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郑友刚论文519最新

毕业论文（设计）

论文题目：

斑马鱼研究平台的建设

学生姓名：

郑友刚

学号：

1013010154

所在院系：

生命科学系

专业名称：

生物科学

届别：

2014届

指导教师：

陈锦云

目录

前言2

1斑马鱼在中国的研究历史2

2斑马鱼作为模式动物3

2.1个体优点3

2.2多种突变3

2.3突变表征4

2.4阻断基因功能的工具4

3斑马鱼用于研究发病机理4

3.1疾病与人类4

3.2相关方法4

4药物筛选5

4.1高效性5

4.2基于靶点的药物筛选5

4.3基于表型的药物筛选5

4.4斑马鱼在药物筛选方面的应用6

5.斑马鱼疾病模型研究6

5.1肿瘤6

5.2神经系统疾病7

5.3免疫系统疾病7

6.斑马鱼的再生研究7

6.1脊椎动物组织器官再生新的发现7

6.2关键基因8

7.结论与展望8

参考文献：

8

斑马鱼研究平台的建设

学生：

郑友刚（指导老师：

陈锦云）

（淮南师范学院生命科学系）

摘要:

斑马鱼从其被人们研究开始，便以其独特的优势迅速发展为现代生物学研究的模式动物。

模式动物作为重要的研究材料，为现代生物学的研究作出了重大的贡献。

从上个世纪90年代开始，斑马鱼的研究越来越火热，在遗传学、发育生物学、胚胎生物学、药物学、以及毒理与环保等方面取得了可观的研究成果。

本文简述了斑马鱼在中国的研究历史,重点介绍了斑马鱼成为模式动物之后在医学方面的研究如肿瘤、白血病、疾病发生机制、药物筛选等方面。

斑马鱼的研究向生物医学的方向发展，为人类了解疾病的发生机制以及人类的健康做出了重大贡献。

关键词:

斑马鱼；模式动物；生物医学；药物筛选；健康

Theconstructionoftheplatformforstudyingzebrafish

Student:

YougangZheng（Theinstructor:

JinyunChen）

（DepartmentofLifeScience,HuainanNormalUniversity）

Abstract:

Zebrafishhaddevelopedrapidlyasthemodelanimalinmodernbiologicalresearchwithitsuniqueadvantagesinceithasbeenstudyatthefirsttime.Asthesignificantresearchmaterial,modelAnimalhasmadegreatcontributiontothestudyofmodernbiology.Thezebrafish’sstudybecamemoreandmorefierysincethebeginningin1990soflastcentury.Objectiveresultshadbeengotteningenetics,developmentalbiology,biology,pharmacologyandtoxicologyofembryo,andenvironmentalprotection.ThispaperdescribesthethestudyhistoryofzebrafishinChinaandintroducedthestudyinmedicalresearchsuchascancer,leukemia,mechanismofdisease,drugscreeningafterthezebrafishbecamethemodelanimal.Theresearchanddevelopmentofzebrafishtobiomedicaldirectionhasmadegreatcontributionforhumanstounderstandthemechanismandtheirhealth.

Keywords:

Zebrafish;themodelanimal;biomedical;drugscreening;health

前言

斑马鱼（Daniorerio）是属于辐鳍亚纲（Actinopterygii）鲤形目（Cypriniformes）鲤科（Cyprinidae）短鱼丹属（Brachydanio）的一种硬骨鱼。

斑马鱼原产于印度、孟加拉国、缅甸，一种常见的热带观赏鱼，因其体侧具有多条深蓝色的纵纹与金黄色、银白色纵纹相间排列和斑马鱼很相似而得名。

斑马鱼成年后体长只有五厘米左右。

另外还有一个很特别的地方，胚胎透明且在体外发育，易于活体观察。

快速生长，受精后的一天，主要器官的基本形成，在研究组织和器官将功能上更具有优势。

60-90天便可长成成鱼，繁殖能力比较强且易于饲养，养殖方便所需空间小成本低，雌鱼每周能产卵200-300枚，可以快速获得大量的胚胎。

这些特点被科学家注意到之后便迅速成为了生物科学研究方面的模式动物。

从此斑马鱼在生物学方面的贡献越来越大。

另外，在对斑马鱼基因的测序完成之后，发现斑马鱼与人类基因的相似度达到了87%，这使得研究斑马鱼的科学家更加兴奋了，这意味着斑马鱼可用于研究人类疾病的发生机制以及在胚胎初期遗传突变的情况。

