斑馬魚在國(guó)際上已廣泛應(yīng)用于藥物早期安全性評(píng)價(jià)和毒理學(xué)研究，輝瑞、默克、強(qiáng)生、阿斯利康等跨國(guó)醫(yī)藥巨頭都在用斑馬魚進(jìn)行藥物早期安全性評(píng)價(jià)。FDA和EMA早在2009年就通過了對(duì)斑馬魚安全藥理學(xué)數(shù)據(jù)的GLP檢查。中國(guó)重大新藥創(chuàng)制專項(xiàng)自2012年開始將斑馬魚藥物安全性評(píng)價(jià)技術(shù)列為了關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)課題之一，并連續(xù)滾動(dòng)支持。隨著斑馬魚全基因組和人類基因組相關(guān)性比對(duì)分析工作的完成，斑馬魚在人類疾病未知基因研究、疾病表型分析以及通過高通量體內(nèi)藥物篩選平臺(tái)開發(fā)潛在治療藥物方面發(fā)揮了重要作用。

　　斑馬魚在藥物篩選中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：它不僅具有體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也作為脊椎動(dòng)物具有體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，完美的結(jié)合了體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。

　　與細(xì)胞模型相比具有生物、靶點(diǎn)和一藥多篩的優(yōu)勢(shì)

　　生物優(yōu)勢(shì)：斑馬魚是整體作為藥物受試對(duì)象，可同時(shí)監(jiān)測(cè)藥效和毒性，以便在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)排除掉毒性大的化合物，大大降低誤篩率；且斑馬魚胚胎透明，可鏡下直視或通過免疫熒光、整體原位雜交等技術(shù)觀察表型變化，降低藥篩成本。

　　靶點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：斑馬魚與人類基因的同源性高，可以針對(duì)某個(gè)生物學(xué)表型而不是靶點(diǎn)進(jìn)行藥篩，可以尋找到未知的藥物靶點(diǎn)。

　　一藥多篩：可同時(shí)觀測(cè)分析多個(gè)器官系統(tǒng)的表型。

 

 

　　與哺乳動(dòng)物小鼠相比具有高通量、低費(fèi)用、給藥方便等優(yōu)勢(shì)

　　高通量：斑馬魚產(chǎn)卵數(shù)量多，且受精后的7天卵黃可提供胚胎營(yíng)養(yǎng)而不用喂食，方便用96孔或384孔板進(jìn)行藥物篩選；藥物研發(fā)過程中，不是所有合成或者分離出來的化合物都能有理想的活性，往往需要對(duì)大批量的藥物庫(kù)逐步進(jìn)行篩選，這時(shí)可以通過斑馬魚高通量篩選快速選出有活性的化合物（先導(dǎo)化合物），指導(dǎo)后續(xù)研發(fā)工作。

　　低費(fèi)用：斑馬魚飼養(yǎng)和消耗的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)鼠，平均每天每只消費(fèi)約為實(shí)驗(yàn)鼠的1/100。

　　給藥方便：斑馬魚皮膚具有通透性，給藥過程簡(jiǎn)單，容易操作，而且易于進(jìn)行大規(guī)模的藥物篩選，可直接將化合物溶于水?dāng)U散至胚胎中，所需化合物的量?jī)H為實(shí)驗(yàn)鼠的1/100-1/1000。

 

 

　　近年來，已經(jīng)有一些研究團(tuán)隊(duì)使用斑馬魚在血液、心血管疾病、糖尿病和肥胖癥、神經(jīng)退行性疾病以及癌癥等領(lǐng)域進(jìn)行研究工作并取得一定的成果。

　　血液和心血管疾病

　　由于斑馬魚胚胎很小, 可以通過被動(dòng)擴(kuò)散跟環(huán)境交換氧氣和二氧化碳, 所以即使沒有血液循環(huán),斑馬魚胚胎仍舊可以存活5 d ，非常有利于研究血液和心血管發(fā)育缺陷。

 

 

　　哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Zon課題組以造血干細(xì)胞分子標(biāo)記runx1/cmyb 的表達(dá)譜為指標(biāo), 用斑馬魚胚胎來篩選調(diào)節(jié)造血的化合物, 發(fā)現(xiàn)了前列腺素E2(Prostaglandin E2, PGE2)能顯著增加造血干細(xì)胞的數(shù)量, 同時(shí)又不引起胚胎發(fā)育異常。前列腺素E2在小鼠中具有同樣的功能。盡管前列腺素E2 已經(jīng)是臨床藥物, 主要用于引產(chǎn), 但是以前人們并不知道它還能促進(jìn)造血。目前, 前列腺素E2 的穩(wěn)定修飾物16,16-Dimethyl Prostaglandin E2(dmPGE2)已進(jìn)入臨床研究。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院與制藥公司Fate Therapeutics等機(jī)構(gòu)合作, 用dmPGE2 來促進(jìn)人臍帶血細(xì)胞移植后的增殖(ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00890500)。dmPGE2 是第一個(gè)進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)的始于斑馬魚篩選的藥物, 有力的證明了斑馬魚藥物篩選的效力和潛力。

