了年龄段在18个月至91岁之间的人类眼睛。

他们发现，人类视网膜也拥有类似斑马鱼那种放射状胶质细胞，只是这些细胞不具活性。

目前，科学家可以轻而易举地把放射状胶质细胞分化为视网膜细胞并大量繁殖，并已成功地移植到老鼠身上。

如果能够制造一种药物，激活人类体内不具活性的放射状胶质细胞，使它们自己分化为新的视网膜细胞，将是治疗眼疾的最佳办法。

网膜受损是造成失明的重要原因。

无论哪种试验成功，都将是青光眼、老年黄斑变性和因糖尿病导致的各种眼疾者的一大福音。

培育变种斑马鱼可望
用于人脸整型
以人工方式制造出10几只基因突变的斑马鱼，他们的头部骨头突变，造成下巴突出并且多了一个嘴巴。

陈曜鸿表示，这是全世界第一次研究发现斑马鱼头骨突变，有如人类下巴的戽斗，深入研究后希望能借此治疗人类的脸型问题，对于整形美容将有所帮助。

斑马鱼的基因与人类基因的相似度高，卵的数量多又透明，生长速度快，基因转殖操作简单，所以易于实验。

陈曜鸿强调，斑马鱼99﹪的基因已被研究清楚，找到变种基因后，再到人类基因库找出类似的基因，就可发现头部骨头长成国字脸或下巴戽斗的原因。

基因決定人类肤色
�在美国《科学》杂志中一篇研究报告指出，斑马鱼体内有一种基因可以决定人类毛发、皮肤和眼睛的颜色。

�斑马鱼有很多基因与人类基因相似，因此被广泛应用于遗传学的研究。

�美国宾夕法尼亚州州立大学研究人员发现，斑马鱼基因组中存在一个决定鱼皮深浅颜色的基因，这个基因上的单一胺基酸的改变，在色素沉着过程中担任着重要位置。

�由于人类也存在这个基因，研究人员认为，这或许可以解释为什么许多欧洲人皮肤颜色比较浅，也可能有助于找到治疗恶性黑色素瘤(一种恶性皮肤癌)的方法。

斑马鱼的运动情形肌肉的发育及肌肉
与运动神经的调控机制
�调控肌肉、血球及肝脏特异性蛋白表现的分子机制已经被研究得相常澈底，但是神经特异性的基因调控机制却因其细胞种类的复杂性，目前才刚在起步。

�神经特异性钠离子通道Nav1.6大量表现在中枢及周边感觉神经糸统，有效地调控神经的兴奋性，因此它的基因活性包括mRNA及蛋白的调控是研究神经科学的重要课题。

�使用斑马鱼做为基因转殖的研究材料，在活体神经发育的过程中，以绿萤光蛋白的表现情形追踪Nav1.6在脑部、脊髓、周边神经的表现。

�这个调控机制之研究将能恊助我们了解神经持异性蛋白如何得以只存在于神经糸统。

细胞如何储存脂肪有助
減肥新疗法
�美国科学家发现脂肪如何储存在人体细胞…最后为了测试基因对于动物全身的影响,叶希瓦大学研究团队在斑马鱼的卵子中注入部分DNA,以便干扰FIT2的表现。

研究人员以高脂肪的食物喂食斑马鱼产下的幼鱼六小时,以便引发身体产生脂滴。

�科学家发现两种基因，控制脂肪包在磷脂膜与蛋白质下方，形成脂滴。

�学者认为，这种包裹脂肪的过程相当重要，让细胞可以利用脂肪作为能量来源，但如果储存过多脂肪，便会造成肥胖。

类固醇荷尔蒙的功能与调控
�类固醇荷尔蒙调节我们体内的糖分与盐分，并影响我们性征的表现，功能很广泛。

�它们在体内的含量受到严格调控，过多或太少都引起病症。

�因此如何调控这些类固醇的合成，我们已知类固醇合成基因如Cyp11a1被转录因子SF-1所活化，因此实验室便利用三种不同的实验题材来研究此基因的调控与其功能。

I.用突变鼠研究类固醇的调控与功能
II.斑马鱼的发育
III.类固醇合成基因的调控机制
中神经细胞形成之
分子调控机制
�神经系统中的神经细胞（neurons）及神经胶细胞（glia）乃由神经干细胞（neural stem cell）所衍生而成，其形成之机制乃受到细胞之内在因子与周遭生物环境之严密调控，而由其研究所得之知识可运用在治疗神经
缺损疾病。

