斑馬魚在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

孫文龍 宋新華

[摘 要]我國已經(jīng)進(jìn)入慢病時(shí)代，醫(yī)藥學(xué)專業(yè)需要加強(qiáng)與慢病相關(guān)的醫(yī)藥學(xué)人才的培養(yǎng)。但是現(xiàn)行醫(yī)藥學(xué)相關(guān)專業(yè)慢病藥物的相關(guān)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)極少，同時(shí)使用傳統(tǒng)的模式生物如小鼠等存在諸多缺陷。針對慢病藥物開設(shè)相關(guān)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)和引入新的模型生物勢在必行。模式生物斑馬魚用于慢病藥物藥理研究具有諸多優(yōu)勢，可以用于開設(shè)多種慢病藥物的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課。文章系統(tǒng)論證了慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的必要性和所存在的問題，并把斑馬魚作為模式生物用于慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)，闡述了引入斑馬魚實(shí)驗(yàn)的必要性和優(yōu)勢，進(jìn)行了慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析了斑馬魚在慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中暴露出來的問題，并提出了解決方案，為今后更好地開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]藥理學(xué)實(shí)驗(yàn);斑馬魚;慢病

[基金項(xiàng)目]2018-2020年山東理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目“斑馬魚繁殖、胚胎觀察、酒精肝誘導(dǎo)系列試驗(yàn)”

[作者簡介]孫文龍（1988—），男，黑龍江大興安嶺人，工學(xué)博士，山東理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講師，主要從事天然藥物抗糖脂代謝類疾病機(jī)制研究;宋新華（1975—），女，山東淄博人，理學(xué)碩士，山東理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，主要從事生物教學(xué)方法研究。

[中圖分類號] R96;G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2020）47-0-03 [收稿日期] 2020-07-23

醫(yī)藥行業(yè)關(guān)系著廣大人民群眾的生存和生活質(zhì)量，是一個(gè)永不落幕的朝陽產(chǎn)業(yè)。高校一系列專業(yè)如藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥工程等為醫(yī)藥行業(yè)培養(yǎng)著一批又一批有志青年。醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展始終需要符合人民健康需求，需要隨著時(shí)代特征不斷變換發(fā)展側(cè)重點(diǎn)，醫(yī)藥學(xué)相關(guān)專業(yè)課程也需要符合醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展。慢性非傳染性疾病（慢?。┮呀?jīng)成為威脅我國人民生命健康的首要疾病，其治療費(fèi)用超過我國衛(wèi)生總支出的70%，慢病相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)成為醫(yī)藥行業(yè)中心領(lǐng)域之一，所以順應(yīng)時(shí)代需要，開設(shè)慢病相關(guān)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已經(jīng)迫在眉睫。

小鼠等大型動物作為慢病藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究對象有著諸多缺陷，所以引入新的模型動物十分必要。模式生物斑馬魚用于慢病藥物藥理研究，周期短，操作方便，在藥理研究中應(yīng)用價(jià)值極高。文章系統(tǒng)論證了模式生物斑馬魚應(yīng)用于慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的必要性和可行性，進(jìn)行了慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析了斑馬魚應(yīng)用于慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)所存在問題，并提出解決方案，為今后更好地開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

一、開設(shè)慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的必要性

首先，慢病患病人群不斷增多。慢性非傳染性疾病，簡稱慢病，其不是特指某一種疾病，而是對一系列疾病的概括和總結(jié)，這些疾病包括腫瘤、非酒精性脂肪肝、心腦血管疾病、糖尿病、癌癥、慢性呼吸系統(tǒng)疾病和高尿酸血癥等，他們病因復(fù)雜、病程長、無法徹底治愈、需要長期治療、護(hù)理及特殊訓(xùn)練。隨著我國工業(yè)化程度不斷加深、城鎮(zhèn)化不斷深入、人口老齡化進(jìn)程不斷加快，導(dǎo)致居民生活節(jié)奏逐漸加快、生態(tài)環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重、食品安全狀況堪憂，復(fù)雜的社會因素對健康的影響逐步顯現(xiàn)，導(dǎo)致慢病發(fā)病、患病和死亡人數(shù)不斷增多，群眾疾病負(fù)擔(dān)日益沉重。慢性非傳染性疾病總體呈現(xiàn)出發(fā)病率、病死率、致殘率高，而知曉率、治療率、控制率低的“三高三低”現(xiàn)象。預(yù)計(jì)2020年我國確診的慢性病患者將超過2.5億人，加上未確診則將超過3億，慢病總體發(fā)病率接近25%，死亡數(shù)占總死亡的85%左右?，F(xiàn)階段我國慢病支出已經(jīng)接近5.5萬億元左右。[1-2]