加上前面提到的斑马鱼的胚胎是体外发育且透明度很高，很快便使得这成为事实。

斑马鱼很快便成为的又一合适的模式动物。

从此斑马鱼的研究掀开了一个新的篇章。

1斑马鱼在中国的研究历史

最早以斑马鱼为研究对象起源于20世纪30年代，美国布朗大学的Roosen-Runge于1938年首次在SCI杂志BiologicalBulletin上发表文章，描述了斑马鱼受精后受精卵的变化过程及卵裂方式，从此开始了斑马鱼的研究历程[1,2]。

我过斑马鱼研究的发展速度是很快的，有我国研究机构参与的首篇斑马鱼SCI论文于1991年发表，是由中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所的修瑞琴与瑞典哥德堡大学的GöranDave合作发表的论文。

主要阐明了一些微量元素如汞、铜、镍、铅、钴对斑马鱼胚胎和幼虫发育的影[3,4]。

但是我国对斑马鱼的研究产生重大影响的时间是在2000年之后。

在此之后每年发表的关于斑马鱼的论文数量的大幅度提升。

在2001年我国斑马鱼领域相关论文的比重仅占全世界的2.09%,位列第十二;经过5年的发展到2006年,该比重已增加为6.21%,排名上升至第五位;到2011年的统计数据表明中国在该领域发表论文的数量仅次于美国，成为该领域研究的第二大国。

相对的论文比重则增加到百分之十四点以上了。

另一方面，我国在斑马鱼的研究内容也更广阔了，在分子生物学、生物化学、组织胚胎学、细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经生物学、毒理学等都取得了一定的成绩。

其中我国斑马鱼的研究在一些基本热点学科的发展较为平衡。

但在某些领域的发展还是有待继续努力的。

在研究的整体水平上，也有明显的提升，得到世界的认可。

经过10多年的快速发展,我国斑马鱼的研究已在多个学科领域取得了一定的成绩,下面介绍其中个别代表性领域及其所取得的研究进展。

其中斑马鱼胚胎早期发育及其相应信号通路的研究较为成功。

在胚胎的早期发育过程中胚胎体轴的形成、胚层的诱导与分化、胚胎细胞的运动机制、神经系统的发育、左右不对称发育等等。

其中TGF-β/Nodal、TGF-β/BMP、Fgf、Wnt、Shh、RA等众多信号通路相互协调、共同参与。

2004年,发现了一种抑制Nodal信号中胚层诱导活性的新机制,促进携带了Nodal受体的晚期胞吞体向溶酶体运动,从而促进这些受体在溶酶体中的降解[5]。

该研究加深了对胚胎早期发育中的相关调控机理的了解,对于研究人类遗传中胚胎发育过程导致的出生缺陷有借鉴知道意义。

并且在Science杂志上发表了该项研究成果[6-12]。

2斑马鱼作为模式动物

2.1个体优点

斑马鱼的身体小巧玲珑而纤细其身长仅有三到四厘米，尽管身小却具有顽强的生命力。

在饲养方面，斑马鱼由于具有饲育容易、环境要求低、胚胎体外发育且透明、体外受精、突变种多、遗传学方面的研究积累好等诸多优点，自上世纪70年代斑马鱼走进实验室后便迅速成为研究脊椎动物发育、人类遗传疾病的新兴模式动物。

2.2多种突变

至今已鉴定8000多种斑马鱼突变体，其中2000多种成为人类疾病模型，斑马鱼最大的优点就是其已鉴定的8000多种的遗传突变种，这些突变的基因主要是使用逆转录病毒感染或放射性照射引起的，之后再由多次的子代筛选而得。

