新型模式生物斑马鱼及其胚胎在人类疾病模型研究中的应用

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北方药学 ２ １ ０ ２年第 ９卷第 ５ 期
新型模式生物斑马鱼及其胚胎在 人类疾病模型研究 中应用△
王晓伟 张红翠 安晓晶 王振华 ， 种 药资 教育 重点 验室， 子 药学 石河 ８２０ （疆特 植物 源 部 实 新 石河 大学 院 子 ３０￣
摘要 ： 斑马鱼作为一种理想的模式动物在遗传学， 发育生物 学的研究中应 用越来越 广泛。由于斑马鱼具有容 易获得 ， 易于饲养 ， 生殖 周 期 短 ． 殖 能 力 强等 特 点 ， 其 基 因组 测 序 的 完成 及 与人 类 的 高度 保 守性 ， 得 斑 马 鱼 及 其 胚 胎在 关 于人 类 疾 病 的研 究 繁 且 使 中有着重要 的应 用和 实际价值 。本 文就斑马鱼及其胚胎在人类疾病研 究中的应用作一 简要概述。 关 键 词 ： 式 生 物 斑 马鱼 疾 病 模 型 模 中图分类号 ： ５ Ｑ７ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ８ ５ （ ０ ２）５ ０ ４ — ２ １ ７ — ３ １２ １ ０ — ０ ２ ０
模式生物是生命 科学研究的重要材料 ， 斑马鱼 （ ａ ｉ ｒ— 心肌病变 ， 此可建立斑 马鱼 心肌病 变模 型 人类 Ｔ ｘ 因 Ｄ ｎｏ ｅ 据 ； ｂ５基 ｎ ）及其 胚胎 因为具有众多 的优 点在 生命科学研究 中具 有突 突变会造成心脏发育畸形 ， ｏ 而斑 马鱼的 Ｔ ｘ ｂ５突变同样会造成 出的地位 ，在近几年 的研究 中受 到越来越 多的重视和 利用 。 胚胎发育过程 中出心脏畸形 ，并且会使得胸 鳍的发育受到影 １ ８ 年 ，美 国 Ｏｅｏ ９１ ｒ ｎ大学 的著 名遗 传学 家 Ｓｒｉｎ ｅ 等 在 响 ， ｇ ｔ ｓ ｇｒ ｅｉ 据此可建立斑 马鱼 心脏病模 型ｌ。崇梅㈣等人通过显微注 １ Ｏ ｌ Ｔｘ Ｎ ｔｒ 上发表 了第一篇有关斑 马鱼的科研论文『 从 而开启 了 射 发现 ，ｂ２基 因沉默 的斑 马鱼胚 胎在发育过程 中会 出现不 ａｕｅ 】 １ ， 斑马鱼作 为模式生物运用于生命科学 的先河 。斑 马鱼现已被 同损伤程度 的心脏发育障碍 ， 明 Ｔ ｘ 证 ｂ２在心脏发育过程 中起 广泛地应用于发育 和遗传毒理学 、 医学 、 物学 、 生 药物研发 、 环 着重要 的作用。 境毒理学等研究领域脚 本文就斑马鱼及其胚胎应到人类相关 ３ 。 ． ３眼部疾病 斑 马鱼发育早期 ， 眼部 占脑部 的 １ ， ／ 成鱼对光 照敏感 ， ２ 且 疾病的研究作一简要概述 。 １ 马 鱼 及 其胚 胎 在 人 类 疾 病 研 究 中所 具 有 的优 势 斑 昼夜节律明显 ，因而斑 马鱼对人类视觉疾病 的相关研究具有 作 为模式生物 ， 马鱼及其 胚胎具有 以下优点 ： 斑 ①斑马鱼 极大的帮助 。通过 眼睛过小或皮肤上的色素沉积这一特点， 有 亲鱼体形 小 ， 于管 理 ， 易 极大地减少 了饲养空 间和管理成本 ； 利于快速发现和筛选具有 眼科疾病表形 的斑 马鱼突变体 。色 ②斑马鱼雌鱼产卵量大 ， 每次可产约 ３０枚 ， ０ 实验用样本基数 素性视网膜炎和年龄 相关性 黄斑变性 （ Ｍ 疾病都可 以引起 Ａ Ｄ） 大， 确保统计学意义 ； 胚胎药 物处 理简单 ， 需求量少 ； ③胚胎体 眼部疾病 ，斑马鱼 ｇｎ基 因突变 的胚胎 眼睛圆锥状细胞发育 ｎ 外发育 ， 发育周期短 ， 从受精卵到仔鱼在 正常条件下 只需 ７ ｈ 早期 与 Ａ ２， ＭＤ引起的 眼部锥形 细胞 由于营养供给紊乱所造成 借助显微镜可清楚 的观察整个发育过 程 ； ④发 育初 期透明 ， 通 的眼部疾病相似 ，并 且 ｇｎ胚胎 突变体 眼部 细胞在后续 的发 ｎ 过特定基 因标记 ， 以直观 的观察靶基 因的表 达 ； 可 ⑤应用到原 育与人色素性视网膜 炎类似 ，因而斑马鱼 的 ｇ ｎ ｎ 胚胎突变体 可 以应用到这两种疾病的发生发展机理 的研究 中㈣。 位杂交技术和免疫组化技术。 ２斑 马 鱼及 其 胚 胎 用 于人 类 相 关 疾 病 研 究 的 技术 及 方 法 ３４神经 系 统 疾病 ． 斑马鱼及 其胚 胎应用到研 究 中的有 关技术 越来越成 熟 ， 帕金森 氏病 （Ｄ） Ｐ 是脑部 的黑质一 纹状体 的多 巴胺能通路 如胚 胎靶细胞标记 技术 、 组织器官 移植 、 胚胎单倍体 培育 、 靶 受 到损 伤所致 。化 学毒 性物 质 ＭＰ Ｐ （ 一 Ｔ １ 甲基一 — － １ ４ 苯基一 基 因诱变 、 转基 因 、 因过表 达 、 除及沉 默技术 、 基 敲 细胞克 隆 ｌ２ ３ ６ 四氢吡啶 ） 以造 成与 Ｐ ， ， ，－ 可 Ｄ相似的现象 。Ｍｃｉｌ 等 ｋ ｅ ｎｙ 等ｆ一 １ 。 Ｉ ３ ㈣ 研究人员通过对斑马鱼幼鱼进行 ＭＰ Ｐ染毒造成其多巴胺 Ｔ 斑 马鱼及其胚胎作为人类相关疾病模 型研 究的方法主要 能神经细胞损伤从而建立类似人类 Ｐ Ｄ的斑马鱼模型。 借此模 包括 ： 人类相关疾病模 型的建立 。常用的方法是正 向和反向 型 ， ① 研究者们发现 Ｌ 塞利 吉林 （ 一 单氨 氧化酶抑制物 ） 及诺 米芬 遗传法 。 ②借助模型对化合物进行活性筛选。 ③相关作用机制 辛（ 巴胺转运蛋 白抑制物 ） 多 具有保护多 巴胺能神经细胞的作 研究 。 用。