斑马鱼在药物毒理学评估中应用及机制的研究进展.docx
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1、摘要:与其他哺乳动物相比,斑马鱼具有繁殖能力强、繁殖量大、生命周期短、养殖费用低、身体透明等特点。主要从心血管毒性、肝脏毒性、肾脏毒性、神经毒性、脾脏毒性和急性毒性6个方面进行归纳总结,结果发现斑马鱼的多个器官在形态、基因表达及生理特性方面均与哺乳动物高度相似,已被广泛应用于药物的毒性物质筛选研究。药物对斑马鱼毒性研究主要集中在死亡率和畸形率增加,心、肝、肾、脾等脏器形态、表型改变并伴有水肿及神经毒性等方面;其毒性机制主要涉及影响器官中细胞凋亡(p53通路)、炎症(NF-KB通路、白介素)或影响该器官功能蛋白、酶或mRNA,如丙氨酸氨基转移酶(A1.T)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、乙酰胆碱
2、酯酶(AChE),微球蛋白前体(mbp)和微管蛋白(tubulin)等。斑马鱼模型可作为一种评估药物安全性与毒性最为高效、快速、便捷的方法,阐明药物的毒性作用及其多组分多靶点的毒性作用机制,可为药物毒理学中的毒性评估提供新的思路。斑马鱼俗称为斑马担尼鱼、蓝条鱼、印度鱼,是一种原产于印度和孟加拉国的辐鳍亚纲鲤科热带硬骨鱼,身上有数条可直达尾鳍的深蓝色条纹,因其全身条纹形似斑马纹而得名。斑马鱼是仅次于小鼠的第2大模型生物,其具有体积小,样本量大,胚胎透明易于观察,与人类基因同源性高和实验周期短等优势1-3,其胚胎、幼鱼和成鱼最早是被用来检测水中的有毒物质和致畸物4。后来也用于环境污染物的毒性评价,
3、如原油、农药、重金属、工厂污水和消毒副产物等对生态环境的毒性损害5-7。StreiSinger等于1981年首次将斑马鱼与遗传学和生物学领域划上联系,使其研究领域得以拓展和延伸。目前,斑马鱼已被广泛用于遗传学、生态毒理学、药物药效活性物质筛选、药物代谢、药物毒性物质筛选等方面9-11。斑马鱼在药物毒理学评估中的应用汇总如图1所示。XE马鱼箱bs*3I3IIfc二SMMS;i版II亡I充;.2IT1毒性作用及机制研究工因分机(qPCR)-H分析(Ueaemblomng)代分析(MFA)画何毒性作用及多坦分多Ie点作用机制图1黄马鱼在药物蠹理学评估中的应用F.1ApplkarionofZebraf
4、iSIIindingtoxicologyassessment提高药物早期毒性预测的可靠性和灵敏度已成为新药开发行业的迫切需求,而斑马鱼具有高通量的评价、检测和筛选药物毒性作用的独特优势,其作为药物毒性与安全性评价的实验动物受到医药学界越来越多的重视,已逐渐成为药物研发过程中毒性评价和安全性评价的重要工具12。结合国内外文献报道,本文综述了斑马鱼作为新兴模式生物在药物毒理学评价方面的研究进展,主要从药物心血管毒性、肝脏毒性、肾脏毒性、神经毒性、脾脏毒性和急性毒性6个方面及多组分多靶点的毒性作用机制进行归纳总结,以期为斑马鱼在药物毒理学中的毒性评估提供新的思路。1评估药物的心血管毒性1.1 斑马鱼
5、评价心血管毒性的优势心血管毒性是药物研发的主要限制因素口引。斑马鱼的心血管系统是由心房、心室、静脉窦和动脉球串联而成14,其心脏发育是一个迅速但复杂的过程,胚胎在受精后5h(hourspostfertilization,hpf)时心脏前体细胞成型,22hpf时心脏开始出现收缩动作,48hpf时功能性瓣膜逐渐形成,心率趋于稳定,72hpf时完成胚胎期心脏的发育。与此同时.,斑马鱼在24hpf时尾部由蜷缩状态开始伸展,节间血管开始生长,到48hpf时节间血管基本发育完全。有研究报道,斑马鱼心脏发育的形态、基因、生理特性以及血管生成过程均与哺乳动物相似15-16,可通过光学显微镜对其心脏、血管和血液
6、流动状态进行全程的监视,用于探究药物对斑马鱼的心血管毒性作用,为筛选药物的心血管毒性作用提供有效依据17。目前,在血管系统、血液、内皮细胞和心脏中表达荧光蛋白的转基因系斑马鱼的可用性也有助于精确和准确地评价药物对心血管系统的影响18。可见斑马鱼的上述优势使其成为筛选药物心血管毒性的重要生物模型。1.2 药物对心血管毒性的影响传统中药中提取分离出的很多单体化合物具有明显的药理活性,可以作为新药研发过程中的先导化合物,但是由于它们可能具有一些潜在的心血管毒性作用而限制了其临床应用。何俊霖等19以2、4、8、10gm1.异甘草素处理正常斑马鱼胚胎10、24h,结果显示异甘草素质量浓度高于2gm1.可
7、抑制斑马鱼胚胎血管生成,达8gm1.时,胚胎开始出现轻微血液瘀滞现象,且完全抑制尾部静脉血管的生成。异甘草素处理12h后,胚胎心率随异甘草素质量浓度的升高而呈降低的趋势,当质量浓度达到10gm1.时,对胚胎心率有持续性的抑制作用和诱发心脏畸形的作用,导致胚胎心包和卵黄囊肿大。这表明高剂量的异廿草素对斑马鱼的胚胎发育有较强的毒性作用。赵慧等20建立阿霉素诱导的转基因Tg(cmlc2:EGFP)系心脏特异表达绿色荧光斑马鱼心肌损伤模型,结果显示阿霉素30、40gm1.干预24、48h后,胚胎生存率显著降低,其活动受到抑制,心房、心室变大,出现不同程度的心包水肿,且动脉球间距显著增大;病理染色结果也
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