可模拟贫血、耳聋、色素性视网膜炎、癌症和阿尔茨海默病等多种人类疾病。

2.3突变表征

突变种的表征包含如胚层分化，器官发育，生理调适与行为表现等多方面，所以可提供研究人员极佳的正向遗传学材料来进行发育机制上的研究。

2.4阻断基因功能的工具

在斑马鱼系统也阻断基因的功能，开发了一个工具-Morpholino，你可以很快的用反向遗传学技术来验证基因功能的研究。

在正向和反向遗传学遗传学推理验证，他们可以正确地推导出斑马鱼遗传发育途径，这种优势也成为斑马鱼在研究人类疾病的动物模型中出现的主要原因。

3斑马鱼用于研究发病机理

3.1疾病与人类

人类都会经历生老病死，疾病对人类的健康和生存能构成重大的威胁，是人类共同面对的最重要的社会问题之一。

小到每个人的身上，大到国家的生计，发展，可以说疾病是与我们息息相关，所以了解这些疾病是我们的任务，我们必须尽可能多的去了解这些能威胁到我们健康的疾病。

尽管如今科技和医学的发展很快，但是同时还有无数的疑难杂症难以解决，同样对于大多数遗传性疾病的发病机理了解的还是很少，因而无法进行根本上进行治疗，只能采取保守治疗和减轻病人痛苦的措施。

科学家的研究发现，几乎所有的人类遗传疾病的相关因素可以发现有与其相关的遗传因素，所以对于遗传性疾病，不仅是从上一代传递到下一代，还可以指特定基因型的人群在不同环境中对特定病原体的易感性[13-16]。

比如肿瘤这个人类健康的杀手，肿瘤的形成不但和环境中的致癌物相关，还涉及个体中癌基因和肿瘤抑制基因的突变及表达情况。

3.2相关方法

人类研究斑马鱼是因为：

斑马鱼作为模式动物研究有很多优点。

主要有下面几个主要方面进入研究：

疾病模型的开发和研究，是一种非常可靠且时常使用的方法，该方法说明如何用基因组合的正向遗传学和基因组合的反向遗传学的综合运用。

利用斑马鱼的疾病模型的结果进行疾病的机理的研究；药物筛选等。

反向遗传法则是由基因通道引导，探讨反义探针等方法对其基因突变与人类疾病相关的基因注射同源基因在斑马鱼相关基因，并研究其突变体的表型，然后和人类疾病表型对比。

而正向遗传法则与反向遗传法则是相反的，是从表型筛选开始，先得到大量的突变体，这些突变体是通过非特异性诱变的方法得到，再来研究出现相关表型的相关的突变基因，分析该基因的序列其功能，再得出结论是否基因和症状具有对应关系。

同时在人类基因中的基因中进行对比，找到相似基因，由此推测与疾病相关的人类基因[17,18]。

若是在在人类和斑马鱼中都出现相似表型，就可将该基因的突变体用来研究相应人类疾病模型。

疾病模型已经建立就可用于研究疾病的病因和并发症是否可能发生[19-21]。

在找到了基因的突变体这个切入点之后，研究起来会更有针对性，回使研究的效率大大提高。

这也是疾病模型建立起后研究的一个优势，更快捷，更有效率。

4药物筛选

4.1高效性

对斑马鱼基因的测序，发现斑马鱼的基因与人类的基因保守度很高，能达到百分之八十七左右。

更使得斑马鱼受到科学家的关注。

基因相似度高可以建立研究模型进行更深入的研究。

同时，斑马鱼胚胎遗传学技术的逐步建立和完善，也为人类疾病的斑马鱼模型研究提供了参考，也为分析提供了一个良好的基础[22-25]。

从往届斑马鱼学术研讨会上了解到，通过斑马鱼平均每筛选250种药物，就有一种能走向市场。

这在药物筛选上是一个非常高的效率了。

几乎每个月都有斑马鱼的研究论文发表在世界范围内的学术期刊。

由于斑马鱼药物筛选的高效性，使得很多科学家致力于用斑马鱼筛选药物。

相信在将来有更多的通过斑马鱼的贡献而来的优异的药物出现。

4.2基于靶点的药物筛选

在基于靶点的药物筛选研究中，应用正向遗传学方法已证实很多基因参与重要的生物学过程或疾病发病过程。

一些基因突变鱼很好地模拟了人类疾病[26]。

另一个策略是构建与疾病相关的基因在转基因斑马鱼中用于相关药物的筛选。

比如，核受体转录因子与代谢性疾病和生殖等有关，是已被证明了的药物靶点。

制备转基因斑马鱼活体体内系统进行观察，将GFP与核受体连接成融合蛋白，利用GFP的特异性结合，GFP对组织特异性核受体配体结合，便可进行筛选，同时可以对对药物活性进行定量检测[27]。

