科研服務(wù)
SCIENTIFIC SERVICE
類(lèi)疾病的斑馬魚(yú)模型-----斑馬魚(yú)胚胎藥篩平臺
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。