斑马鱼在人类疾病及药物筛选模型构建中的应用

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1、斑马鱼在人类疾病及药物筛选模型构建中的应用　　人类疾病及临床药物筛选大多采用鼠类动物来建模。目前，低等脊椎动物斑马鱼作为模式动物已获得极大的关注。斑马鱼具有多方面的优势：包括在基因和器官系统上与人类具有很高的同源性，强繁殖力，体外受精，基因易于操作以及整个成年早期身体透明等。本文就近10年来人类疾病及药物筛选中有关斑马鱼研究的四个领域展开讨论。这些领域分别是：①伤口愈合/修复；②胃肠道疾病；③微生物-宿主相互作用；④遗传性疾病和药物筛选。　　1创伤愈合/修复　　创伤愈合是各种损伤组织和器官的一种重要的生物反应。一系列引起上皮损伤

2、和机体屏障破坏的因素激发了一种被称为"修复"的生物反应，它起着封锁损伤区域，防止其扩散以及重建机体内稳态的作用。这种"创伤愈合"反应既包括一些上皮细胞迁移到损伤区域，同时也有上皮细胞增殖来补充细胞池等两部分。认识到这种反应的细胞和分子机制或许就会给那些正遭受着像缺氧症、烧伤以及癌症等慢性炎性疾病的患者产生深厚的影响。斑马鱼身体透明，具有很强的成像特点使研究人员在基因操作时更加容易，从而使得这种动物成为研究针对各种损伤的创伤愈合反应的理想模型[1]。此外，斑马鱼所具有较强的肢体和心脏组织再生能力也使得它们成为一种探索再生分子机制的

3、强大动物模型。最有名的斑马鱼损伤模型是仔鱼尾巴创伤模型，在此模型中仔鱼尾鳍的一段被切除了。研究人员利用这种转基因斑马鱼的损伤模型在中性粒细胞特有的过氧化物酶催化剂转录控制下表达的绿色荧光蛋白（EGFP）研究了最新的中性粒细胞趋化到损伤部位的机制[2]。一些研究人员还把编码过氧化氢酶的mRNA注射到斑马鱼胚胎发育过程的一个细胞阶段去推定活性氧化物H2O2在创伤愈合应答中的作用[3]。在斑马鱼体内，角质细胞产生H2O2来减少躯体感觉轴突的再生。与尾鳍模型相似，神经元的再生也同样需要过氧化氢酶基因的激活[4]。此外，即使在角质化细胞完

4、好时，随着神经元的损伤H2O2的变化也能促进轴突再生[5]。这些成果可以扩展到对人类外伤性神经损伤以及其后的四肢功能丧失机制的认识。除了皮肤损伤研究外，斑马鱼还被用于心脏组织再生能力的研究。斑马鱼心脏组织损伤后的反应不同于哺乳动物，后者心脏组织损伤后不可以再生而是形成了疤痕，而斑马鱼在心室被切除了20%后，心脏组织2个月内就可以完全再生[6]。斑马鱼的这种避免疤痕形成的能力需要Mps1（一种有丝分裂关键酶）的激活[7]。此外，心脏再生包含了一系列损伤修复基因的上调，同时也可能有血小板衍生生长因子B信号的激活[8]。以斑马鱼为模型

5、的心脏再生研究或许可以独辟蹊径，找到对缺血性心脏病患者产生深厚影响的独特方法。　　2胃肠道疾病　　斑马鱼的消化系统与哺乳动物极为相似，同样包含了一个肝脏、胰腺、胆囊以及一个具有吸收和分泌功能的线性分段的肠道[9-10]。肠上皮在肠道的全程中都发挥着作用且它还包含了许多同样也能在哺乳动物身上找到的上皮细胞，包括：吸收细胞、杯状细胞、内分泌细胞等[11-12]。有趣的是，一项还在进行中的基因诱变筛查研究产生了一些发生突变的斑马鱼，它们发生自发性的肠、胰、及肝上皮突变[13]。后来还发现这些突变了的斑马鱼在用了复方阿司匹林处理后，可以

6、导致核β-连环蛋白的堆积以及增加了像cmyc和axin2这样的下游基因的表达[14]。而复方阿司匹林诱导人类[15-16]和大鼠[17]发生突变后肠息肉会大量增生，所以这种复方阿司匹林斑马鱼模型或许可以用在基因、药物筛选以及毒理学研究上。肝肿瘤基因谱分析显示，人类和斑马鱼之间有132个基因是明显重叠的[18]。这些基因包括那些涵盖β-环连蛋白、RSA蛋白激酶信号通路、以及控制细胞粘附和凋亡、在人类和斑马鱼身上都具有的肝特定代谢等过程的基因[19]。肝毒素硫代乙酰胺可引起斑马鱼肝细胞发生癌变。斑马鱼暴露在硫代乙酰胺的环境下12w左

7、右，就可导致与肝细胞癌相关的病理改变[20]。人类肝细胞癌发病率日益增长与HCV感染日益增长密切相关，尤其是感染了具有致癌作用的HCV核心蛋白[21]，这也使得斑马鱼这个模型与人类的疾病密切相关。胰腺癌成为极常见的第四大肿瘤。这可能归结于有限的诊断工具以及有限的检查这种疾病的能力。胰腺外分泌细胞是95%以上胰腺癌的罪魁祸首。至今引起人类外分泌性胰腺癌增长的胰腺细胞群还是个未解之迷，但研究人员已开始用斑马鱼模型来探究这个重要的迷。研究人员利用转基因斑马鱼模型发现当正常的胰腺祖细胞分裂时，荧光标记的转基因模型鱼却阻止了细胞分裂，反而

8、产生了许多未分裂的祖细胞。而这些祖细胞在经过3～9个月左右就转化成了创胰腺癌。这些癌细胞同时也表达了大量的顽固性基因以及一些下游顽固性目标基因，这种胰腺癌细胞畸变信号传导方式也是人类胰腺癌的典型代表[21]。这个首次建立的致癌外分泌腺胰腺祖细胞斑马鱼模型或许会成