其次，慢病的治療負(fù)擔(dān)高。慢病治療不同于經(jīng)典傳染病治療，慢病無法徹底治愈，多需要終生服藥，只能通過長期的治療來減緩疾病的進(jìn)展和控制急性發(fā)作，常在基礎(chǔ)用藥的同時(shí)，根據(jù)病情變化增減一些藥物，需要長期耐心的服務(wù)和指導(dǎo)治療。慢病具有“患病人數(shù)多、醫(yī)療成本高、患病時(shí)間長、服務(wù)需求大”的特點(diǎn)，慢性病在疾病負(fù)擔(dān)中所占比重達(dá)將超過70%。同時(shí)，慢病患者呈年輕化趨勢，近5年來，各年齡階段人群慢病患病率均有較明顯增長。當(dāng)前而言，慢病已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅我國居民健康、影響國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重大公共衛(wèi)生問題。

再者，國家頒布多項(xiàng)慢病救助政策，重視慢病救助工作?！吨袊乐温圆≈虚L期規(guī)劃（2017—2025）》《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》等政策的頒布為中國的慢病患者提供了有力保障。[3]眾多藥企巨頭正在加速布局慢病服務(wù)，如跨國醫(yī)藥巨頭阿斯利康擁有眾多慢病相關(guān)藥物如心血管藥、代謝藥、腫瘤藥，同時(shí)與阿里健康合作，構(gòu)建人工智能慢病醫(yī)生。國內(nèi)藥企以嶺藥業(yè)擁有覆蓋心腦血管疾病、感冒呼吸系統(tǒng)疾病、腫瘤、糖尿病等疾病相關(guān)藥物，與康康盛世共建慢病互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院。

經(jīng)典傳染病時(shí)代逐漸遠(yuǎn)去，慢病時(shí)代已經(jīng)逐漸到來，世界及我國醫(yī)藥領(lǐng)域正在迎來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，新型醫(yī)藥人才的需求也隨之到來。針對慢病治療的服務(wù)型醫(yī)藥行業(yè)人才是目前最為急需的。藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥工程等醫(yī)藥學(xué)專業(yè)肩負(fù)著培養(yǎng)醫(yī)藥行業(yè)人才的重任，其專業(yè)課程的設(shè)置需要滿足醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展的需要。藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)是藥理學(xué)課程的配套實(shí)驗(yàn)課程，是醫(yī)藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修實(shí)驗(yàn)課程，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識及思維方面有著重要的作用，其相關(guān)內(nèi)容的設(shè)置也需要符合醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。但是當(dāng)前藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)設(shè)置仍多存在相對滯后的問題，大多數(shù)院校開設(shè)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及藥理學(xué)基礎(chǔ)操作、不同給藥途徑等對藥物作用影響、藥物鎮(zhèn)痛作用、藥物抗炎實(shí)驗(yàn)等，其中慢病藥物的相關(guān)實(shí)驗(yàn)較少。所以，開設(shè)慢病藥物相關(guān)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十分必要，在實(shí)驗(yàn)過程中增加學(xué)生對慢病藥理的理解也應(yīng)是藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)之一。

二、慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)開設(shè)面臨的問題

開設(shè)慢病藥物的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)提上了眾多醫(yī)藥學(xué)專業(yè)院校的日程，但是慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)面臨諸多問題。

首先，慢病相關(guān)疾病模型建模周期長。小鼠是最常見的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)動物，如利用小鼠誘導(dǎo)糖尿病模型，單純飲食誘導(dǎo)糖尿病模型需要4個(gè)月，鏈脲佐菌素配合高脂飲食誘導(dǎo)糖尿病也需要5—6個(gè)月時(shí)間。[4]如利用小鼠誘導(dǎo)非酒精性脂肪肝模型，單純飲食也至少需要3個(gè)月，進(jìn)一步誘導(dǎo)非酒精性脂肪肝炎則需要更長時(shí)間。[5]較長的疾病模型誘導(dǎo)周期，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備周期長，實(shí)驗(yàn)成本高，實(shí)驗(yàn)意外因素多，給開設(shè)慢病藥物的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)帶來極大困難。

其次，慢病藥物治療周期長。慢病無法治愈，同時(shí)經(jīng)過長時(shí)間的給藥才能看出藥效變化。如使用他汀類藥物治療高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠高血脂癥，給藥一個(gè)月后，才可檢測到血脂的顯著變化。如模擬糖尿病治療，需要每天檢測血糖情況，根據(jù)血糖檢測情況，改變用藥情況，這也需要較長時(shí)間實(shí)驗(yàn)摸索。較長的治療時(shí)間需要每天進(jìn)行藥物給藥，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多，學(xué)生容易厭倦，也極大消耗教師精力，同時(shí)課程需要配置較多的學(xué)時(shí)，而學(xué)時(shí)緊張是困擾醫(yī)藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的主要問題之一。相反的，短期的治療則無法加強(qiáng)學(xué)生對于慢病終身治療的理解。這也是開設(shè)慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)所面臨的主要困難之一。

