斑马鱼在药理学实验教学中的应用研究

孙文龙 宋新华

[摘 要]我国已经进入慢病时代，医药学专业需要加强与慢病相关的医药学人才的培养。但是现行医药学相关专业慢病药物的相关药理学实验开设极少，同时使用传统的模式生物如小鼠等存在诸多缺陷。针对慢病药物开设相关的药理学实验和引入新的模型生物势在必行。模式生物斑马鱼用于慢病药物药理研究具有诸多优势，可以用于开设多种慢病药物的药理学实验课。文章系统论证了慢病药物药理学实验开设的必要性和所存在的问题，并把斑马鱼作为模式生物用于慢病药物药理学实验，阐述了引入斑马鱼实验的必要性和优势，进行了慢病药物药理学实验设计，分析了斑马鱼在慢病药物药理学实验教学中暴露出来的问题，并提出了解决方案，为今后更好地开展相关实验教学工作提供经验和依据。

[关键词]药理学实验;斑马鱼;慢病

[基金项目]2018-2020年山东理工大学实验研究项目“斑马鱼繁殖、胚胎观察、酒精肝诱导系列试验”

[作者简介]孙文龙（1988—），男，黑龙江大兴安岭人，工学博士，山东理工大学生命科学学院讲师，主要从事天然药物抗糖脂代谢类疾病机制研究;宋新华（1975—），女，山东淄博人，理学硕士，山东理工大学生命科学学院副教授，主要从事生物教学方法研究。

[中图分类号] R96;G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）47-0-03 [收稿日期] 2020-07-23

医药行业关系着广大人民群众的生存和生活质量，是一个永不落幕的朝阳产业。高校一系列专业如药学、医学、制药工程等为医药行业培养着一批又一批有志青年。医药行业的发展始终需要符合人民健康需求，需要随着时代特征不断变换发展侧重点，医药学相关专业课程也需要符合医药行业发展。慢性非传染性疾病（慢病）已经成为威胁我国人民生命健康的首要疾病，其治疗费用超过我国卫生总支出的70%，慢病相关领域已经成为医药行业中心领域之一，所以顺应时代需要，开设慢病相关药理学实验项目已经迫在眉睫。

小鼠等大型动物作为慢病药理学实验研究对象有着诸多缺陷，所以引入新的模型动物十分必要。模式生物斑马鱼用于慢病药物药理研究，周期短，操作方便，在药理研究中应用价值极高。文章系统论证了模式生物斑马鱼应用于慢病药物药理学实验项目的必要性和可行性，进行了慢病药物药理实验设计，分析了斑马鱼应用于慢病药物药理实验所存在问题，并提出解决方案，为今后更好地开展相关实验教学工作提供经验和依据。

一、开设慢病药物药理学实验项目的必要性

首先，慢病患病人群不断增多。慢性非传染性疾病，简称慢病，其不是特指某一种疾病，而是对一系列疾病的概括和总结，这些疾病包括肿瘤、非酒精性脂肪肝、心脑血管疾病、糖尿病、癌症、慢性呼吸系统疾病和高尿酸血症等，他们病因复杂、病程长、无法彻底治愈、需要长期治疗、护理及特殊训练。随着我国工业化程度不断加深、城镇化不断深入、人口老龄化进程不断加快，导致居民生活节奏逐渐加快、生态环境污染愈发严重、食品安全状况堪忧，复杂的社会因素对健康的影响逐步显现，导致慢病发病、患病和死亡人数不断增多，群众疾病负担日益沉重。慢性非传染性疾病总体呈现出发病率、病死率、致残率高，而知晓率、治疗率、控制率低的“三高三低”现象。预计2020年我国确诊的慢性病患者将超过2.5亿人，加上未确诊则将超过3亿，慢病总体发病率接近25%，死亡数占总死亡的85%左右。现阶段我国慢病支出已经接近5.5万亿元左右。[1-2]