�斑马鱼胚胎发育中的后脑，以此工具研究该系统中神经细胞形成之分子调控机制。

而后脑在发育时期之特殊节状结构（rhombomere）提供了研究神经组织之空间结构及神经细胞形成调控之有利工具。

�目前的重点包括研究Notch讯号传递及其下游分子Hairy/E(spl)，和Sox 转录因子群，研究这些因子于后脑结构之形成与神经细胞增生与分化中之功能。

斑马鱼基因调控网路
目前国内已成功地利用斑马鱼进行肝癌、皮肤癌、骨癌等癌症研究，并以基因转殖斑马鱼分离出影响血管再生的原始突变种，来从事血管再生、血管表现型矫正研究，进而筛选出治疗血管疾病或癌症的新药。

目前在生命科学研究领域中，人、小鼠、斑马鱼是脊椎动物中三种主要的研究模式。

人体的研究受限许多，小鼠和斑马鱼最容易取得。

将斑马鱼和小鼠相比，它的优点包括：胚胎发育期短（2-3天）、器官形成的过程易于观察、性成熟期短（3个月）、可以物理及化学方法产生变种鱼、可用分子生物学方法改变特定基因的表现及产生基因转殖鱼等特性。

单细胞受精卵可施打DNA、RNA并密切追踪后续的影响，再加上斑马鱼基因序列已完全解码，因此是研究癌症、心血管疾病、器官发育、脊椎动物胚胎发育、神经发育、细胞凋亡的重要模式，在药物毒性的筛检也扮演重要角色。

斑马鱼实验室致力于研究基因网路的构成及调控，以及研究肝癌、大肠直肠癌或其他癌症病人的基因网路上的缺陷，最终在于利用药物或改变基因网路的调控达到控制癌症及细胞生长分化的目标。

干扰斑马鱼基因的技术
两华裔学者获美医学研究奖，实验团队成功研发出。

由于斑马鱼身体透明，
很容易观察，许多研究脊椎生物的学者都喜欢以斑马鱼为研究对象，以了解其单细胞发展与生理情况。

其他科学家曾成功在果蝇与小白鼠身上进行过干扰基因实验，而陈詹士等人首次成功实现了精确干扰斑马鱼基因。

吴庆明为斯坦福大学心血管与放射医疗学助理教授。

他与同事发明了一种新技术，并用这种技术培养出可发展成不同形式细胞的多潜能干细胞。

培育环保转基因斑马鱼
【斑马鱼】，在复旦大学培育成功，并通过专家验收。

这种鱼能灵敏快速地显示水环境是否受雌激素类物质污染，即便污染仅有极微量程度，转基因斑马…从美国引进并建成规模化、自动化模式生物斑马鱼养殖科技平台和遗传背景清楚的纯种斑马鱼种鱼。

一种可直观监测环境雌激素污染的神奇【转基因斑马鱼】。

这种鱼能灵敏快速地显示水环境是否受雌激素类物质污染，即便污染仅有极微量程度，转基因斑马鱼的肝脏也会发射绿色萤光。

改造斑马鱼基因來试水质
美国辛辛那提大学正研究透过经基因改造的斑马鱼，探测食水供应中是否点有毒素或致癌物质。

斑马鱼遇致癌物身体会发光
研究人员首先将烛火虫的基因，注入斑马鱼的脱氧核糖核酸（DHA）之中。

当斑马鱼暴露在致癌物质多氯联二苯之下，身体会发光。

以斑马鱼探测水质的方法，除了比传统的仪器探测方法更加便捷便宜之外，另一个好处是当他生活在被污染的水域时，健康不会受到伤害，而在他离开污水后，身体也会自动停止发光。

