斑马鱼的内分泌系统研究进展(王华飞)

1 毕业论文 论文题目： 斑马鱼的内分泌系统的研究 学生姓名： 王华飞 学 号： 1113030228 所在院系： 生物工程学院 专业名称： 生物技术 届 别： 2015届 指导教师： 陈锦云

淮南师范学院教务处 2

目 录 前言：.............................................................. 4 1、作为模式生物斑马鱼的优点......................................... 4 2、斑马鱼内分泌系统研究在医学方面的发展............................. 4 2.1斑马鱼模型能在医学上的应用原因............................... 5 2.2 用斑马鱼突变体构来建疾病模型 ................................ 5 2.3.神经学研究的模式生物 ........................................ 5 3、斑马鱼内分泌系统研究在环境检测中的应用........................... 7 3.1斑马鱼能用与环境检测的原理................................... 7 3.2筛选环境中的内分泌干扰物..................................... 7 4、斑马鱼内分泌系统研究在新药研究方向的应用......................... 8 4.1斑马鱼内分泌系统模型在新药筛选中的应用....................... 8 4.2在动物生殖内分泌学中的应用................................... 9 5、人工内分泌统的基础.............................................. 10 5.1人工内分泌系统的原理........................................ 10 5.2人工内分泌系统在未来研究中的展望............................ 11 参考文献：......................................................... 11 3

斑马鱼内分泌系统的研究进展 学生： 王华飞 （指导老师：陈锦云） （淮南师范学院生物工程学院）

摘要：本文综述了模式生物斑马鱼内分泌系统的研究进展。研究人员把斑马鱼的研究主要归纳为以下几个方面：1.突变体做为模型来研究人类的内分泌疾病;2.了解了其发病机制并且研制出了新药;3.斑马鱼内分泌系统的研究还在环境检测及毒理学方面有着重要的应用;4.最后展望在未来科技中人工内分泌系统。 关键词：斑马鱼；人工内分泌系统；医学；环境；药物

Study on the endocrine system in zebrafish Abstract: This paper reviews the research progress of zebrafish endocrine system. Researchers to zebrafish studies are summarized as the following aspects: 1. The mutant do as a model to study human endocrine disease; 2. Understanding the pathogenesis and the development of a new drug; 3. Zebrafish endocrine system research is still in the environment detection and toxicological aspects of has a important application. 4. Finally, the prospect in the future science and technology artificial endocrine system Keywords: zebrafish; artificial endocrine system; medical environment; drug; 4

前言： 斑马鱼(Danio Rerio) 属于鲤科担尼鱼属，民间俗称花条鱼、蓝条鱼，产于一些亚洲国家西北地区的一种用于观赏的淡水鱼类。斑马鱼它体型小，对生活的水质环境没有特殊的要求，繁殖能力强，成鱼的体长在2~5厘米。它的卵子在体外受精，胚胎能够在体外发育，不仅胚胎透明易观察而且同步生长速度快。由于其胚胎透明在解剖镜下可以观察到胚胎发育的全过程。具备上述优点的斑马鱼作为常用的研究的模式生物已在生物学研究崭露头角，美国俄勒冈大学的科学家George Streisigner是第一个将斑马鱼做为研究遗传材料用于试验中。 斑马鱼模型被广泛的应用于胚胎发育、器官再生、细胞迁移，行为学以及神经性疾病等学术领域。近年来在环境毒理学检测、新药物研发、生物医学等领域的研究中斑马鱼这一优良的实验材料被广泛的运用到实验中。这是因为斑马鱼突变体具有很多优点能使其成为多种疾病模型的研究材料，本文主要记述现有的斑马鱼内分泌系统研究方向及其发展前景。 1、作为模式生物斑马鱼的优点 在最近生物医学研究领域，斑马鱼逐渐的成为研究疾病的明星模型动物。主要的研究学科包括形态发生学、神经科学、发育生物学、器官再生学、衰老机制、新药筛选等等。斑马鱼能成为被广泛用于实验的动物模型是因为其易于饲养、遗传筛选，后代繁育数量大，胚胎具有光透性[1]。斑马鱼作为模式生物其研究结果同样可以适用于人体，是因为人类基因和斑马鱼在某些基因的结构域中有着87%的同源性。用斑马鱼做遗传学科的实验材料比起小鼠和果蝇等模式生物最大的优势是可以获得体内高分辨率的对比图片，但是由于找不到合适转基因工具和酶无法进行基因敲除实验的操作。因为技术方面的落后制约了斑马鱼前期的研究发展。然而，现阶段研究斑马鱼地方法以趋于成熟。例如可以使用斑马鱼品系中的MAZe种和锌指核酸酶(用于基因敲除的高效酶)、脑彩虹转基因技术等新研发出的高科技工具，通过研斑马鱼复杂的发育过程可以破解人类内分泌系统疾病的病因。[2]另外，人类和斑马鱼在遗传途径方面存在着相似性其基因组也有很多的同源性。利用现阶段的技术平台斑马鱼可以带替小鼠等哺乳动物做药物筛选。 2、斑马鱼内分泌系统研究在医学方面的发展 5