其次，慢病的治疗负担高。慢病治疗不同于经典传染病治疗，慢病无法彻底治愈，多需要终生服药，只能通过长期的治疗来减缓疾病的进展和控制急性发作，常在基础用药的同时，根据病情变化增减一些药物，需要长期耐心的服务和指导治疗。慢病具有“患病人数多、医疗成本高、患病时间长、服务需求大”的特点，慢性病在疾病负担中所占比重达将超过70%。同时，慢病患者呈年轻化趋势，近5年来，各年龄阶段人群慢病患病率均有较明显增长。当前而言，慢病已经成为严重威胁我国居民健康、影响国家经济社会发展的重大公共卫生问题。

再者，国家颁布多项慢病救助政策，重视慢病救助工作。《中国防治慢性病中长期规划（2017—2025）》《“健康中国2030”规划纲要》等政策的颁布为中国的慢病患者提供了有力保障。[3]众多药企巨头正在加速布局慢病服务，如跨国医药巨头阿斯利康拥有众多慢病相关药物如心血管药、代谢药、肿瘤药，同时与阿里健康合作，构建人工智能慢病医生。国内药企以岭药业拥有覆盖心脑血管疾病、感冒呼吸系统疾病、肿瘤、糖尿病等疾病相关药物，与康康盛世共建慢病互联网医院。

经典传染病时代逐渐远去，慢病时代已经逐渐到来，世界及我国医药领域正在迎来新的机遇与挑战，新型医药人才的需求也随之到来。针对慢病治疗的服务型医药行业人才是目前最为急需的。药学、医学、制药工程等医药学专业肩负着培养医药行业人才的重任，其专业课程的设置需要满足医药行业发展的需要。药理学实验是药理学课程的配套实验课程，是医药学相关专业的基础必修实验课程，在培养学生专业知识及思维方面有着重要的作用，其相关内容的设置也需要符合医药行业的发展现状。但是当前药理学实验相关设置仍多存在相对滞后的问题，大多数院校开设的药理学实验主要涉及药理学基础操作、不同给药途径等对药物作用影响、药物镇痛作用、药物抗炎实验等，其中慢病药物的相关实验较少。所以，开设慢病药物相关药理学实验项目十分必要，在实验过程中增加學生对慢病药理的理解也应是药理学实验教学重点之一。

二、慢病药物药理实验开设面临的问题

开设慢病药物的药理学实验已经提上了众多医药学专业院校的日程，但是慢病药物药理学实验的开设面临诸多问题。

首先，慢病相关疾病模型建模周期长。小鼠是最常见的药理学实验动物，如利用小鼠诱导糖尿病模型，单纯饮食诱导糖尿病模型需要4个月，链脲佐菌素配合高脂饮食诱导糖尿病也需要5—6个月时间。[4]如利用小鼠诱导非酒精性脂肪肝模型，单纯饮食也至少需要3个月，进一步诱导非酒精性脂肪肝炎则需要更长时间。[5]较长的疾病模型诱导周期，导致实验准备周期长，实验成本高，实验意外因素多，给开设慢病药物的药理学实验开设带来极大困难。

其次，慢病药物治疗周期长。慢病无法治愈，同时经过长时间的给药才能看出药效变化。如使用他汀类药物治疗高脂饮食诱导的小鼠高血脂症，给药一个月后，才可检测到血脂的显著变化。如模拟糖尿病治疗，需要每天检测血糖情况，根据血糖检测情况，改变用药情况，这也需要较长时间实验摸索。较长的治疗时间需要每天进行药物给药，重复实验多，学生容易厌倦，也极大消耗教师精力，同时课程需要配置较多的学时，而学时紧张是困扰医药学相关专业的主要问题之一。相反的，短期的治疗则无法加强学生对于慢病终身治疗的理解。这也是开设慢病药物药理学实验所面临的主要困难之一。