当研究人员为他们解毒后，他们又可以继续投入侦查水质的任务。

利用斑马鱼作为人类疾病
模型及药物节选
斑马鱼利于发育遗传学研究被开发为实验模型动物，具有诸多优点，仅概述重要几项：
1.它是脊椎动物，具有近似人类的各种器官系统，例如：心脏血管系统、消
化系统、神经系统。

适合用研究脊椎动物的胚胎及器官发育。

2.它是体外受精的动物，且早期胚胎是透明的，利于观察发育过程中完整型
态的变化。

3.斑马鱼的养殖设备比老鼠简单，且花费也低。

4.斑马鱼成熟快，且繁殖力强，利于遗传学之研究。

5.斑马鱼可以很容易进行诱发突变及基因转植，利于研究基因功能。

药物节选
利用斑马鱼做药物节选，有下列优点：
（1）斑马鱼是整只动物直接做测试，可同时检测毒性及药性，省时又有效率，不像一般用细胞节选得的药物，往往到了动物身上会产生毒性，或根本没有预期的药效。

（2）斑马鱼胚胎非常小，所需药剂量非常少，且发育快，比用老鼠要节省且快速多了。

（3）斑马鱼胚胎在体外发育，易观察研究药效。

利用野生种fli1:EGFP及reg6突变鱼来尝试作药物筛选，主要的想法如下：1.目前有一些抗癌新药是借着抑制血管增生，我们希望利用fli1:EGFP来筛得更多抑制血管增生的药，未来或者可以成为抗癌新药。

2.突变鱼在再生的尾鳍中形成血泡，类似人类一种血管疾病尾鳍血管们利用类似人类疾病的突变鱼来做药物筛选，希望能得到新药将可以用来治疗人类类似的疾病。

为了证明斑马鱼的确可以拿来做药物筛选，首先用两种已知的抑制血
管增生药物来测试。

旧药新知
在药物节选的测试过程中，意外地发现一些旧的药，似乎有一些我们未知的药效。

举个例子:马儿铃酸，是曾用于减肥药中的一个中药成分，已知很可能会造成肾小管组织间纤维化，且或肾表皮细胞癌化，进而造成肾毒。

用斑马鱼测试时，发现它会影响心脏的早期发育及后来的功能，被马儿铃酸处理过的斑马鱼，其心脏内腔会逐渐缩小，血液无法循环，最后导致全身性组织坏死。

抗癌药物节选
现代环境污染、工作压力、及遗传等等因素下癌症发生比率逐年升高，人体内正常细胞有一定生命期限，当到达一定时间会进入细胞凋亡的程序而死亡，如此人体和器官细胞可以维持在一定的细胞数量和年轻的细胞状态，而癌症为人体内一群失去控制的细胞，无止尽增生，并且有一定的机会会扩散到其他组织和器官，造成器官功能丧失。

目前在癌症治疗上使用的分是不外乎放射线治疗、化学治疗和药物治疗。

放射线治疗和化学治疗的方式为杀死癌细胞为主，但是这两种方式无法只针对癌细胞做治疗，同时也会伤害正常细胞使得病人产生极为不适的症状，例如，呕吐、头发掉落、食欲不振、牙齿脱落和虚弱等，在漫长的癌症治疗上病人心理状态因此大受影响且造成某方面的残障，这些接起因于放射线治疗和化学治疗无法专一性针对癌细胞作用，而是全面性杀死细胞(包括正常细胞)。

若使用药物治疗则无上述严重副作用，其可辨识癌细胞所分泌的蛋白质或是抑制血管增生阻碍养分输送到癌细胞，使之自然死亡。

药物对于癌细胞有专一性，产生副作用远小于放射线和化学治疗，所以目前医学界正致力于研究药物对于癌症上的治疗，但是药物的研发一直是药物开发上的一大难题，主要是因为药物的研发需要经过药物效果的发现、各种的动物实验、药物商业化制造的研发和最终的人体实验，从一新药物的发现到最后使用于人体上通常要经过数十年时间并投入上亿元经费，在这期间需要大笔资金投入于不知何。