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文献综述-斑马鱼及其应用

斑马鱼及其研究应用

作者：

杜颖指导老师：

张源淑

摘要：

斑马鱼作为一种新兴的重要模式动物之一，体外受精、胚胎透明，因此可在显微镜下直接观察发育过程及检测药物引起的内脏组织变化,在生命科学领域中应用前景十分广阔。

斑马鱼体型小，适合高通量研究，还具有生长繁殖周期短及其与人类高度相似的基因组等优点，已经广泛用于人类疾病模型的建立、新药研发和药物的筛选，此外，斑马鱼还被应用于毒理学、发育生物学和遗传学等的研究。

因为斑马鱼对污染物反应灵敏，现已用于监测环境污染物及污水检测。

本文主要从几个方面对斑马鱼的研究进展进行了整理和归纳。

关键字：

斑马鱼模式动物科学研究发育感染药物

ZebrafishandItsApplication

Abstract:

Zebrafishasanimportantmodelanimalemerging,itsinvitrofertilization,transparentembryo,internalorganscanbedirectlyobservedduringthedevelopmentandtestingorganchangecausedbydrugsunderthemicroscope,hasverybroadapplicationprospectsinthefieldoflifesciences,zebrafishalsohasalive,high-throughput,growthandshortreproductioncyclesandhighlysimilartothehumangenome,etc.,itiswidelyusedinmodelinghumandiseases,drugscreening,andsecondly,zebrafishalsoisappliedintoxicologyresearch,developmentalbiologyandgenetics,etc..Becauseofitssensitivity,ithasbeenusedtomonitorenvironmentalpollutantsandwatertesting.Thispapermainlyfromseveralaspectsofzebrafishresearchprogresshasbeencollatedandsummarized

Keywords:

zebrafishAnimalmodelsScientificresearch

DevelopmentInfectionDrug

斑马鱼（Daniorerio）又名蓝条鱼、花条鱼、蓝斑马鱼、印度鱼、印度斑马鱼,产于孟加拉、印度东部、巴基斯坦、缅甸、尼泊尔等地，是一种常见的热带淡水硬骨鱼。

属辐鳍鱼纲（Actinopterygii）鲤科（Cyprinidae）。

斑马鱼身体细长，呈纺锤形，成鱼体长约4-6cm,因全身布满深蓝色条纹似斑马样而得名。

斑马鱼雌雄鉴别容易，雄鱼体型细长，颜色偏黄，条纹较为显著，纵纹为柠檬色；雌鱼身体肥胖，颜色较淡，纵纹呈蓝色加银灰色，在性成熟后腹部肥大。

雌鱼每次可产卵300多枚，鱼卵易收集，其胚胎透明,繁殖能力强且生长发育速度快，对饲养要求低，可高密度饲养，与其他实验动物相比有很大优势，是一种非常受欢迎的实验动物模型。

近三十年来，已有约20个斑马鱼品系的基因数据库资料，全球已有超过1500个斑马鱼实验室，而我国也有超过250个实验室利用斑马鱼开展相关研究。

英国桑格研究所（WellcomeTrustSangerInstitute）于2013年完成了斑马鱼的参考基因组，研究人员在此基础上比较了斑马鱼与人类基因组的异同，并进行了系统性的全基因组分析.在此综合近几十年的研究，在胚胎及遗传发育学、基因组学、药物筛选、疾病模型的建立等方向探讨斑马鱼的研究成果及进展。

1.胚胎及遗传生物学方向

斑马鱼的发育分为6个阶段：

卵裂期，囊胚期，原肠胚期、分裂期、

成形期

和孵化期。

斑马鱼属于体外受精动物，胚胎在体外发育且胚胎透明，发育过程可以直接连续的观察，是研究胚胎发育和遗传生物学的理想模式,解决了小鼠胚胎期变化不易观察的自身缺陷。

斑马鱼产卵量高，成熟周期短，可人为控制产卵过程，发育过程又可在体视显微镜下观察，在研究试验中有很大便利。

1981年美国遗传学家GeorgeStreisinger等人在《Nature》上发表文章，详述了斑马鱼受精卵的变化过程及卵裂方式，首次将斑马鱼用于发育生物学和遗传生物学的研究⑴，开启了斑马鱼的研究热潮，此后相继有学者借助斑马鱼开展了心血管及血液系统的发育遗传学研究⑵，发现斑马鱼心血管系统早期发育与人类极为相似，心血管系统有缺陷的突变体可长期存活,这为心血管发育遗传学研究提供了有利的条件。

