斑馬魚(yú)在國際上已廣泛應用于藥物早期安全性評價(jià)和毒理學(xué)研究，輝瑞、默克、強生、阿斯利康等跨國醫藥巨頭都在用斑馬魚(yú)進(jìn)行藥物早期安全性評價(jià)。FDA和EMA早在2009年就通過(guò)了對斑馬魚(yú)安全藥理學(xué)數據的GLP檢查。中國重大新藥創(chuàng )制專(zhuān)項自2012年開(kāi)始將斑馬魚(yú)藥物安全性評價(jià)技術(shù)列為了關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)課題之一，并連續滾動(dòng)支持。隨著(zhù)斑馬魚(yú)全基因組和人類(lèi)基因組相關(guān)性比對分析工作的完成，斑馬魚(yú)在人類(lèi)疾病未知基因研究、疾病表型分析以及通過(guò)高通量體內藥物篩選平臺開(kāi)發(fā)潛在治療藥物方面發(fā)揮了重要作用。

　　斑馬魚(yú)在藥物篩選中有其獨特的優(yōu)勢：它不僅具有體外細胞實(shí)驗的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也作為脊椎動(dòng)物具有體內實(shí)驗的優(yōu)勢，完美的結合了體內外實(shí)驗的優(yōu)勢。

　　與細胞模型相比具有生物、靶點(diǎn)和一藥多篩的優(yōu)勢

　　生物優(yōu)勢：斑馬魚(yú)是整體作為藥物受試對象，可同時(shí)監測藥效和毒性，以便在實(shí)驗開(kāi)始時(shí)排除掉毒性大的化合物，大大降低誤篩率；且斑馬魚(yú)胚胎透明，可鏡下直視或通過(guò)免疫熒光、整體原位雜交等技術(shù)觀(guān)察表型變化，降低藥篩成本。

　　靶點(diǎn)優(yōu)勢：斑馬魚(yú)與人類(lèi)基因的同源性高，可以針對某個(gè)生物學(xué)表型而不是靶點(diǎn)進(jìn)行藥篩，可以尋找到未知的藥物靶點(diǎn)。

　　一藥多篩：可同時(shí)觀(guān)測分析多個(gè)器官系統的表型。

 

 

　　與哺乳動(dòng)物小鼠相比具有高通量、低費用、給藥方便等優(yōu)勢

　　高通量：斑馬魚(yú)產(chǎn)卵數量多，且受精后的7天卵黃可提供胚胎營(yíng)養而不用喂食，方便用96孔或384孔板進(jìn)行藥物篩選；藥物研發(fā)過(guò)程中，不是所有合成或者分離出來(lái)的化合物都能有理想的活性，往往需要對大批量的藥物庫逐步進(jìn)行篩選，這時(shí)可以通過(guò)斑馬魚(yú)高通量篩選快速選出有活性的化合物（先導化合物），指導后續研發(fā)工作。

　　低費用：斑馬魚(yú)飼養和消耗的費用遠遠低于實(shí)驗鼠，平均每天每只消費約為實(shí)驗鼠的1/100。

　　給藥方便：斑馬魚(yú)皮膚具有通透性，給藥過(guò)程簡(jiǎn)單，容易操作，而且易于進(jìn)行大規模的藥物篩選，可直接將化合物溶于水擴散至胚胎中，所需化合物的量?jì)H為實(shí)驗鼠的1/100-1/1000。

 

 

　　近年來(lái)，已經(jīng)有一些研究團隊使用斑馬魚(yú)在血液、心血管疾病、糖尿病和肥胖癥、神經(jīng)退行性疾病以及癌癥等領(lǐng)域進(jìn)行研究工作并取得一定的成果。

　　血液和心血管疾病

　　由于斑馬魚(yú)胚胎很小, 可以通過(guò)被動(dòng)擴散跟環(huán)境交換氧氣和二氧化碳, 所以即使沒(méi)有血液循環(huán),斑馬魚(yú)胚胎仍舊可以存活5 d ，非常有利于研究血液和心血管發(fā)育缺陷。

 

 

　　哈佛大學(xué)醫學(xué)院的Zon課題組以造血干細胞分子標記runx1/cmyb 的表達譜為指標, 用斑馬魚(yú)胚胎來(lái)篩選調節造血的化合物, 發(fā)現了前列腺素E2(Prostaglandin E2, PGE2)能顯著(zhù)增加造血干細胞的數量, 同時(shí)又不引起胚胎發(fā)育異常。前列腺素E2在小鼠中具有同樣的功能。盡管前列腺素E2 已經(jīng)是臨床藥物, 主要用于引產(chǎn), 但是以前人們并不知道它還能促進(jìn)造血。目前, 前列腺素E2 的穩定修飾物16,16-Dimethyl Prostaglandin E2(dmPGE2)已進(jìn)入臨床研究。哈佛大學(xué)醫學(xué)院與制藥公司Fate Therapeutics等機構合作, 用dmPGE2 來(lái)促進(jìn)人臍帶血細胞移植后的增殖(ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00890500)。dmPGE2 是第一個(gè)進(jìn)入臨床實(shí)驗的始于斑馬魚(yú)篩選的藥物, 有力的證明了斑馬魚(yú)藥物篩選的效力和潛力。

 

 

Yunyun Yue, Mingyang Jiang, Luqingqing He, Zhaojunjie Zhang, Qinxin Zhang, Chun Gu, Meijing Liu, Nan Li, Qingshun Zhao*. 2018. The transcription factor Foxc1a in zebrafish directly regulates expression of nkx2.5, encoding a transcriptional regulator of cardiac progenitor cells. The Journal of Biological Chemistry, 293(2):638-650. 

