斑马鱼模型在胚胎心脏发育研究进展

河南师范大学 马双

前言

斑马鱼和人类基因的相似度非常高，并且斑马鱼在心血管器官方面的早期发育过程和我们人类也非常相似，故可完全用其来研究心脏发育。美国俄勒冈大学著名遗传学家George Streisinger详细报道了斑马鱼的体外受精、单倍体诱导等技术，并建立其纯合品系，使斑马鱼一时间成为研究器官发育、心血管疾病、糖尿病和毒性评估等领域的模式生物。胚胎发育作为国内基础和临床研究的重点，以前经常使用大鼠、兔子等进行研究，如今斑马鱼也应用于该领域。本文主要综述近几年来斑马鱼模型在胚胎发育研究，尤其是在毒性评估方面的研究进展。

1 斑马鱼的研究优势

斑马鱼无论是心血管疾病研究还是在毒性评价方面优势都十分明显。首先斑马鱼体型不大，容易养活，并且雌鱼的产卵周期短、数量大。此外，斑马鱼胚胎通体呈透明状，注射药物后对胚胎各器官的作用可直观地被观察到，如器官畸变和心脏形态变化等。斑马鱼心脏和人类的胚胎心脏相似度很高，属于典型的一心房和一心室，心房和心室之间有房室瓣。综合以上各种优势，如今斑马鱼已经成为实验室使用的第二个经典模式动物。

2 斑马鱼胚胎发育研究进展

近几年来，在国内科学家的不懈努力下，在以斑马鱼为模型的心脏发育研究领域取得了一些进展，尤其在心脏发育的毒性评估方面的研究极其活跃。

2.1 斑马鱼心脏发育的调控

有研究发现脊椎动物的心脏发育过程受到miRNA的调控。miRNA是在动物细胞内的一类内源性的单链、非编码小RNA，它们通过与一个或多个靶信使RNA的3’UTR碱基互补配对，形成RNA诱导复合物，抑制蛋白质的翻译或促进信使RNA分解，从而对靶基因的表达起反向调节作用。miRNA参与30%～50%基因的转录和表达调控，施林生等人[1]也已经发现MiR-738可通过Wnt信号通路调控斑马鱼心脏发育，这对于进一步研究有重要意义。

2.2 斑马鱼心脏发育毒性评估

斑马鱼心脏发育的研究成果广泛应用于药物毒性评估，之前使用抗肿瘤药物研究斑马鱼心脏发育一直是热点，目的是在临床上应用。但近年来，由于环境污染物使生物生存日益严峻，所以大家更多地把注意力转移到了其毒性评估上。

张利军等人[2]为了深入研究一种高效抗肿瘤的抗生素——多柔比星的效用，用6 hpf斑马鱼心脏进行实验。结果发现，随着多柔比星浓度的增加，斑马鱼会出现体长缩短、卵黄囊水肿、出血、心脏缩小等多种表型改变。徐卓然等人[3]也用类似的抗肿瘤药物阿霉素对受精后24h的AB系野生型斑马鱼胚胎做了实验，也得到了胚胎发育畸形、心包水肿、死亡率升高等结果。这是不是可以理解为抗肿瘤药物都有使斑马鱼心脏缩小、心包水肿的功能，还需要大量的实验数据验证。既然抗肿瘤药物对斑马鱼的心脏有毒性，对人类心脏是否也是如此呢？抗肿瘤药物使用的安全可靠性在一定程度上受到了质疑。此外，徐卓然等人在实验时通过联用右丙亚胺，发现其可有效挽救阿霉素对斑马鱼心脏的毒性作用。检测氧化抗氧化指标后发现，阿霉素可致斑马鱼胚胎丙二醛含量显著上升（P＜0.001），超氧化物歧化酶活性则明显下降（P＜0.001），而右丙亚胺可有效清除丙二醛并恢复SOD活性。假设抗肿瘤药物真的会对人类心脏造成影响，那使用的同时添加右丙亚胺，对人类损伤的影响能否被消除，还需要进一步验证。

与上述研究不同，李萌萌等人[4]结合当下的环境问题，探究了环境污染物邻苯二甲酸二乙基己酯（DEHP）对斑马鱼胚胎心脏发育的毒性及机制。通过整体原位杂交技术，发现用DEHP处理过的斑马鱼，其心脏的位置和心管环化都出现了异常。在正常斑马鱼胚胎心脏发育过程中，24 hpf胚胎心管会沿着前后轴排列，同时心房端会位于胚胎中线的左边，在胚胎的心管出现复杂变化后，形成了有心房心室结构的成熟心脏，调节心脏内的血液流动。36 hpf心脏经历环化形态建成，到了40 hpf将形成有功能的脉管。而DEHP处理后24 hpf胚胎的出现了显著异常，但是具体的机制还不得而知，仍需在今后的研究中寻找并且尝试更加多的心肌或者心瓣膜特异性的分子探针来做进一步实验研究。

3 结论与展望

斑马鱼作为近几十年来新兴的一种模式生物，进入了心脏发育的研究领域。斑马鱼模型的建立助力了对心血管相关疾病的进一步研究，但目前还有许多机理方面的问题，没有被科研工作者阐明。所以，斑马鱼模型的应用和作用还需要进一步探索。