斑馬魚模型在胚胎心臟發(fā)育研究進展

河南師范大學 馬雙

前言

斑馬魚和人類基因的相似度非常高，并且斑馬魚在心血管器官方面的早期發(fā)育過程和我們人類也非常相似，故可完全用其來研究心臟發(fā)育。美國俄勒岡大學著名遺傳學家George Streisinger詳細報道了斑馬魚的體外受精、單倍體誘導等技術，并建立其純合品系，使斑馬魚一時間成為研究器官發(fā)育、心血管疾病、糖尿病和毒性評估等領域的模式生物。胚胎發(fā)育作為國內基礎和臨床研究的重點，以前經(jīng)常使用大鼠、兔子等進行研究，如今斑馬魚也應用于該領域。本文主要綜述近幾年來斑馬魚模型在胚胎發(fā)育研究，尤其是在毒性評估方面的研究進展。

1 斑馬魚的研究優(yōu)勢

斑馬魚無論是心血管疾病研究還是在毒性評價方面優(yōu)勢都十分明顯。首先斑馬魚體型不大，容易養(yǎng)活，并且雌魚的產卵周期短、數(shù)量大。此外，斑馬魚胚胎通體呈透明狀，注射藥物后對胚胎各器官的作用可直觀地被觀察到，如器官畸變和心臟形態(tài)變化等。斑馬魚心臟和人類的胚胎心臟相似度很高，屬于典型的一心房和一心室，心房和心室之間有房室瓣。綜合以上各種優(yōu)勢，如今斑馬魚已經(jīng)成為實驗室使用的第二個經(jīng)典模式動物。

2 斑馬魚胚胎發(fā)育研究進展

近幾年來，在國內科學家的不懈努力下，在以斑馬魚為模型的心臟發(fā)育研究領域取得了一些進展，尤其在心臟發(fā)育的毒性評估方面的研究極其活躍。

2.1 斑馬魚心臟發(fā)育的調控

有研究發(fā)現(xiàn)脊椎動物的心臟發(fā)育過程受到miRNA的調控。miRNA是在動物細胞內的一類內源性的單鏈、非編碼小RNA，它們通過與一個或多個靶信使RNA的3’UTR堿基互補配對，形成RNA誘導復合物，抑制蛋白質的翻譯或促進信使RNA分解，從而對靶基因的表達起反向調節(jié)作用。miRNA參與30%～50%基因的轉錄和表達調控，施林生等人[1]也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MiR-738可通過Wnt信號通路調控斑馬魚心臟發(fā)育，這對于進一步研究有重要意義。

2.2 斑馬魚心臟發(fā)育毒性評估

斑馬魚心臟發(fā)育的研究成果廣泛應用于藥物毒性評估，之前使用抗腫瘤藥物研究斑馬魚心臟發(fā)育一直是熱點，目的是在臨床上應用。但近年來，由于環(huán)境污染物使生物生存日益嚴峻，所以大家更多地把注意力轉移到了其毒性評估上。

張利軍等人[2]為了深入研究一種高效抗腫瘤的抗生素——多柔比星的效用，用6 hpf斑馬魚心臟進行實驗。結果發(fā)現(xiàn)，隨著多柔比星濃度的增加，斑馬魚會出現(xiàn)體長縮短、卵黃囊水腫、出血、心臟縮小等多種表型改變。徐卓然等人[3]也用類似的抗腫瘤藥物阿霉素對受精后24h的AB系野生型斑馬魚胚胎做了實驗，也得到了胚胎發(fā)育畸形、心包水腫、死亡率升高等結果。這是不是可以理解為抗腫瘤藥物都有使斑馬魚心臟縮小、心包水腫的功能，還需要大量的實驗數(shù)據(jù)驗證。既然抗腫瘤藥物對斑馬魚的心臟有毒性，對人類心臟是否也是如此呢？抗腫瘤藥物使用的安全可靠性在一定程度上受到了質疑。此外，徐卓然等人在實驗時通過聯(lián)用右丙亞胺，發(fā)現(xiàn)其可有效挽救阿霉素對斑馬魚心臟的毒性作用。檢測氧化抗氧化指標后發(fā)現(xiàn)，阿霉素可致斑馬魚胚胎丙二醛含量顯著上升（P＜0.001），超氧化物歧化酶活性則明顯下降（P＜0.001），而右丙亞胺可有效清除丙二醛并恢復SOD活性。假設抗腫瘤藥物真的會對人類心臟造成影響，那使用的同時添加右丙亞胺，對人類損傷的影響能否被消除，還需要進一步驗證。

與上述研究不同，李萌萌等人[4]結合當下的環(huán)境問題，探究了環(huán)境污染物鄰苯二甲酸二乙基己酯（DEHP）對斑馬魚胚胎心臟發(fā)育的毒性及機制。通過整體原位雜交技術，發(fā)現(xiàn)用DEHP處理過的斑馬魚，其心臟的位置和心管環(huán)化都出現(xiàn)了異常。在正常斑馬魚胚胎心臟發(fā)育過程中，24 hpf胚胎心管會沿著前后軸排列，同時心房端會位于胚胎中線的左邊，在胚胎的心管出現(xiàn)復雜變化后，形成了有心房心室結構的成熟心臟，調節(jié)心臟內的血液流動。36 hpf心臟經(jīng)歷環(huán)化形態(tài)建成，到了40 hpf將形成有功能的脈管。而DEHP處理后24 hpf胚胎的出現(xiàn)了顯著異常，但是具體的機制還不得而知，仍需在今后的研究中尋找并且嘗試更加多的心肌或者心瓣膜特異性的分子探針來做進一步實驗研究。

3 結論與展望

斑馬魚作為近幾十年來新興的一種模式生物，進入了心臟發(fā)育的研究領域。斑馬魚模型的建立助力了對心血管相關疾病的進一步研究，但目前還有許多機理方面的問題，沒有被科研工作者闡明。所以，斑馬魚模型的應用和作用還需要進一步探索。