再次，慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)場地成本高，空間需求大。慢病相關(guān)實(shí)驗(yàn)需要較長時(shí)間使用標(biāo)準(zhǔn)動物實(shí)驗(yàn)室，因?qū)嶒?yàn)周期往往跨越1—3個(gè)月，故一學(xué)期往往需要同時(shí)進(jìn)行多組慢病相關(guān)藥物藥理實(shí)驗(yàn)，這需要較大空間的標(biāo)準(zhǔn)動物實(shí)驗(yàn)室。相應(yīng)地，大空間標(biāo)準(zhǔn)動物實(shí)驗(yàn)建造門檻較高，需要配置較多的實(shí)驗(yàn)人員，需要極大成本，這也是慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)開設(shè)的制約因素。最后，慢病復(fù)雜多樣，不同的慢病有不同的治療特點(diǎn)、治療方案和治療習(xí)慣，其對開設(shè)慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)也提出了較高要求，如何使學(xué)生盡量多掌握不同藥物對慢病的治療效果也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

如上所述，慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)的開設(shè)面臨諸多問題，所以適當(dāng)引入新的模式生物可在一定程度上解決以上問題。

三、斑馬魚引入慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

斑馬魚（zebra fish ）是常見的熱帶魚類，與人類基因同源性高達(dá)87%，與人具有高度的生物相似性，這意味著其實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多數(shù)情況下適用于人體。它們體形微小，長度小于5cm，不占用空間，與大鼠或小鼠相比飼養(yǎng)更為方便。斑馬魚的繁殖周期短，交配無季節(jié)性，產(chǎn)卵多，胚胎發(fā)育迅速，受精后2 4 小時(shí)即可完成身體內(nèi)部器官的構(gòu)建，且胚胎透明易于觀察。自20世紀(jì)80年代首次用作模式生物以來，其被廣泛用于生態(tài)毒理學(xué)、發(fā)育遺傳學(xué)、人類疾病動物模型、藥物代謝及藥物篩選研發(fā)等多個(gè)方面。斑馬魚同樣可以用于慢病藥物的研究，如可用于腫瘤系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)、肝腎系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、炎癥和免疫系統(tǒng)等藥物的研究。[6]

較小鼠等模式生物，斑馬魚用于慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢明顯。首先，斑馬魚慢病模型建立時(shí)間短。相比于小鼠等需要數(shù)月構(gòu)建糖尿病等疾病模型，斑馬魚只需要數(shù)天時(shí)間即可形成具有典型疾病特點(diǎn)的病理模型，可極大節(jié)省時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、精力。其次，斑馬魚構(gòu)建慢病模型治療周期短。同樣地，相比于小鼠等模式動物，斑馬魚僅需數(shù)天給藥即可引發(fā)明顯的病理狀態(tài)改變，可以有效減少實(shí)驗(yàn)周期，節(jié)約課時(shí)。同時(shí)，使用斑馬魚也可模擬慢病復(fù)雜用藥的特點(diǎn)，如根據(jù)斑馬魚糖水平變化，我們可模擬多種藥物聯(lián)合治療糖尿病。再次，斑馬魚飼養(yǎng)空間成本低，相比于小鼠等模式動物，斑馬魚飼養(yǎng)條件相對簡單，占地面積少，實(shí)驗(yàn)室制造成本低。除此之外，斑馬魚給藥方式簡單，可以直接將藥物溶于水中，斑馬魚可通過皮膚、鰓、消化系統(tǒng)等來吸收，在同學(xué)們掌握傳統(tǒng)給藥方式的基礎(chǔ)上，可使操作簡單，并節(jié)約試劑。綜合以上特點(diǎn)，斑馬魚十分適用于在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)慢病藥物藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

四、基于斑馬魚可開設(shè)的慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)

基于斑馬魚可開設(shè)抗腫瘤藥物藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)。抗腫瘤藥物藥理實(shí)驗(yàn)一直是藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的盲區(qū)，常規(guī)方法對實(shí)驗(yàn)動物要求高，需要使用裸鼠;實(shí)驗(yàn)條件要求高，需要IVC環(huán)境;操作困難，成模率低，需使用腫瘤移植法。使用斑馬魚可以采用化學(xué)試劑誘變斑馬魚胚胎或者幼魚，進(jìn)而獲得肝癌、血管瘤、細(xì)胞間質(zhì)瘤等腫瘤模型，盡管此方法可能引起非特異性腫瘤，但是其相對成本較低，成模時(shí)間短，同時(shí)，利用非特異性腫瘤也可以增加學(xué)生分析問題和綜合用藥的能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