再次，慢病药物药理实验场地成本高，空间需求大。慢病相关实验需要较长时间使用标准动物实验室，因实验周期往往跨越1—3个月，故一学期往往需要同时进行多组慢病相关药物药理实验，这需要较大空间的标准动物实验室。相应地，大空间标准动物实验建造门槛较高，需要配置较多的实验人员，需要极大成本，这也是慢病药物药理实验开设的制约因素。最后，慢病复杂多样，不同的慢病有不同的治疗特点、治疗方案和治疗习惯，其对开设慢病药物药理实验也提出了较高要求，如何使学生尽量多掌握不同药物对慢病的治疗效果也是一个挑战。

如上所述，慢病药物药理实验的开设面临诸多问题，所以适当引入新的模式生物可在一定程度上解决以上问题。

三、斑马鱼引入慢病药物药理实验的优势

斑马鱼（zebra fish ）是常见的热带鱼类，与人类基因同源性高达87%，与人具有高度的生物相似性，这意味着其实验结果大多数情况下适用于人体。它们体形微小，长度小于5cm，不占用空间，与大鼠或小鼠相比饲养更为方便。斑马鱼的繁殖周期短，交配无季节性，产卵多，胚胎发育迅速，受精后2 4 小时即可完成身体内部器官的构建，且胚胎透明易于观察。自20世纪80年代首次用作模式生物以来，其被广泛用于生态毒理学、发育遗传学、人类疾病动物模型、药物代谢及药物筛选研发等多个方面。斑马鱼同样可以用于慢病药物的研究，如可用于肿瘤系统、心脑血管系统、神经系统、代谢系统、肝肾系统、骨骼系统、炎症和免疫系统等药物的研究。[6]

较小鼠等模式生物，斑马鱼用于慢病药物药理实验优势明显。首先，斑马鱼慢病模型建立时间短。相比于小鼠等需要数月构建糖尿病等疾病模型，斑马鱼只需要数天时间即可形成具有典型疾病特点的病理模型，可极大节省时间、经费、精力。其次，斑马鱼构建慢病模型治疗周期短。同样地，相比于小鼠等模式动物，斑马鱼仅需数天给药即可引发明显的病理状态改变，可以有效减少实验周期，节约课时。同时，使用斑马鱼也可模拟慢病复杂用药的特点，如根据斑马鱼糖水平变化，我们可模拟多种药物联合治疗糖尿病。再次，斑马鱼饲养空间成本低，相比于小鼠等模式动物，斑马鱼饲养条件相对简单，占地面积少，实验室制造成本低。除此之外，斑马鱼给药方式简单，可以直接将药物溶于水中，斑马鱼可通过皮肤、鳃、消化系统等来吸收，在同学们掌握传统给药方式的基础上，可使操作简单，并节约试剂。综合以上特点，斑马鱼十分适用于在药理学实验课程中开设慢病药物药理相关实验。

四、基于斑马鱼可开设的慢病药物藥理学实验

基于斑马鱼可开设抗肿瘤药物药理相关实验。抗肿瘤药物药理实验一直是药理学实验课程的盲区，常规方法对实验动物要求高，需要使用裸鼠;实验条件要求高，需要IVC环境;操作困难，成模率低，需使用肿瘤移植法。使用斑马鱼可以采用化学试剂诱变斑马鱼胚胎或者幼鱼，进而获得肝癌、血管瘤、细胞间质瘤等肿瘤模型，尽管此方法可能引起非特异性肿瘤，但是其相对成本较低，成模时间短，同时，利用非特异性肿瘤也可以增加学生分析问题和综合用药的能力，更有利于培养学生的综合素质。

基于斑马鱼可开设降血脂药物药理相关实验。目前相关院校降血脂药物药理相关实验开设极少，构建相关模型困难也是制约相关课程开设的瓶颈。喂食斑马鱼高脂饲料可以较快构建高血脂模型，该方法建模简单，周期短，可以通过检测甘油三酯和胆固醇含量测定药物对高血脂症的影响，其与人体检测方法相同，可以较为理想的使学生了解降血脂药物的药理药性，熟悉降血脂药物的用药特征。

基于斑马鱼可开设糖尿病药物药理相关实验。糖尿病药物药理相关实验课程开设院校同样极少，斑马鱼可以通过喂食高糖饲料和四氧嘧啶在极短的时间内构建糖尿病模型，同样可以通过测定葡萄糖水平来判断糖尿病药物的药理药效，有助于学生掌握糖尿病药物用药特征，了解糖尿病治疗。