 

糖尿病和肥胖癥

 

 

　　神經(jīng)退行性疾病

　　神經(jīng)毒素1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-Tetrahydropyridine (MPTP) 能誘導哺乳動(dòng)物帕金森病模型。斑馬魚(yú)的神經(jīng)系統跟人類(lèi)似, 胚胎用MPTP 處理后, 同樣發(fā)生多巴胺能神經(jīng)元數量減少和運動(dòng)遲緩, 這種病理表型可以被Deprenyl 拯救,而且MPTP 和Deprenyl 的作用機制在人和斑馬魚(yú)間是保守的, 都要通過(guò)單胺氧化酶[44, 45]來(lái)起作用。可見(jiàn), 斑馬魚(yú)是很好的帕金森病模型, 而且斑馬魚(yú)胚胎沒(méi)有血腦屏障, 有利于藥物進(jìn)入腦。

 

 

Guo, S. (2009). Using zebrafish to assess the impact of drugs on neural development and function. Expert opinion on drug discovery 4, 715-726 

 

　　癌癥

　　Zon 課題組用斑馬魚(yú)胚胎進(jìn)行藥物篩選, 發(fā)現了雙氫乳清酸酯脫氫酶 (Dihydroorotate dehydrogenase, DHODH)的抑制劑, 比如來(lái)氟米特(Leflunomide), 能抑制神經(jīng)脊細胞發(fā)育。在哺乳動(dòng)物模型里的實(shí)驗表明, 通過(guò)抑制DHODH 可以有效抑制黑素瘤在體外和體內的增殖。Leflunomide 也被批準進(jìn)入了臨床實(shí)驗, 與Vemurafenib 聯(lián)合用藥治療黑素瘤(ClinicalTrials.gov Identifier NCT01611675)。

 

 

（Patton, E.E., Widlund, H.R., Kutok, J.L., Kopani, K.R., Amatruda, J.F., Murphey, R.D., Berghmans, S., Mayhall, E.A., Traver, D., Fletcher, C.D., et al. (2005). BRAF mutations are sufficient to promote nevi formation and cooperate with p53 in the genesis of melanoma. Current biology : CB 15, 249-254 ）

 

　　藥效學(xué)篩選和安全性評價(jià)

　　斑馬魚(yú)不僅可以適用于多種藥物種類(lèi)，還能進(jìn)行多種類(lèi)型的藥效學(xué)評價(jià)和安全性評價(jià)。藥物類(lèi)型包括中藥、天然產(chǎn)物、小分子藥和成品藥物（新適應癥開(kāi)發(fā)）。

　　藥效學(xué)評價(jià)涉及領(lǐng)域：腫瘤、眼科、骨科、耳科、中樞神經(jīng)、消化系統、脂質(zhì)代謝、皮膚色素、組織再生、免疫與炎癥等。

　　此外通過(guò)斑馬魚(yú)實(shí)驗在早期能快速發(fā)現安全性不佳（干擾胚胎發(fā)育、引起表型變化等）的候選化合物，可以有效降低后期研發(fā)失敗風(fēng)險和成本，美國食品藥品監督管理局（FDA）已經(jīng)越來(lái)越多地應用斑馬魚(yú)對臨床前藥物進(jìn)行安全性與毒理性評價(jià)。如美國FDA國際毒理研究中心（NCTR）評價(jià)氯胺酮（ketamine，一種被美國FDA嚴格管制的兒科麻醉劑）對斑馬魚(yú)心血管和神經(jīng)系統的毒性，結果發(fā)現氯胺酮能夠降低斑馬魚(yú)的心率，減少斑馬魚(yú)的運動(dòng)神經(jīng)元數量，和人類(lèi)臨床試驗完全一致。

 

　　我們團隊在趙慶順教授的帶領(lǐng)下，基于基因組編輯技術(shù)開(kāi)發(fā)制備具備自主知識產(chǎn)權的人類(lèi)疾病的斑馬魚(yú)模型，如斑馬魚(yú)心血管模型、肥胖癥模型、運動(dòng)神經(jīng)模型、腫瘤模型等，取得了一定的研究成果，為生物醫藥產(chǎn)業(yè)鏈提供斑馬魚(yú)藥篩平臺這一重要的鏈接。