4.3基于表型的药物筛选

斑马鱼被用于筛选小分子药物大概有四五十年的历史，但近十年来斑马鱼才被用于药物的大规模筛选。

2000年，StuartSchreiber实验室首次报道出应用斑马鱼在96孔板中筛选1100个小分子化合物，确定其中有有效成分能影响中枢神经系统，心血管系统，并发现某些药物的作用，并发现一些在心脏发育中和遗传突变的与心脏发育异常引起的一致[28]。

4.4斑马鱼在药物筛选方面的应用

基于各种斑马鱼疾病模型，再通过随机诱导基因突变的方法，其中一些斑马鱼突变体表现出的症状类似于人类疾病，在药物筛选中起着至关重要的作用。

如：

肿瘤细胞周期抑制剂筛选、血管生成促进剂或者抑制剂、血管再生药物的筛选、红细胞生成促进剂、细胞色素调节剂。

5.斑马鱼疾病模型研究

现在斑马鱼的疾病模型研究方面发展迅速，在肿瘤，神经性疾病及免疫系统疾病方面都有很大的进展。

5.1肿瘤

现代环境污染严重、生活压力大、工作压力大及遗传等等因素下癌症发生比率逐年升高，人体内正常细胞有一定生命期限，当到达一定时间会自动的进入细胞凋亡程序而死亡。

这些生命活动是细胞周期的一个重要过程，异常进行会引起肿瘤发生。

在正常的情况下，细胞周期在人体这个大的调控机制的作用下，有序地进行着。

其中细胞周期检验点是一种重要的调控机制，在整个细胞周期中起着启动、完成的作用。

在得到损伤或结构异常的检测，细胞迅速通过检查点和修复机制来修复受损的结构异常或。

细胞周期检验点存在缺陷时，受损DNA便不能通过检测点检测出来，并发生恶性变化，从而可能导致癌症的发生。

而癌症是人体内一群失去控制的细胞，可以在人体无限制的增长，并且还会扩散到其他组织和器官，造成组织器官功能的丧失[29]。

斑马鱼使得药物能够在一个完整的体内环境中得到检测，且斑马鱼的鱼卵中就存在各种细胞类型，因此，斑马鱼非常适用于细胞周期的研究[30]。

癌症患者并不完全都是人，像斑马鱼、小鼠等都可以患上癌症，同样也有一个稳定的遗传，斑马鱼的癌症抑制基因，导致肿瘤的相关基因与人类，有高程度的相似性。

加上斑马鱼的繁殖周期和生命周期都比较短，所以方便进行几代的持续研究。

p53基因是研究得最多的肿瘤抑制基因，可以用来调节细胞生长，是细胞生长调节的副基因，在细胞凋亡和衰老的两个过程中抑制发挥作用，在细胞周期的结构和功能异常或不正确运行，导致癌症的发生。

超过一半的人类疾病与p53蛋白丢失或其基因缺失有关[32，33]。

所以斑马鱼的该基因用于抗肿瘤药物的筛选。

斑马鱼还可以用来筛选放疗的增敏剂。

有研究对对近一万个化合物进行筛选发现4'-bromo-3'-nitropropiophenone（NS-123）为人胶质瘤、直肠癌及肺癌的放疗增敏剂，同时人正常细胞的放射性并没有增加[34]。