基于斑馬魚可開設(shè)降血脂藥物藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)。目前相關(guān)院校降血脂藥物藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)開設(shè)極少，構(gòu)建相關(guān)模型困難也是制約相關(guān)課程開設(shè)的瓶頸。喂食斑馬魚高脂飼料可以較快構(gòu)建高血脂模型，該方法建模簡單，周期短，可以通過檢測甘油三酯和膽固醇含量測定藥物對高血脂癥的影響，其與人體檢測方法相同，可以較為理想的使學(xué)生了解降血脂藥物的藥理藥性，熟悉降血脂藥物的用藥特征。

基于斑馬魚可開設(shè)糖尿病藥物藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)。糖尿病藥物藥理相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)院校同樣極少，斑馬魚可以通過喂食高糖飼料和四氧嘧啶在極短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建糖尿病模型，同樣可以通過測定葡萄糖水平來判斷糖尿病藥物的藥理藥效，有助于學(xué)生掌握糖尿病藥物用藥特征，了解糖尿病治療。

綜上所述，斑馬魚適用于開設(shè)大多數(shù)的慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生掌握慢病藥物用藥特點(diǎn)，同時(shí)熟悉慢病治療的終身治療理念。

五、開設(shè)基于斑馬魚的慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問題和解決方案

斑馬魚是理想的用于慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的模式生物，但是其在應(yīng)用過程中也存在幾個(gè)問題，需要采取相應(yīng)的對策來解決。

首先，斑馬魚作為慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)的研究材料，不利于學(xué)生對慢病終身用藥的理解。使用斑馬魚后可以縮短疾病造模周期和給藥周期，使學(xué)生較快檢測到藥物的藥效并根據(jù)病情適當(dāng)改變用藥，但是其相對給藥時(shí)間較短，學(xué)生容易對慢病藥物終身使用的理念理解不深，教師需要充分利用壽命相對性的概念解釋這個(gè)理念，加深學(xué)生的認(rèn)識。

其次，斑馬魚作為慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)的研究材料，不利于學(xué)生對慢病用藥復(fù)雜性的理解。魚類生物和哺乳動物有較大差別，慢病疾病在斑馬魚中表現(xiàn)相對簡單，盡管在一定程度上更利于學(xué)生理解典型藥物的用藥特征，但是相應(yīng)的疾病復(fù)雜性減少，會導(dǎo)致學(xué)生對用藥復(fù)雜性理解不深，這個(gè)概念同樣需要教師通過對比講解的方式加深學(xué)生的認(rèn)識。

再次，斑馬魚作為低等脊椎動物，不能取代高等脊椎動物在慢病藥物藥理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。斑馬魚屬于脊椎動物中的低等類群，底層生物學(xué)特性與人體乃至哺乳動物都有極大區(qū)別，教師在講課的過程中一定要強(qiáng)調(diào)相關(guān)概念，讓學(xué)生通過類比的方式更深入的理解相關(guān)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)小鼠和實(shí)驗(yàn)兔相關(guān)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)仍需要強(qiáng)調(diào)他們的重要性，引入斑馬魚藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)不是用斑馬魚代替?zhèn)鹘y(tǒng)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)，其仍應(yīng)該在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)中占據(jù)相當(dāng)大的比重及重要的地位。

醫(yī)藥學(xué)相關(guān)專業(yè)建設(shè)關(guān)系到我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)符合我國醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)需求。現(xiàn)階段我國已經(jīng)進(jìn)入慢病時(shí)代，增加慢病相關(guān)的專業(yè)理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容迫在眉睫，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)作為醫(yī)藥學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)必修課，也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展。本文系統(tǒng)論證了慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的必要和所存在的問題，并把斑馬魚作為模式生物應(yīng)用于慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)，分析了斑馬魚引入慢病藥物藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性和優(yōu)勢，總結(jié)了應(yīng)用中存在的問題和解決方案，為今后更好地開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

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Abstract： China has entered the era of chronic disease， and the medical and pharmaceutical major needs to strengthen the training of medical and pharmaceutical talents related to chronic disease. Pharmacology Experiment is a required course for medical science and pharmacy majors， which plays an important role in cultivating students' professional knowledge and thinking. However， there are few pharmacological experiments related to chronic disease drugs， and the traditional model organisms such as mice have many defects. It is necessary to set up the courses of Pharmacology Experiment and introduce new model organisms for chronic disease drugs. Zebra fish has many advantages in pharmacology research of chronic disease drugs， which can be used to set up a variety of experiment courses of pharmacology of chronic disease drugs. This paper discusses the necessity and the existing problems of Pharmacology Experiment course teaching related to chronic disease， and the introduction of zebra fish as a model organism for pharmacology experiment related to chronic disease， expounds the necessity and advantages of zebra fish experiment， analyzes the possible problems， and puts forward some solutions to the problems， which provides experience and basis for better conduction of related experiment teaching in the future.

Key words： Pharmacology Experiment; zebra fish; chronic disease