综上所述，斑马鱼适用于开设大多数的慢病药物药理实验，可以帮助学生掌握慢病药物用药特点，同时熟悉慢病治疗的终身治疗理念。

五、开设基于斑马鱼的慢病药物药理学实验存在的问题和解决方案

斑马鱼是理想的用于慢病药物药理学实验课程的模式生物，但是其在应用过程中也存在几个问题，需要采取相应的对策来解决。

首先，斑马鱼作为慢病药物药理实验的研究材料，不利于学生对慢病终身用药的理解。使用斑马鱼后可以缩短疾病造模周期和给药周期，使学生较快检测到药物的药效并根据病情适当改变用药，但是其相对给药时间较短，学生容易对慢病药物终身使用的理念理解不深，教师需要充分利用寿命相对性的概念解释这个理念，加深学生的认识。

其次，斑马鱼作为慢病药物药理实验的研究材料，不利于学生对慢病用药复杂性的理解。鱼类生物和哺乳动物有较大差别，慢病疾病在斑马鱼中表现相对简单，尽管在一定程度上更利于学生理解典型药物的用药特征，但是相应的疾病复杂性减少，会导致学生对用药复杂性理解不深，这个概念同样需要教师通过对比讲解的方式加深学生的认识。

再次，斑马鱼作为低等脊椎动物，不能取代高等脊椎动物在慢病药物药理实验中的应用。斑马鱼属于脊椎动物中的低等类群，底层生物学特性与人体乃至哺乳动物都有极大区别，教师在讲课的过程中一定要强调相关概念，让学生通过类比的方式更深入的理解相关实验，同时，传统的实验小鼠和实验兔相关的药理学实验仍需要强调他们的重要性，引入斑马鱼药理学实验不是用斑马鱼代替传统的药理学实验，其仍应该在药理学实验中占据相当大的比重及重要的地位。

醫药学相关专业建设关系到我国医疗卫生事业的发展，其应符合我国医药行业发展特点需求。现阶段我国已经进入慢病时代，增加慢病相关的专业理论课和实验课教学内容迫在眉睫，药理学实验作为医药学专业基础必修课，也应顺应时代发展。本文系统论证了慢病药物药理学实验开设的必要和所存在的问题，并把斑马鱼作为模式生物应用于慢病药物药理学实验，分析了斑马鱼引入慢病药物药理学实验的必要性和优势，总结了应用中存在的问题和解决方案，为今后更好地开展相关实验教学工作提供经验和依据。

参考文献

[1]中国产业研究院，2020-2025年中国慢性病管理行业市场分析与投资咨询报告[R].深圳：中国产业研究院，2020.

[2]顾景范.《中国居民营养与慢性病状况报告（2015）》解读[J].营养学报，2016，38（006）：525-529.

[3]曾钊，刘娟.中共中央国务院印发《“健康中国2030”规划纲要》[J].中华人民共和国国务院公报，2016（32）：5-20.

[4]Wenlong Sun，Bowei Zhang，Xiaoxia Yu，Chunlin Zhuang，Xia Li，Jin Sun，Yan Xing，Zhilong Xiu，Yuesheng Dong，Oroxin A from oroxylum indicum prevents the progression from prediabetes to diabetes in streptozotocin and high-fat-diet induced mice[J].Phytomedicine， 2017（38）：24-34.

[5]Wenlong.Sun，Panpan.Liu，Tianqi.Wang，Xudong.Wang，Weilong.Zheng and Jinda.Li，Baicalein reduces hepatic fat accumulation by activating AMPK in oleic acid-induced HepG2 cells and high-fat diet-induced non-insulin-resistant mice[J].Food Funct.，2020，11（4）： 711-721.

[6]祁美娟，石美智，韩永龙.斑马鱼在药学领域的应用研究[J].中国药理学通报，2018，034（007）：903-906.

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