此外 ， 马鱼体内的 Ｐ ｏ２ （ 斑 ｈｘ ｂ 与神经 脊疾病发生相关 ） 和 ３斑马鱼及其胚胎作为人类相关疾病模型 的研究应用 Ｕｈ Ｌ９跟 Ｐ ｃ— １ （ Ｄ相关 ） 因与人类具 有高度保 守性 ， 基 因而可以 斑马鱼及其胚胎 的视觉及神经 系统 、组织器官等在基 因 通过斑马鱼及相关模 型的建立来研究 与此基 因相关 的神经系 水平上与人类具有 高度 的保守性 ，并且斑 马鱼胚胎早期发育 统疾病『。 】 ４ １ 与人类极为相同 ， 而其最大优势是繁殖迅速 ， 快速繁殖有利于 阿尔茨海默病（ Ｄ） Ａ 是大脑神经细胞大量死亡所导致 。研 基 因筛选嘲 。 究发现 ，淀粉样蛋 白尤 其是 Ｂ样淀 粉蛋 白的表达过量在 Ａ Ｄ ３１ 血 系 统 疾病 ．造 病的发生 发展 中起着 巨大 的作用 。ＡＢ Ｂ样淀粉蛋白） Ａ Ｐ （ 由 Ｐ 斑马鱼发育早期透 明 ， 可直接观察血液 系统 的发生发展 ， （ 淀粉样前体蛋 白） 切割产生 ， 其大小长度由 一 分泌酶决定。 科 如血液循环、 心脏跳动。斑马鱼的造血系统包括红系 、 髓系 、 淋 研人员 Ｃｎ ｐｅ￣ ａｍ ｂｌ 等对 Ａ 产 生有关 的基 因如 Ｐｎ 、ｓ １ ［ Ｂ ｅ２Ｐｅ 及 ｎ 系及血小板等 ，其造血过程及造血区域与高等脊椎动物高度 Ｐ ｌ ｈ 等进行 敲除 ，发现 Ｐ ｎ ｅ２对依赖于 ｐ ３的神经细胞存活具 ５ 相似悯 。鉴于这些优点 ， 斑马鱼成为 了研究造血 系统疾病研究 有重要影响。 的最佳模式生物。 目前对红系造血病尤其是贫血症 的相关研 除此 ，斑马鱼的感 觉器官如嗅觉 、听觉等大多分布在体 究 比较透彻 ， 研究者们建立 了相关疾病 的斑 马鱼模型 ， 可遗 表 ，利用行为学分析方法及手段可 以很容易地对嗅觉及 听觉 如 传 的地 中海贫血模型 、 斑马鱼 Ｆ ｅ幼粒 红细胞性贫血模型等 等神经功能进行相关测验 。 。 白血病是青少年最常见的一种恶性肿瘤 。 ａｇｎｕ等 ３ Ｌ ｎｅ ａ 嘬 ． ５血管生成 先建 立了斑马鱼的白血病模型 。研究者 将来源于小 鼠 ｃ ｍ ｅ — ｙ 在肿瘤 、 糖尿病 、 心脏病等疾病的进程 中都伴随有血管新 基因与斑 马鱼胚胎 的 Ｒ ｇ 因融合 ， ａ２基 然后在此基因团的尾部 生 ，利用斑 马鱼血管新生模 型可 以筛选 出血管生成促进剂或 连接上发绿色荧光 的 Ｇ Ｐ基 因 ，再将 ｃ ｍ ｅ Ｒ ｇ一 Ｆ Ｆ — ｙ— ａ２ Ｇ Ｐ的融 抑制剂从而在这些疾病 的治疗 中发挥作 用。在癌症治疗领域 ， 合体移人到斑体细胞 中，使所有接受过基 因移 植的斑马鱼均 利用斑马鱼研究肿瘤 的血管生成备受关 注。已有研究表明 ， 麦 表达此基 因， 就此建立了斑马鱼 白血病模 型。 考酚酸对 进行血管标记绿色荧光 蛋白的转基 因斑马鱼血管生 ３２心脏疾病 ． 长具有抑 制作用 ， 且呈现 出剂量依赖性 ； 经血管 内皮生长 因子 斑马鱼 Ｔ Ｎ ２基因 的功能与人类 相似 ， ＮＴ 其突变都可导致 Ｖ Ｇ Ｅ Ｆ注射的斑 马鱼胚胎 ， 检测到其体 内有 明显 的新生血管生