一、斑马鱼基本特点
原产地:热带淡水鱼,原产于喜马拉雅山南麓的印度、巴基斯坦、孟加拉和尼泊尔等南亚国家。成鱼体长3-100px,略呈纺锤形,头小而稍尖,吻较短,身躯玲珑而纤细,因其体侧具有像斑马一样纵向的暗蓝色与银色相间的条纹而得名。
斑马鱼是体外受精发育,胚体透明。胚胎发育快,受精后3天左右孵化出膜,天左右开口进食,约3个月达到性成熟,寿命可达2年以上。斑马鱼可常年产卵,繁殖周期3-4天,一对成年斑马鱼每次可产卵200-300枚,受精率通常在70%以上。养殖温度一般在23-31℃,15℃左右仍可存活,最佳养殖温度在25-28摄氏度之间,pH值在6.8~7.8,硬度在2~6之间。
二、斑马鱼作为模式生物的起源和发展
1938 年,美国布朗大学 Roosen-Rung 教授首次报道斑马鱼发育形态学研究成果。
1950 年代,美国罗格斯大学 K. Kenneth Hisaoka 教授首次报道斑马鱼毒理学研究成果。
1972 年,美国俄勒冈大学 George Streisinge 教授开始斑马鱼发育生物学研究和模式动物建立工作。
1989 年,美国俄勒冈大学 Monte Westerfield 教授出版斑马鱼研究圣经 The Zebrafish Book 第一版。
1998 年,首个斑马鱼模式生物数据库 ZFIN 成立(https://zfin.org)。
1998 年,全球第一家斑马鱼药物研发服务外包公司成立。
2004 年,斑马鱼国际资源中心(ZIRC)在俄勒冈大学成立。
2010年,环特生物成立,成为国内第一家斑马鱼技术应用企业。
2011 年,斑马鱼模型和技术研究被列入中国科技部「重大新药创制」专项十二五实施计划。
2012 年,中国国家斑马鱼资源中心成立。
目前,斑马鱼已经成为继小鼠和大鼠之后的第三大脊椎类模式生物,在发育生物学、遗传学、基础医学、药理学、毒理学、药物研发以及生态环境评价等诸多领域得到了广泛应用。
三、斑马鱼作为模式生物的优势
斑马鱼已广泛应用于生命科学领域的基础研究,也早已应用于化学品安全和环境毒理学监测领域。
二十世纪末以来,斑马鱼开始进入疾病研究和新药研发领域,并收到日益广泛的关注。
2003年,美国国立卫生研究院(NIH)将斑马鱼列为继小鼠和大鼠后第3大脊椎模式生物;
2009年,FDA和EMEA接受用斑马鱼进行的完全学药理学评价数据申报临床实验,标志着斑马鱼药物毒理学与安全性评价模型得到了欧美政府的正式认可;
到了2015年,中国实验用鱼(斑马鱼)质量控制标准起草启动标志着斑马鱼模型在国内的兴起。
四、斑马鱼在基础研究领域的应用
发育生物学、基因功能研究、疾病发病机制研究等
1、斑马鱼可应用于发育生物学的细胞谱系分析、突变鉴别、饱和诱变分析、基因转移研究、基因连锁图的构建,其体外受精、胚体透明、细胞分裂快等特点使它比起大小鼠有独特优势。
2、基因功能研究:斑马鱼繁殖速度快,能提供足够量的胚胎用于基因筛选;其胚体透明的特点可以一目了然地观察到基因突变后的表型变化。
3、疾病发病机制研究:斑马鱼的器官发生、疾病生理、基因组与人类相似度较大,主要信号通路和基因具高度同源性,诸多斑马鱼疾病(如血癌、免疫性系统疾病、感染疾病等)模型已建立,利用斑马鱼的疾病模型来研究治愈人类相关疾病是近年全球热点的科研项目。
五、斑马鱼在药物研发中的应用
斑马鱼模型既具有体外实验快速、高效、费用低等优势,又具有哺乳类动物实验预测性强、可比度高等优点,可以有效弥补体外实验和哺乳类动物实验之间的巨大生物学断层,完善现有药物研发体系。将斑马鱼模型鱼体外实验和哺乳动物实验相结合,可以从整体上缩短药物临床前早期研发的实验周期,降低实验成本,提高实验预测的准确性,进而提高药物研发效率,降低药物研发风险。
全球医药巨头辉瑞、罗氏、诺华、葛兰素史克、阿斯利康等都逐渐开始使用斑马鱼技术进行药物筛选研发。2009 年,斑马鱼药物毒理学评价技术首次通过 FDA 和 EMA 的 GLP 认证,这标志着斑马鱼模型的安全药理学和毒理学评价结果可以作为正式材料纳入临床试验申报资料。2013 年,斑马鱼资料首次用于 CFDA 临床申报,目前,中国使用斑马鱼实验数据申报 CFDA 临床试验批件的新药研发项目已经有 4 项,2 项已经获得批件。
美国食品药品监督管理局(FDA)越来越多地应用斑马鱼对临床前药物进行安全性与毒理性评价,并在其官网介绍其研究成果:
七、总结 斑马鱼作为一种小型脊椎类模式生物
很好地弥补了传统体外细胞学等生物检测方法与哺乳动物实验检测中间的生物学鸿沟,有助于将体外实验结果更好与体内实验结果相结合,提高科学研究的效率和质量。同时,斑马鱼自身独特的生物学特征,也为我们探究和深入理解人体生命奥秘带了极大的便利。相信随着更多新技术、新方法的出现以及相互融合,斑马鱼能够在整个广义的生命科学研究中发挥更大的作用和价值。