此外，运用正向遗传法和反向遗传法可以推导出斑马鱼的遗传发育途径，利用x-ray、乙烷亚硝基脉（ENU）或反转录病毒感染造成基因组突变再多次子代筛选所得的正向遗传学材料对于遗传发育机制的研究十分有利［3］。

"Morpholino抑制技术”可快速以反向遗传学的方法验证基因的功能,注入的MOs会在整个胚胎形成期比较有效和稳定的发挥作用⑷。

2.基因组学方向

斑马鱼的基因组有约30000个基因，与人类基因有87%的相似性，目前已获得较为完整的基因组学资料，基因组全系列测序已经完成，功能基因组学的研究也成为一大热点。

现已从斑马鱼上克隆到许多人类基因，并且具有相似的功能。

2.1突变基因

斑马鱼容易得到突变品种，很多突变系都具有与人类疾病相似的临床症状，可以得到相应的人类疾病模型，对于很多疾病发病机制有了新的研究转机。

插入突变可以很大程度的提高突变基因的克隆速度。

现已通过反转录病毒介导的插入突变技术在斑马鱼已得到许多影响胚胎发育和细胞生长的基因，并找到了对应的基因。

反转录病毒介导的整合插入技术很适合获得转基因突变体斑马鱼，1994年Lin等［5］首次报道了以莫洛尼氏鼠白血病病毒（MoloneyMurineLeukemiaVirus,MoMLV）为基础，使用疱疹性口炎VG糖蛋白（VesicularStomatitisVirusGlycoprotein,VSV-G）包被的伪型反转录病毒对斑马鱼囊胚显微注射，从而得到的外源性DNA整合的转基因斑马鱼［5］。

但是反转录病毒的注射同时会增加个体自发突变的几率，约有1/4的基因突变不是前病毒的插入突变造成的［6］,因此还需要判断突变发生的原因。

另外，斑马鱼有屈光反应、眼动反应和视动反应，可根据眼动反应和视动反应筛选有视觉缺陷的个体，用来检测与视觉相关的基因突变［7］。

2.2转基因斑马鱼

和斑马鱼造血有关的转录因子与其他哺乳动物有高度同源性，其中scl、cloche基因的功能与哺乳动物同源基因功能相似［8］,已用于造血系统病理和生理功能的研究。

清华大学生物实验室利用调控血细胞和神经细胞的分化的转录因子GATA-2获得了组织特异性表达绿色荧光蛋白（GFP）的转基因斑马鱼［9］。

现今，

国内外已获得大量转基因斑马鱼品系。

3.药物筛选方向

斑马鱼胚胎发育透明，可以通过显微镜清晰直观的检测药物对内脏器官如心跳、血管形态及血管内细胞流动等造成的影响，利用斑马鱼建立的多种器官疾病模型更是便于药物药效学筛选和药物毒性如发育毒性、心血管毒性、肝毒性、肾毒性、行为毒性及致畸性等的研究［10］,其中斑马鱼药物评价系统识别致畸物质的成功率为100%［ll］o

斑马鱼有典型的内耳结构，沿体表测线排列有富含的毛细胞的神经丘,毛细胞又是人类听觉重要的一部分，不同于人类，斑马鱼的毛细胞在受损后可以再生，于是学者们致力于利用斑马鱼研究人类听力丧失的机理，也有学者通过对斑马鱼毛细胞活体染色探索耳毒性抗生素如氨基糖昔类药物的作用机理［12］。

