這種魚竟然幫人類做藥物研發(fā)
斑馬魚
在花鳥魚蟲市場常見到一種小手指大小的觀賞魚，體側有5條延伸至尾部的水平藍色條紋，因而得名斑馬魚。這種小型熱帶淡水魚，原產于印度東部和孟加拉國。你可不要小看這種玲瓏纖細的小魚兒，它們竟然會幫人類篩選藥物。
上世紀70年代末，美國俄勒岡大學的著名遺傳學家G.Streisinger試圖尋找一種適于研究脊椎動物早期胚胎發(fā)育的工具，他注意到了寵物商店里漂亮的斑馬魚。作為實驗動物，斑馬魚有很多優(yōu)勢。它體型小，成魚只有3-5厘米，實驗成本低；四季產卵，又發(fā)育迅速，3個月即達性成熟；同時，斑馬魚的胚胎在母體外受精和發(fā)育，非常便于在顯微鏡下做細微觀察或開展遺傳操作。更有趣的是，斑馬魚的胚胎在早期是透明的，因此應用不同熒光蛋白作為標記可以對各組織器官的發(fā)育，甚至單細胞水平的生物學過程進行活體觀察。
用紅色熒光蛋白標記肝臟和用綠色熒光蛋白標記胰臟的轉基因斑馬魚活體胚胎
由于這些優(yōu)點，斑馬魚旋即得到了眾多生物學家的關注和青睞。上世紀90年代，諾貝爾醫(yī)學生理學獎得主、德國馬普研究所C.Nüsslein-Volhard教授將自己的研究興趣從果蠅調整至斑馬魚，并與美國波士頓的發(fā)育生物學家M.Fishman和W. Driever的研究小組合作，使用乙烷基亞硝基脲（ENU）對斑馬魚基因組進行隨機誘變，通過觀察子代表型篩選出數(shù)千種斑馬魚基因突變品系。1996年12月，美國《發(fā)育生物學報》以?？男问?，整期刊載了這次大規(guī)模篩選實驗的研究成果，從此奠定了斑馬魚作為模式動物的堅實地位。
模式動物是指那些被生物科學領域廣泛認同和使用、通過較深入的研究實現(xiàn)了標準化的實驗動物物種。比起經典模式動物，例如果蠅和小鼠，斑馬魚成為模式動物的時間只有短短20多年，但這期間以斑馬魚為實驗材料的研究發(fā)展最為迅速，研究體量擴展了近20倍。
隨著斑馬魚全基因組測序的完成，研究人員對斑馬魚有了更深入的了解。斑馬魚基因組和人類基因組的相似度非常高，其中82%的人類疾病相關基因都可以在斑馬魚中找到同源基因。因此，斑馬魚又成為構建各種人類疾病模型的強大工具。例如，斑馬魚的很多組織器官包括尾鰭和心肌都具有很強的再生能力，如果用熒光蛋白對組織器官進行標記，就可以高效的觀察到損傷修復在活體中進行的全過程，成為研究這一過程的最有力工具。有實驗室就利用綠色熒光蛋白標記損傷修復過程中的關鍵因子——血液中的中性粒細胞，以此觀察斑馬魚尾鰭損傷后，組織修復過程中免疫細胞的活動。
同時，由于斑馬魚胚胎很小，可以用數(shù)以千計的胚胎進行平行試驗，進行高通量的藥物篩選（同一時間平行檢測大批量的候選藥物），而用小鼠等試驗動物是難以做到這一點的。人們把大量尾部損傷的小小斑馬魚胚胎放入96孔板內，用不同的藥物處理，觀察斑馬魚尾部修復情況的差異，對2000種化合物進行篩選，結果發(fā)現(xiàn)中藥丹參中的有效成分丹參酮IIA對炎癥后的組織再生有明顯促進作用。
針對損傷修復過程的斑馬魚藥物篩選模型
左上圖是3天齡的斑馬魚胚胎，其上星星點點的熒光信號是綠色熒光蛋白標記的中性粒細胞。由于胚胎很小，可以把每3個胚胎一組放入96孔板中，每個孔加入一種不同的藥物進行處理。斑馬魚的尾部受損之后，中性粒細胞會在尾部聚集，觀察到尾部一個突出的亮點。如果損傷修復過程順利，這個信號就會很快消失。通過觀察這一過程，可以對不同藥物對損傷修復過程的作用做出判斷。（圖片引用自Robertson et al.,2014，略有修改）
中國的斑馬魚研究始于上世紀末，在近20年中發(fā)展迅猛，研究方向涉及遺傳學、發(fā)育生物學、神經生物學、腫瘤學、再生生物學、魚類生理學、水產育種學、環(huán)境生物學、毒理學、疾病模型構建和藥物研發(fā)等方方面面。2001年至2016年，我國以斑馬魚為研究材料發(fā)表的科研論文總數(shù)占全世界同類文章的比重，由1.8%迅速提高到23.1%，已成為繼美國之后的世界第二大斑馬魚研究大國。
中國斑馬魚研究的迅猛發(fā)展
圖中顯示在Web of Science文獻數(shù)據(jù)庫中，檢索全球斑馬魚研究論文及中國斑馬魚研究論文的情況?；疑糠诛@示全球斑馬魚論文的總量，黑色部分是中國斑馬魚研究論文的占比。從中可以看出，中國斑馬魚研究在全球論文總量的占比逐年增加。
順應這種發(fā)展需要，在國家科技部和中國科學院的支持下，國家斑馬魚資源中心（ChinaZebrafish Resource Center，http://zfish.cn）于2012年10月在中國科學院水生生物研究所正式掛牌成立。中心的主要任務是收集、創(chuàng)制、保藏、分享斑馬魚轉基因和突變品系等相關資源，為中國、亞洲乃至全球的斑馬魚研究領域提供斑馬魚資源和技術服務。經過近5年的建設，中心已成為國際學術界公認的全球三大斑馬魚資源庫之一。
與其它經典的模式動物相比，斑馬魚的應用歷史并不長，但斑馬魚研究領域的發(fā)展最為迅速，前景極為廣闊。在全球范圍內，系統(tǒng)開發(fā)和利用斑馬魚資源已經成為各國追逐的科研熱點之一。我國的斑馬魚研究在近20年間已取得傲人成績。對斑馬魚研究資源的開發(fā)、保藏和利用持續(xù)增加投入，將使我國在此領域進一步占領國際制高點，從而大大推動以斑馬魚為模式的生命、健康、環(huán)境、水產等領域的科學研究。
