斑马鱼在肿瘤疾病中的运用范文

摘要:作为一个整体的实验动物，斑马鱼具有许多生物功能，如更多的后代，体外受精，胚胎是透明的。而且斑马鱼是一种新兴的动物实验模型，可以很好地评价抗癌药物化合物的活性和对抗癌药物的高通量筛选。斑马鱼在肿瘤疾病中的应用值得深入研究。

关键词:斑马鱼;动物模型;肿瘤;肿瘤疾病;药物高通量筛选;肿瘤

新生血管斑马鱼(Daniorerio俗称zebrafish)属于辐鳍亚纲(Acti-nopterygii)鲤科(Cyprinidae)短担尼鱼属(Danio)的一种硬骨鱼。随着科技的发展，斑马鱼动物模型在许多疾病研究中被广泛应用。其拥有动物无法相提并论的优势:一方面，斑马鱼体积小，受精卵发育迅速，其主要器官在受精后5d左右已经发育完全，并执行功能;成年后，繁殖能力强，产胚量多，在很小的空间内可以大量养殖，可满足对于样本需求量很大的科学研究。因为斑马鱼发育十分迅速，而且还可以大大地缩短实验的周期。所以斑马鱼可以参与各种科学实验的研究。体外受精为斑马鱼的另一特点，在其受精后可以立即进行药物干预，其受精卵、胚胎及幼鱼通体透明，操作技术十分成熟，便于进行科学观察。人类和斑马鱼有87%的基因同源，使其成为各种研究的理想动物模型。通过先进的科技筛选斑马鱼和人类具有类似致病或特定功能的基因，构建相应的斑马鱼动物模型，观察类似基因在斑马鱼发育过程中所起的作用。此外因为斑马鱼为体外受精，其受精卵、胚胎及幼鱼通体透明，所以可以用显微镜直接观察整个循环系统通路和整个器官的形成过程［1］。目前，已成功建立了多种疾病的模型，近年来广泛应用于肿瘤系统疾病中。本文对斑马鱼在肿瘤疾病中的应用进行论述。肿瘤疾病已经成为一种世界范围内比较常见的疾病，并严重威胁世界人民的健康，人们的生活质量和生命健康受到了严重影响，已经成为人类死亡的主要原因之一。斑马鱼已经成为一种能复制癌症动物模型的理想的脊椎动物，其在肿瘤的代谢机制方面和人类十分相似，目前可以使用先进的技术手段对很多良性和恶性肿瘤疾病的模型进行复制。结合各种遗传分析、肿瘤癌变检测等相关先进的科学技术，斑马鱼已经被广泛应用于研究各种肿瘤疾病相关发病机制以及筛选各种对肿瘤有良好治疗作用的药物［2－3］。

1斑马鱼是神经系统肿瘤动物模型中一种理想的动物模型

斑马鱼同样具有大脑、小脑、下丘脑的分化，并且大脑也分为左右脑2部分;同时，斑马鱼作为一种理想的脊椎动物模型，斑马鱼的基因组和人类具有同源性和保守性，这为研究各种肿瘤疾病的发展提供了良好的基础。斑马鱼肿瘤模型具有许多优点，如易于饲养、经济、方便、繁殖力高、体外受精、胚胎透明的扩散、转移、浸润和血管生成，容易观察，在组织中的癌细胞，并轻松获得大量突变或组织特异性转基因鱼。在药物筛选中，斑马鱼可以用于大规模选择抗癌药物的筛选，使其易于大规模选择抗癌药物。然而，斑马鱼的体积较小，不利于原位肿瘤移植，而且由于斑马鱼与人类进化树之间的亲缘关系较远，对信号的研究也不多。斑马鱼神经胶质瘤模型的建立不仅有利于肿瘤和血管在体内的发育和变化的观察，而且与其他动物模型相比，在药物筛选方面具有巨大的优势。综上所述，建立斑马鱼胶质瘤模型有助于研究者更好地研究胶质瘤的发病机制，探索新的治疗方法［4］。MMayrhofer等通过建立一种新的脑肿瘤斑马鱼模型，研究发现体细胞突变激活MAPK和PI3K信号通路中yap的表达导致神经发育障碍和脑肿瘤的形成，并确定YAP的激活是恶性脑肿瘤形成的标志之一。该模型为研究恶性脑肿瘤的发病机制以及治疗提供了新的方向［5］。胶质瘤是最常见的原发性脑肿瘤，AZeng等通过荧光显微注射移植人神经胶质瘤细胞在斑马鱼的大脑，成功构建斑马鱼原位胶质母细胞瘤移植模型。通过该模型研究发现化合物TNB，可以很容易穿过血脑屏障和抑制斑马鱼的大脑胶质瘤移植瘤生长。该斑马鱼胶质瘤移植瘤模型对于胶质瘤的研究具有重要意义，同时可以作为一种高效、可靠的筛选血脑屏障渗透药物的动物模型［6］。高强度聚焦超声属于一种新型的治疗癌症的技术。潘珠玛等［7］将72只转基因斑马鱼随机分为肿瘤组、对照组和治疗组。除对照组外，其余两组进行神经胶质瘤细胞注射，1天后采用聚焦超声治疗对治疗组进行治疗。然后用荧光显微镜观察肿瘤组和治疗组两组斑马鱼卵黄内神经胶质瘤细胞数量和肿瘤血管增生情况，结果发现治疗组胶质瘤细胞数量和血管增生情况明显减少，而肿瘤组肿瘤血管增生明显而且胶质瘤细胞数量大量增加。最终得出结论:聚焦超声治疗对神经胶质瘤细胞有着十分显著地治疗效果，而且还可以阻断肿瘤血管的生成，这对于神经胶质瘤的治疗具有十分重要的作用。

