利用斑馬魚來研究治癒人類疾病，是近年來全球熱點科研項目。在人類疾病研究中，模式
動物功不可沒，建立人類重大疾病（如腫瘤和心血管疾病等）的動物模型，對分析疾病的發病機制，解答特定人群對某種疾病的易感性，及開發新型藥物開發有重要推動作用。據報道，國際學術期刊Nature Communications（《自然-通訊》）在線發表中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院裴端卿和舒曉東研究團隊關於斑馬魚研究的最新成果“Deficiency in class III PI3-kinase confers postnatal lethality with IBD-like features in zebrafish”。該研究利用斑馬魚突變體模擬了人類炎症性腸病的部分表型，並且結合體外細胞3D培養結果解釋其發病機制。
圖1 Nature Communications 在線發表了相關論文
什麼是炎症性腸病
炎症性腸病（IBD）是一類消化系統產生的自身免疫性疾病的總稱，主要包括克羅恩氏病和潰瘍性腸炎等，患者主要集中在北美、北歐以及澳大利亞等西方國家。2016年，美國的炎症性腸病患者超過300萬，中國國內的發病率為3.3/100，000，並且逐年升高。除了腹瀉、腹痛、貧血等症狀，大部分患者還遭受了嚴重的心理折磨。然而目前對IBD發病機理的研究尚處於探索階段。
圖2 西方國家 IBD發病率比較高
人類疾病 為啥要用魚來研究？
斑馬魚是一種熱帶魚，身體細長而略呈紡錘形，頭小而稍尖，吻較短，全身佈滿多條深藍色縱紋，與銀白色或金黃色縱紋相間排列，由於其紋路比較有條理，在水族箱內成群遊動時猶如奔馳於非洲草原的斑馬群，故此得斑馬魚之美稱。
與其他模式生物相比，斑馬魚用於疾病研究有極大的優勢：斑馬魚產卵量多、繁殖迅速、胚胎通體透明。斑馬魚基因和人類有著87%的高度同源性，這意味著其實驗結果大多數情況下適用於人體，被廣泛用於發育研究以及肝毒性藥物、抗炎症藥物等篩選。斑馬魚有很多熒光標記的轉基因品系，在熒光顯微鏡下可以很容易觀察到特定細胞的分佈，能夠更直觀地分析發育或病理缺陷。
圖3 斑馬魚
用斑馬魚找出人類拉肚子的原因？
斑馬魚腸道早期發育與高等動物類似，因此也是炎症性腸病研究的理想模型之一。本研究利用基因編輯技術獲得了兩種pik3c3突變品系斑馬魚。突變品系在受精後第8天，就會出現形體彎曲、腸腔變窄等現象，並且很快就死亡。
通過進一步組織學、分子生物學以及電鏡檢測，研究人員確定了突變體中腸道炎症的基本表型，包括上皮細胞大量脫落、炎症因子表達升高以及免疫細胞在上皮組織聚集等。機理方面的研究表明，腸道炎症反應的激活不是微生物以及外界環境所引起的，而是腸道上皮細胞自主性損傷從而招募大量的中性粒細胞所導致的，這是與已知的斑馬魚腸道炎症模型的最大區別。
圖4 突變體腸道上皮細胞結構紊亂，有細胞脫落
圖5 綠色熒光標記的中性粒細胞在突變體腸道上皮聚集
為了確定突變體致死的根本原因是否是免疫系統的缺陷，科研人員決定在培養皿中研究“乾淨的腸道”。Caco2細胞系來源於人類結腸癌，當在培養皿底部鋪一層基質膠Matrigel時，5天以後就能形成類似腸腔的“甜甜圈”結構。在該體系下抑制PIK3C3基因的表達，也會導致細胞連接的破壞。體外模型進一步證明，上皮結構的破壞是上皮細胞自主性的。
圖6 PI3P缺失導致上皮細胞連接破壞，最終招募中性粒細胞，發生急性炎症
研究團隊利用斑馬魚發現了多個囊泡運輸蛋白（主要為SNX家族蛋白）在早期發育過程中的作用。而PIK3C3的催化產物磷酸肌醇 3-磷酸（PI3P）可以與SNX家族蛋白直接結合調控體內的囊泡運輸等過程。本研究既揭示了PI3P在腸道疾病方面的重要作用，同時也證明了囊泡運輸體系對機體發育及維持的影響。
據介紹，成年斑馬魚心臟細胞具備可再生功能，這一發現隨後在新生小白鼠身上也得到了驗證，按照這些線索，科學家就有可能發現人類心臟再生的奧秘。此外，斑馬魚也是新藥實驗的“急先鋒”，一些新藥成分在被發現後先要在斑馬魚身上試用，以便能快速找到潛在的、可發揮作用的基因位點，然後再進入臨床實驗。
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