后来有研究也表明这个化合物具有抑制肿瘤的作用，目前并没有发现该化合物对人体产生明显的副作用。

人体内的肿瘤斑和马鱼体内的肿瘤在组织学上的高度相似性使得这些肿瘤模型在相对应的人类疾病的研究中有着重要的意义[35~40]。

5.2神经系统疾病

斑马鱼与的神经系统与人类的神经系统存在很多相似的地方，所以斑马鱼在在神经系统发育及神经功能异常方面的研究中得到广泛应用。

有研究人员发现，在斑马鱼体内发现了与神经嵴病有关的Phox2b基因，此基因同样和帕金森氏病有关，同样的人类体内有类似的基因。

他们具有高度保守性，它被发现给这些疾病的患者带来福音，要是能有重大突破意味着这些疾病将可能不再是不能解决的问题。

同时也为该类疾病的研究开辟了新的途径。

髓鞘的轴突非常重要，它参与神经冲动的传导过程，有不可替代的作用，如果它发生异常那么就会导致一系列神经相关的病症。

有科学家通过对髓鞘轴突发育相关的基因进行随机诱变，得到了十种在不同阶段影响髓鞘轴发育的突变体，髓鞘轴突在各个发育阶段的症状变化可以通过这些突变体逆向找到，这样能找到对应的突变体，这可以成为神经疾病研究的另一个方法。

5.3免疫系统疾病

我们都知道人类的免疫系统有两种，一种是先天性免疫系统，另外一种是适应性免疫系统。

然而斑马鱼和人类是一样的，同样具有这样的两种免疫系统。

另外在特异性免疫系统方面，斑马鱼同样有人类一样的特异性免疫系统。

斑马鱼体内的两种淋巴细胞，T淋巴细胞和B淋巴细胞同样是有免疫性的。

再看非特异性免疫系统，斑马鱼也变现出与人类具有相似性。

人类的免疫系统的重要性不用说都明白，直接关系着我们的健康，免疫系统的强弱有可能就直接决定了你会不会患某些疾病。

免疫系统的研究模型有着很好的应用前景，且近几年也不短有新的突破。

人类的艾滋病就是由于患病使人的免疫系统很大程度上降弱，不能抵抗病原的入侵，斑马鱼可用于此方向的研究。

有望在未来为人类的免疫系统的健全研究提供更大的贡献。

6.斑马鱼的再生研究

6.1脊椎动物组织器官再生新的发现

对于再生的研究目前一直很难有重大的突破，因为人体的不同组织细胞已经是高度分化的结果，很难实现人体的再生。

但是科学家不会放弃这个诱人的研究，一旦能有重大突破，便是对整个人类的极大贡献。

斑马鱼是脊椎动物，在脊椎动物中有这种再生能力很少见，导致其必然成为脊椎动物再生研究的理想模型。

斑马鱼的心脏、视网膜、视神经等多种组织器官具有较强的再生能力[41]。

科学家在发现斑马鱼的心脏受损后仍能重新复原，便把斑马鱼选为研究脊椎动物组织器官再生的模型了，给治疗人类的心脏病带来新的方法和新的研究切入点，给人类心脏病患者带来了更多的希望。

利用斑马鱼进行的再生机制研究将为人类再生医学的探索者提供新的思路。

许多研究让我们知道存在很多的无脊椎动物在某些组织器官受损后能够重新长出这些重要的的器官。

但是大部分脊椎动物和所有哺乳动物在心脏受损时只长出伤疤组织而没有出现长出心肌。

6.2关键基因

有研究发现斑马鱼有心脏重生的能力。

他们首先在移除斑马鱼两成心脏，惊奇的发现斑马鱼在两个月后又重新长回了原本移除掉的那部分心脏。

但是他们后续的研究发现当一个特定的基因突变了，心脏组织就无法重长回来而只长出了伤疤组织。

这个关键的基因必然和斑马鱼的再生功能有这重要的联系，要么是直接决定了再生，要么是参与到完成再生的一个重要过程，所以缺它不可。

尽管现在还没弄明白，但是相信科学家们总有一天会攻克这个难题的。

7.结论与展望

综上所述，斑马鱼对于人类疾病的研究发挥着越来越大的作用。

斑马鱼作为人类疾病模型为人类的健康默默的做出了重大的贡献。

利用斑马鱼作为模式动物对药物的筛选相对于其它模式动物算的上是高效率的。

斑马鱼的研究为生物医学的研究掀起了一个新的篇章。

斑马鱼疾病模型的建立为我们去研究疾病发生外在条件已经内在的机理提供了新工具,也为未来寻找治疗方法提供了一种新的思路。

斑马鱼的研究群体越来越壮大，研究迆越来越深入，新的成果不断涌现，今后这方面的研究发展必将为人类的健康做出更大的贡献。

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