神奇动物在这里—之“水形物语”
这种可爱的全身遍布多条深蓝色和银色纹理的小鱼儿，被实验人员亲切的称为“水中小白鼠”，在水中成群游动时宛如驰骋在草原上的斑马群，故而得名。斑马鱼是一种常见的热带鱼类，其体型纤细、个头小，成年斑马鱼体长约4~6cm，2009年斑马鱼全基因组完成测序，称为公认的新型模式动物之一。
作为常用的模式动物，斑马鱼由于个头小所占空间小，因此相较于大小鼠而言，斑马鱼的饲养更为便利；而且，斑马鱼繁殖能力强，产卵数可达数百粒，适合大规模的实验。基因组测序表明，斑马鱼与人类基因的同源性高达87%，且早期胚胎发育与人类极为相似；在蛋白质水平上，关键部位的同源性几乎是100%。是研究遗传、发育等生物医学领域的最佳模式生物之一。
斑马鱼雌雄鉴别：雄鱼的鱼体修长，体色略深，深蓝色条纹间黄色条纹且条纹明显；雌鱼的鱼体较为肥硕，体色偏淡，蓝色条纹间银灰色条纹，腹部肥大，尤见怀卵期鱼腹膨大。
（图：实验室斑马鱼饲养；图片源于网络）
（图：斑马鱼雌雄鉴别；图片源于网络）
斑马鱼体外受精、体外发育、胚胎透明、生长快且生命周期短。胚胎发育经历合子期（0~0.75h）→卵裂期（0.75~2.25h）→囊胚期（2.25~5.25h）→原肠期（5.25~10h）→体节期（10~24h）→咽囊期（24~48h）→孵化期（48~72h）→早幼期（CHARLES B, KIMMEL, WILLIAM W, BALLARD, SETH R等）
（图：斑马鱼胚胎发育过程）
目前，斑马鱼在发育遗传学、生态毒理学、人类疾病模型、基因损伤和修复、药物筛选等领域均有广泛应用。鉴于文章篇幅限制，编者就斑马鱼在毒理、肿瘤以及药物筛选方面做一简单介绍。
3.1斑马鱼在毒理学领域的应用
斑马鱼最早被用于水体监测、致畸及其他有毒物质的检测，已经成为药物安全性评价、生态毒性分析、环境风险评估的有效模式动物。欧洲化妆品毒理学和生态毒理学中心（ECETOC）、经济合作与发展组织（OECD）和国际标准化组织（ISO）这些权威组织已经认可斑马鱼在毒理学中的价值；Nisha S. Sipes将斑马鱼称为“21世纪新型的毒性测试模型”。与哺乳动物相比，斑马鱼最大优势是进行高通量筛选，可在细胞水平实现对毒物的毒性预测；此外，由于斑马鱼胚胎几乎透明，因而可以借助显微镜直观观察胚胎的各阶段发育情况，明确毒物的作用靶点，斑马鱼胚胎在毒理学研究中成为当前热点。
表 斑马鱼胚胎发育可观察到的毒理学终点
（表格来源于中国农业科学院 吕鹏[1]）
由于斑马鱼的胚胎特性，使得生物成像技术在斑马鱼胚胎发育过程中被大量应用。生物成像既可以通过显微镜直接观察，也可以外加荧光剂或者辅以基因手段加入荧光蛋白表达的基因，通过荧光成像监测该基因的表达。
（图：碳量子点在斑马鱼体内的衰减过程；张景慧[2]）
（图：石墨烯量子点对斑马鱼的发育毒性研究. A:正常鱼；B~D：暴露于石墨烯量子点的畸形鱼。 PE：心囊水肿；VC：卵黄囊肿，BS：脊柱弯曲；张景慧[2]）
斑马鱼胚胎在纳米颗粒的毒性研究领域中同样运用火热。Haissam Abou-Saleh[3]等人运用壳聚糖纳米颗粒对斑马鱼胚胎进行了毒性研究，发现壳聚糖纳米颗粒并不影响斑马鱼胚胎的存活。
（图：ChNPs组：壳聚糖纳米颗粒，在200mg/L浓度下胚胎发育未见异常；DEAB组：二甲氨基苯甲醛，体型小、脊柱侧凸的心脏水肿（封闭箭头）、卵黄囊肿（开放箭头）；Haissam Abou-Saleh, et al[3]）
斑马鱼已被欧洲实验替代研究中心推荐为新的替代动物，成为21世纪一个高效而普适的环境毒理学模式生物，可以进行多维度的生态风险评估，在优化和减少哺乳动物体内试验及环境化学物毒性作用机制试验中具有重大价值。
3.2 斑马鱼在肿瘤模型中的应用
在癌症研究方面，斑马鱼模型与传统的细胞培养方法相比更具有优势，因为斑马鱼可以测试更广泛的表型。斑马鱼和哺乳动物在肿瘤的进展过程中有共同的分子途径，斑马鱼肝肿瘤中有超过130种不同的基因表现出与人类肝癌相似的表达，与肿瘤组织学类型、分级和分期有关。Zheng和他的同事们证明了转基因斑马鱼模型与人类肝细胞癌具有相同的分子标记[4]。有几种方法可以在斑马鱼体内复制人类癌症，比如利用突变系和转基因以及肿瘤细胞的移植。
（图：斑马鱼成体和胚胎癌变发生的方法；Patricia Letrado, et al[5]）
（图：斑马鱼肿瘤移植；Patricia Letrado, et al[5]）
（图：斑马鱼幼体异种移植发育示意图，Nusrat Khan, et al[6]）
（图：斑马鱼成体异种移植发育示意图；Nusrat Khan, et al[6]）
（图：U937白血病细胞异种移植在幼体期。每只幼体注射300~500个U937细胞在24、72h后斑马鱼幼体表现出的典型亮场和荧光图像。Nusrat Khan, et al[6]）
（图：左侧Huh7细胞移植成鱼的代表性图像显示移植后15天异种移植物在腹腔发育；右侧为心脏内注射U937细胞显示了这些细胞在移植后15天定位到腹腔。Nusrat Khan, et al[6]）
目前，采用转基因、正/反向遗传学、移植、化学诱导等现有技术，可以成功的对斑马鱼进行不同肿瘤模型的构建及机制研究，例如黑色素瘤肿瘤、肝癌、皮肤癌、血管瘤、细胞间质瘤、宫颈癌、胰腺肿瘤、某些转移瘤、神经母细胞瘤及上文提到的白血病模型等，不同斑马鱼肿瘤模型的开发，为相关领域的深入研究提供了更强大的支撑。
3.3斑马鱼在药物筛选中的应用
近年来，斑马鱼疾病模型已有很多研究成果，基于斑马鱼疾病模型的药物筛选也正如火如荼的开展，并已经成功地应用到治疗诸如肿瘤、神经、心血管、眼科、骨骼等疾病的药物筛选中。
复旦大学的钟涛[7]研究团队用转基因斑马鱼进行了具有调控心肌发育分化活性的先导化合物筛选，鉴定出一类能够增加斑马鱼心肌细胞的小分子化合物Cardionogen.