2斑马鱼已经成为一种新型的研究各种血液病的理想

动物模型斑马鱼是研究血液发育(造血)、造血干祖细胞(HSPC)生物学和血液病理学的重要模型。斑马鱼造血系统在功能、遗传调节因子等方面与人的造血功能有很高的相似性，促进了斑马鱼动物模型在各种恶性血液病的研究［8］。目前已经可以通过建立斑马鱼白血病模型对各种影响肿瘤的发生、发展和肿瘤转移过程等的基因进行筛选，寻找抗肿瘤的相关分子机制，从而提高对治疗血液病的认识。JWLu等［9］通过对SOx4转基因斑马鱼白血病模型进行研究发现SOx4基因的过表达和急性髓细胞白血病的发生有着紧密的联系，而且该基因与其预后不良密切相关。SOx4基因可以成为治疗白血病的新靶点，对于筛选抗白血病药物具有重要意义。叶永斌等［10］通过显微注射法把异种异体的人急性髓系白血病干细胞KG－1a植入斑马鱼胚胎的卵黄囊中，成功建立斑马鱼异种异体白血病模型。该模型在研究白血病的发病机制和筛选治疗药物以及对于体内细胞生物学的研究提供重要的实验依据和应用价值。孙晨光等［11］通过将microRNA－191显微注射到斑马鱼受精卵，研究该基因对髓系造血分化的调控，研究表明，该基因可能参与调控粒－单核系和红系分化基因的表达，参与白血病的形成。Shen等［12］通过对mycn转基因斑马鱼模型进行研究发现mycn基因过表达后使Mycn蛋白增加，其在急性髓细胞白血病发生中起着十分重要的作用。2011年，Pruvot等［13］对斑马鱼胚胎白血病细胞异种移植的药效研究，为人们提供了一种良好的筛选非致畸药物的药理学模型。

3斑马鱼动物模型在肿瘤血管生成方面和抗血管生成活性药物筛选中有着重要的研究前景

在许多疾病的发生发展过程中，都存在着机体对新生血管的调控失去平衡，特别是对各种肿瘤疾病的影响特别突出。现在已经有很多关于对控制肿瘤血管生成治疗肿瘤疾病的研究，这一新的治疗肿瘤疾病的方法已得到广大肿瘤学家们的认可。通过对切断肿瘤细胞的营养物质供应和切断肿瘤转移的途径等方面开展的抗肿瘤血管生成药物的研究和开发已成为近年来各种肿瘤疾病治疗的新手段。近几年来，各种斑马鱼动物模型已经被广泛应用于研究各种肿瘤疾病的血管生成机制。斑马鱼模型可以用于筛选抗血管生成活性药物，实现对抗血管生成活性药物的高通量筛选［14］，而且还可以用来评价药物治疗疾病的安全性［15］。2011年，ZhangS等［16］通过对斑马鱼移植瘤模型进行研究发现了血管内皮生长因子受体2信号转导通路的新型抑制剂，能够抑制肿瘤生长和肿瘤血管生成。薛迪等［17］通过斑马鱼模型研究发现复方苦参注射液联合顺铂具有协同作用，在一定程度上可以抑制肿瘤血管的生成。倪媛媛等［18］以斑马鱼为实验动物模型，观察马钱子的水提物对肿瘤细胞和新生血管生成活性的影响，研究最终发现马钱子的水提物具有较显著的抗血管生成活性，对肿瘤细胞的生长和新生血管生成具有显著抑制作用。劳乔聪等［19］通过显微注射仪将肺癌A549、胃癌SGC－7901和肝癌HepG2细胞注射到斑马鱼卵黄囊内，成功建立3种斑马鱼肿瘤异种移植模型，通过该模型分别评价临床常用的5种抗癌药在3种斑马鱼肿瘤异种移植模型体内的敏感性。研究结果表明临床对于肺癌、胃癌和肝癌常用的5种抗癌药物在斑马鱼肿瘤异种移植模型中均有效，并且基本都呈剂量依赖性。斑马鱼肿瘤异种移植模型可以用来进行检测抗肿瘤药物在体内的敏感试验。