 

 

Yunyun Yue, Mingyang Jiang, Luqingqing He, Zhaojunjie Zhang, Qinxin Zhang, Chun Gu, Meijing Liu, Nan Li, Qingshun Zhao*. 2018. The transcription factor Foxc1a in zebrafish directly regulates expression of nkx2.5, encoding a transcriptional regulator of cardiac progenitor cells. The Journal of Biological Chemistry, 293(2):638-650. 

 

糖尿病和肥胖癥

 

 

　　神經(jīng)退行性疾病

　　神經(jīng)毒素1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-Tetrahydropyridine (MPTP) 能誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物帕金森病模型。斑馬魚的神經(jīng)系統(tǒng)跟人類似, 胚胎用MPTP 處理后, 同樣發(fā)生多巴胺能神經(jīng)元數(shù)量減少和運(yùn)動(dòng)遲緩, 這種病理表型可以被Deprenyl 拯救,而且MPTP 和Deprenyl 的作用機(jī)制在人和斑馬魚間是保守的, 都要通過單胺氧化酶[44, 45]來起作用。可見, 斑馬魚是很好的帕金森病模型, 而且斑馬魚胚胎沒有血腦屏障, 有利于藥物進(jìn)入腦。

 

 

Guo, S. (2009). Using zebrafish to assess the impact of drugs on neural development and function. Expert opinion on drug discovery 4, 715-726 

 

　　癌癥

　　Zon 課題組用斑馬魚胚胎進(jìn)行藥物篩選, 發(fā)現(xiàn)了雙氫乳清酸酯脫氫酶 (Dihydroorotate dehydrogenase, DHODH)的抑制劑, 比如來氟米特(Leflunomide), 能抑制神經(jīng)脊細(xì)胞發(fā)育。在哺乳動(dòng)物模型里的實(shí)驗(yàn)表明, 通過抑制DHODH 可以有效抑制黑素瘤在體外和體內(nèi)的增殖。Leflunomide 也被批準(zhǔn)進(jìn)入了臨床實(shí)驗(yàn), 與Vemurafenib 聯(lián)合用藥治療黑素瘤(ClinicalTrials.gov Identifier NCT01611675)。

 

 

（Patton, E.E., Widlund, H.R., Kutok, J.L., Kopani, K.R., Amatruda, J.F., Murphey, R.D., Berghmans, S., Mayhall, E.A., Traver, D., Fletcher, C.D., et al. (2005). BRAF mutations are sufficient to promote nevi formation and cooperate with p53 in the genesis of melanoma. Current biology : CB 15, 249-254 ）

 

　　藥效學(xué)篩選和安全性評(píng)價(jià)

　　斑馬魚不僅可以適用于多種藥物種類，還能進(jìn)行多種類型的藥效學(xué)評(píng)價(jià)和安全性評(píng)價(jià)。藥物類型包括中藥、天然產(chǎn)物、小分子藥和成品藥物（新適應(yīng)癥開發(fā)）。

　　藥效學(xué)評(píng)價(jià)涉及領(lǐng)域：腫瘤、眼科、骨科、耳科、中樞神經(jīng)、消化系統(tǒng)、脂質(zhì)代謝、皮膚色素、組織再生、免疫與炎癥等。

　　此外通過斑馬魚實(shí)驗(yàn)在早期能快速發(fā)現(xiàn)安全性不佳（干擾胚胎發(fā)育、引起表型變化等）的候選化合物，可以有效降低后期研發(fā)失敗風(fēng)險(xiǎn)和成本，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)越來越多地應(yīng)用斑馬魚對(duì)臨床前藥物進(jìn)行安全性與毒理性評(píng)價(jià)。如美國(guó)FDA國(guó)際毒理研究中心（NCTR）評(píng)價(jià)氯胺酮（ketamine，一種被美國(guó)FDA嚴(yán)格管制的兒科麻醉劑）對(duì)斑馬魚心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氯胺酮能夠降低斑馬魚的心率，減少斑馬魚的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元數(shù)量，和人類臨床試驗(yàn)完全一致。

 

　　我們團(tuán)隊(duì)在趙慶順教授的帶領(lǐng)下，基于基因組編輯技術(shù)開發(fā)制備具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人類疾病的斑馬魚模型，如斑馬魚心血管模型、肥胖癥模型、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)模型、腫瘤模型等，取得了一定的研究成果，為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)鏈提供斑馬魚藥篩平臺(tái)這一重要的鏈接。