（图：影响心脏发育的化合物筛选过程的示意图；3个被TG(cmlc2-EGFP)标记的胚胎转移到每个含10 µM E3缓冲液的孔中[7]）
（图：斑马鱼发育过程中Cardionogen可增加心脏大小。A：Cardionogen家族的化学结构；B：未经处理的对照组斑马鱼心脏；C：CDNG1处理的心脏；D：CDNG2处理的心脏；E：未经处理的对照组胚胎；F：在60hpf时的CDNG1处理的被TG(cmlc2-EGFP)标记的胚胎；G：对照组胚胎；H：60hpf时被CDNG1处理的胚胎。B-D为腹侧观；E-H为纵侧观[7]）
另有学者利用斑马鱼筛选出对白血病有选择性毒性的新型化合物。
（图：斑马鱼药物筛选鉴定抗T细胞化合物[8]）
在药物筛选中，体外细胞水平作用环节单一，啮齿类动物实验劳动强度大，成本高，利用斑马鱼模型能有效给予弥补。有一种身体完全透明的斑马鱼在多年前就已被美国科学家成功培育出来，这种透明斑马鱼更方便观察其内部结构，因而更有利监测肿瘤的发生发展。当然，斑马鱼模型也有某些局限，例如斑马鱼对药物的代谢与人类不完全相同，通过斑马鱼模型筛选得到的先导化合物依然必须在合适的啮齿类动物模型中进行验证，但是斑马鱼作为药物筛选模型已显示出巨大的潜力，在药物筛选方面必将进一步深入和完善。
（全身透明的斑马鱼；图片源于网络）
自20世纪90年代初以来，斑马鱼因其诸多优点已成为模式动物家族中极其重要的一员，得到了高度重视和广泛运用。除了上文中所提到的，斑马鱼还在神经系统疾病如AD、PD；心血管疾病、糖尿病、肥胖、视网膜疾病以及光片显微成像技术等领域均有极大的研究价值，相信随着科学的进步，斑马鱼还将不断给人们带来惊喜。
参考文献：
[1]吕鹏. 异噻唑啉酮类衍生物对斑马鱼胚胎发育的毒理学研究[D]. 北京：中国农业科学院，2018:1-101.
[2]张景慧. 碳基量子点的制备与斑马鱼荧光成像的应用及相关毒理的研究[D]. 河南：郑州大学，2017:1-71.
[3]Abou-Saleh H, Younes N, Rasool K, et al. Impaired Liver Size and Compromised Neurobehavioral Activity are Elicited by Chitosan Nanoparticles in the Zebrafish Embryo Model[J]. Nanomaterials, 2019, 9, 122; doi:10.3390/nano9010122.
[4] Zheng W, Li Z, Nguyen AT, Li C, Emelyanov A, Gong Z. Xmrk, Kras and Myc transgenic zebrafish liver cancer models share molecular signatures with subsets of human hepatocellular carcinoma[J]. PLoS One, 2014;9:e91179.
[5]Letrado P, Miguel ID, Lamberto I,et al. Zebrafish: Speeding Up the Cancer Drug Discovery Process[J]. Cancer Res, 2018,78(21) :6048-6058.
[6] Khan N, Mahajan NK, Sinha P, Jayandharan GR. An efficient method to generate xenograft tumor models of acute myeloid leukemia and hepatocellular carcinoma in adult zebrafish[J]. Blood Cells, Molecules and Diseases, 2019, 75:48-55.
[7]Ni TT, Rellinger EJ, Mukherjee A, et al. Discovering small molecules that promote cardiomyocyte generation by modulating Wnt signaling[J]. Chem Biol , 2011, 18(12): 1658–1668. doi:10.1016/j.chembiol.2011.09.015.
[8]Ridges S, Heaton WL, Joshi D, et al. Zebrafish screen identifies novel compound with selective toxicity against leukemia[J]. Blood, 2012, 119(24): 5621-5631.
