斑馬魚(yú)模型在胚胎心臟發(fā)育研究進(jìn)展

河南師范大學(xué) 馬雙

前言

斑馬魚(yú)和人類基因的相似度非常高，并且斑馬魚(yú)在心血管器官方面的早期發(fā)育過(guò)程和我們?nèi)祟愐卜浅Ｏ嗨?，故可完全用其?lái)研究心臟發(fā)育。美國(guó)俄勒岡大學(xué)著名遺傳學(xué)家George Streisinger詳細(xì)報(bào)道了斑馬魚(yú)的體外受精、單倍體誘導(dǎo)等技術(shù)，并建立其純合品系，使斑馬魚(yú)一時(shí)間成為研究器官發(fā)育、心血管疾病、糖尿病和毒性評(píng)估等領(lǐng)域的模式生物。胚胎發(fā)育作為國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)和臨床研究的重點(diǎn)，以前經(jīng)常使用大鼠、兔子等進(jìn)行研究，如今斑馬魚(yú)也應(yīng)用于該領(lǐng)域。本文主要綜述近幾年來(lái)斑馬魚(yú)模型在胚胎發(fā)育研究，尤其是在毒性評(píng)估方面的研究進(jìn)展。

1 斑馬魚(yú)的研究?jī)?yōu)勢(shì)

斑馬魚(yú)無(wú)論是心血管疾病研究還是在毒性評(píng)價(jià)方面優(yōu)勢(shì)都十分明顯。首先斑馬魚(yú)體型不大，容易養(yǎng)活，并且雌魚(yú)的產(chǎn)卵周期短、數(shù)量大。此外，斑馬魚(yú)胚胎通體呈透明狀，注射藥物后對(duì)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(yú)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(shì)，如今斑馬魚(yú)已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)室使用的第二個(gè)經(jīng)典模式動(dòng)物。

2 斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育研究進(jìn)展

近幾年來(lái)，在國(guó)內(nèi)科學(xué)家的不懈努力下，在以斑馬魚(yú)為模型的心臟發(fā)育研究領(lǐng)域取得了一些進(jìn)展，尤其在心臟發(fā)育的毒性評(píng)估方面的研究極其活躍。

2.1 斑馬魚(yú)心臟發(fā)育的調(diào)控

有研究發(fā)現(xiàn)脊椎動(dòng)物的心臟發(fā)育過(guò)程受到miRNA的調(diào)控。miRNA是在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的一類內(nèi)源性的單鏈、非編碼小RNA，它們通過(guò)與一個(gè)或多個(gè)靶信使RNA的3’UTR堿基互補(bǔ)配對(duì)，形成RNA誘導(dǎo)復(fù)合物，抑制蛋白質(zhì)的翻譯或促進(jìn)信使RNA分解，從而對(duì)靶基因的表達(dá)起反向調(diào)節(jié)作用。miRNA參與30%～50%基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)調(diào)控，施林生等人[1]也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MiR-738可通過(guò)Wnt信號(hào)通路調(diào)控斑馬魚(yú)心臟發(fā)育，這對(duì)于進(jìn)一步研究有重要意義。

2.2 斑馬魚(yú)心臟發(fā)育毒性評(píng)估

斑馬魚(yú)心臟發(fā)育的研究成果廣泛應(yīng)用于藥物毒性評(píng)估，之前使用抗腫瘤藥物研究斑馬魚(yú)心臟發(fā)育一直是熱點(diǎn)，目的是在臨床上應(yīng)用。但近年來(lái)，由于環(huán)境污染物使生物生存日益嚴(yán)峻，所以大家更多地把注意力轉(zhuǎn)移到了其毒性評(píng)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(yú)心臟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著多柔比星濃度的增加，斑馬魚(yú)會(huì)出現(xiàn)體長(zhǎng)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(duì)受精后24h的AB系野生型斑馬魚(yú)胚胎做了實(shí)驗(yàn)，也得到了胚胎發(fā)育畸形、心包水腫、死亡率升高等結(jié)果。這是不是可以理解為抗腫瘤藥物都有使斑馬魚(yú)心臟縮小、心包水腫的功能，還需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。既然抗腫瘤藥物對(duì)斑馬魚(yú)的心臟有毒性，對(duì)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(zhì)疑。此外，徐卓然等人在實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)聯(lián)用右丙亞胺，發(fā)現(xiàn)其可有效挽救阿霉素對(duì)斑馬魚(yú)心臟的毒性作用。檢測(cè)氧化抗氧化指標(biāo)后發(fā)現(xiàn)，阿霉素可致斑馬魚(yú)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(fù)SOD活性。假設(shè)抗腫瘤藥物真的會(huì)對(duì)人類心臟造成影響，那使用的同時(shí)添加右丙亞胺，對(duì)人類損傷的影響能否被消除，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

與上述研究不同，李萌萌等人[4]結(jié)合當(dāng)下的環(huán)境問(wèn)題，探究了環(huán)境污染物鄰苯二甲酸二乙基己酯（DEHP）對(duì)斑馬魚(yú)胚胎心臟發(fā)育的毒性及機(jī)制。通過(guò)整體原位雜交技術(shù)，發(fā)現(xiàn)用DEHP處理過(guò)的斑馬魚(yú)，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(yú)胚胎心臟發(fā)育過(guò)程中，24 hpf胚胎心管會(huì)沿著前后軸排列，同時(shí)心房端會(huì)位于胚胎中線的左邊，在胚胎的心管出現(xiàn)復(fù)雜變化后，形成了有心房心室結(jié)構(gòu)的成熟心臟，調(diào)節(jié)心臟內(nèi)的血液流動(dòng)。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(jī)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(lái)做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

3 結(jié)論與展望

斑馬魚(yú)作為近幾十年來(lái)新興的一種模式生物，進(jìn)入了心臟發(fā)育的研究領(lǐng)域。斑馬魚(yú)模型的建立助力了對(duì)心血管相關(guān)疾病的進(jìn)一步研究，但目前還有許多機(jī)理方面的問(wèn)題，沒(méi)有被科研工作者闡明。所以，斑馬魚(yú)模型的應(yīng)用和作用還需要進(jìn)一步探索。