斑马鱼活体、高通量等自身优点，也十分适用于中药混合物［13］和新药的研究。

4.疾病模型方向

4.1肿瘤研究

斑马鱼的肿瘤组织与人类相似，可通过诱变基因或细胞移植使其产生高度转移性的肿瘤细胞并患癌症，且同样具有遗传性，遗传背景相对简单［14］。

研究表明，人和斑马鱼与肿瘤有关的控制基因有一定保守性，斑马鱼的胚胎还有与肿瘤相似的特征，是一种肿瘤研究理想的模式生物。

2003年，Langenau等将鼠源性c-myc基因与Rag2启动子融合再连上GFP基因嵌合后注射到斑马鱼的胚胎细胞建立了白血病模型，为人类白血病的治疗寻找到了新的方向

4.2其它

斑马鱼体内与神经崎相关的phox-2b基因［15］和对帕金森疾病相关的UCH-LI基因［16］也被用于相关疾病的研究，其心脏突变体heartstrings也为霍-奥二氏综合征的研究提供了新思路［17］o

迄今为止，斑马鱼已用于心血管疾病、神经系统疾病、生殖系统疾病、糖尿病、视网膜疾病、骨质疏松、感染性疾病、抗肿瘤、抗血栓、中药神经保护与行为学以及中药血管新生等的研究。

也用于检测细菌性疾病如猪链球菌2型的致病力［18］等，是研究人类疾病乃至动物疾病的重要生物模式。

5.生殖内分泌及神经科学方向

5.1生殖内分泌

在动物方面来讲，生殖内分泌学旨在通过科学的手法来调控生殖内分泌系统以提高和优化动物生产性能。

脊椎动物下丘脑丛神经末梢分泌促性腺激素及其受体（GnRH）,使其到达垂体促进性腺激素（GtH）的释放，对动物性发育、成熟及分娩产生重要的作用。

目前已利用特异性酶联接免疫吸附剂测定（ELISA）技术证明了斑马鱼脑部有两种GnRH,GnRH2和GnRH3［19］,并已克隆获得两种GnRH的cDNA全长序列［20］。

［14］o

5.2神经科学

斑马鱼在行为和生理上表现明显的昼夜节律，对光反应明显，也用于生物钟规律研究［21］,同时用于背光反应、逃避反应、听觉行为学的科学试验［7］,便于探索人类神经行为疾病。

6.环境及毒物监测

斑马鱼还可用于环境监测和有毒致癌物质的累积效应和毒性研究。

目前，斑马鱼已作为试验标准鱼类列入经济合作发展组织的指导手册，并且是国际标准化组织推荐的五大试验鱼种之一。

6.1毒物检测

斑马鱼现在已用于环境中许多化合物如有害重金属、双酚a［22］、苯酚、环己胺、有机氯、及卤代芳香炷化合物等致癌物的累积效应和毒性效应。

中国科学院水生生物研究所利用斑马鱼研究了纳米及常规TiO2、ZnO悬浮液对其氧化损伤及应激效应，研究发现团聚作用对不同化学组成的纳米颗粒的毒性影响程度不同

［23］o

6.2环境监测

可以通过斑马鱼的生命周期试验对环境中各种疑似有害物质进行生态学的评估。

斑马鱼对水体污染物反应灵敏，会做出相应的较为明显的行为反应，十分适用于原水水质的变化监测。

如通过斑马鱼急性毒性测试实验用0.2%的高渗甲维盐和25%毒死蝉氯氤菊酯乳液模拟污染农药的水源，统计分析计算斑马鱼的LC50发现斑马鱼对两种农药的灵敏度都较强，最低可达微克［24］。

另有研究表明，环境雌激素亦会导致胚胎的发育抑制［25］。

自从斑马鱼进入研究者的视线，其优良的自身潜能及其方便实用的各种优势在很多程度上打败了一般常用实验动物，为科学实验的研究打开了新的思路。

斑马鱼不仅是发育生物学和遗传学的理想研究模式，同时也为药物筛选和毒理学研究提供了很好的研究工具，为新药的检测提供了很大的便利。

在环境监测方面更是体现了自身很好的潜能，也为器官组织再生、视力丧失及听力衰退等研究展开了新的通路，相信在将来会得到越来越多的实验成果，为人类科学做出更大的贡献。

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