4斑马鱼移植瘤模型在研究肿瘤移植迁移机制和抗肿瘤药物评价方面有其独特的优势

近年来将肿瘤细胞通过细胞移植技术移植到斑马鱼体内进行科学研究的方法在国际上刚刚兴起，已经成为一种研究肿瘤移植迁移机制的理想动物模型。此类移植模型在肿瘤疾病相关基因迁移和细胞增殖机制、抗肿瘤药物评价方面都有研究和报道，具有其独特的优势。这些探索性的研究为高通量筛选抗肿瘤药物和研究肿瘤疾病的发病机制提供了新的工具和新的研究思路，对研究治疗恶性肿瘤疾病具有重大的意义。胡荣英等［20］通过研究吉非替尼和吉非替尼联合阿霉素对斑马鱼早期胚胎中abcb4肿瘤耐药基因的表达产生的影响作用，发现单纯的应用吉非替尼对其基因的表达无任何作用，但是吉非替尼对阿霉素产生的耐药具有一定逆转作用，研究结果表明通过斑马鱼可以建立肿瘤耐药模型。陈锡强等［21］通过将3种不同的乳腺癌细胞系移植到斑马鱼幼鱼体内的方法，成功的建成了斑马鱼乳腺癌移植瘤模型。通过该模型对3种不同移植瘤进行观察，主要观察JAK抑制剂对移植瘤的影响、移植瘤的生长特征以及促血管生成作用，深入研究发现该模型在初步筛选抗肿瘤药物方面有着重要的价值。韩利文等［22］在斑马鱼胚胎卵黄囊内注射宫颈癌细胞，成功构建斑马鱼宫颈癌移植瘤模型，通过该模型进行实验观察芦荟大黄素在不同浓度下对宫颈癌SiHa细胞增殖的抑制作用，对移植瘤模型用不同浓度的芦荟大黄素进行处理，研究宫颈癌细胞在斑马鱼体内的迁移和增殖的情况。观察结果表明，芦荟大黄素对宫颈癌具有一定的治疗作用，对开发抗宫颈癌药物具有一定的帮助，同时该移植瘤模型对宫颈癌的研究和药物评价具有重要价值。黄志军等［23］选择斑马鱼为实验对象，通过细胞移植技术将具有标记的乳腺癌细胞移植入斑马鱼卵黄囊内，成功构建乳腺癌斑马鱼移植瘤模型，通过移植瘤模型研究小金胶囊对斑马鱼移植瘤的抗肿瘤作用，同时对其抗肿瘤作用进行评价。通过观察小金胶囊对移植瘤新生血管形成和细胞凋亡的影响，发现小金胶囊可以抑制乳腺癌的生长增殖，同时还可以抑制血管形成，同时可以在一定程度促进细胞凋亡，揭示了其可能的抗癌机制。

5结语

斑马鱼已经成为一种新型的动物模型，尤其近年来在中医药对于肿瘤疾病的研究和治疗方面有着巨大的优势，尽管近十几年来已经在人类疾病的研究方面取得了显著的成就，已经可以应用斑马鱼模型进行肿瘤疾病的机制研究和抗肿瘤药物的筛选，但是斑马鱼在很多研究方向仍显空缺，其应用尚未成熟，在各种恶性肿瘤疾病的研究方面仍然有很大的空缺，并不能完全取代小白鼠以及其它的动物模型，例如某些恶性肿瘤的发病机制无法与斑马鱼模型完全吻合，使得在各种抗肿瘤药物的筛选方面有着一定的局限性。随着斑马鱼模型应用的增多及科学水平的大力进步、研究方法的不断创新，种种局限性可以被逐渐消除，将促进斑马鱼疾病模型在肿瘤系统中的广泛应用，对于中医药抗肿瘤的研究也具有重大意义。相信以后通过斑马鱼模型研究肿瘤疾病对于肿瘤疾病的了解和治疗将会取得更广泛的成果。

作者：张震，杨柱；龙奉玺；罗莉；邓茜；王倩；唐东昕 单位：贵阳中医学院