2.1斑马鱼模型能在医学上的应用原因 当受精卵在分裂一天后，幼鱼的各个脑室、耳、眼、血细胞、体节等均清晰可见，已形成器官和组织的胚胎和人类的相似。人类某些基因组的结构域和斑马鱼具有高度的同源性。现在实验中通过基因敲除技术获得的一些斑马鱼突变体，其表型和人类疾病的症状相似，从研究中可以破解人类疾病的发病机制。[3] 2.2 用斑马鱼突变体构来建疾病模型 实验表明，Sau型突变斑马鱼品系中被破坏的基因功能主要是合成胚胎红细胞血红素，它的血细胞小，血红蛋白含量低的症状和人类先天性铁珠幼红细胞贫血症相似。yqu突变体中UROD基因被敲除后会使会使大量卟啉堆积在红细胞中，使细胞正常生理功能受到影响，机体表现是对光高度敏感，类似与人的红细胞卟啉症。[4]gdk斑马鱼突变体表现型是动脉不能够正常的形成，会导致血液循环窒息和类似于人类的先天性动脉血管收缩综合症;人类重症肌无力症可以用spe突变体来模拟。当代社会肿瘤疾病也是威胁人类健康的重要因素，斑马鱼突变体同样可以构建肿瘤模型。科研人员通过诱变剂诱导表观基因组发生突变机体的筛选，可获得不同类肿瘤发生的突变体。科学家将小鼠的c-myc基因导入到斑马鱼的胸腺细胞中进行过量表达而制备出和人类败血病症状相似的突变体。[5]诱导斑马鱼的抑癌基因P35突变后,容易诱发斑马鱼的神经鞘肿瘤。在研究中将b-myb基因诱导突变后，再将突变体杂合体用MNNG致瘤剂处理,获得突变体比一般的斑马鱼更易发生殖器官细胞瘤、消化系统瘤、动脉血管瘤等肿瘤。 2.3.神经学研究的模式生物 当证明斑马鱼主要的机体生化调节途径和基因组学数据存在相关关联后，生物神经学实验中广泛用斑马鱼做实验材料。随着基因敲除和转基因技术的应用斑马鱼的品系逐渐的丰富起来。成熟的靶基因定位技术、基因测序和和基因芯片技术的应用，使斑马鱼逐渐成为生物神经学研究的模型。斑马鱼的发育时间短，能在24hpf内形成神经管并且可以在27hpf处产生触感。它能在短时间内发育出不太成熟的神经丛系统。在早期的中枢神经系统中间脑内具有完善的丘脑—垂体结构，端脑发育简单。斑马鱼脑部的中脑皮层是最复杂的脑皮层，运动中枢（后脑）存在菱脑中；另外，斑马鱼脊柱中的脊髓也非常的粗壮。综上所述斑马鱼是研究生物神经学、动物行为学，鱼类发育学的经典模型。如何破解微观基因表达调控 6

和动物宏观行为之间的关系；需要通过研究脊椎动物行为学方面在应对相关的环境所产生的刺激中寻找答案。研究用斑马鱼做为模型的行为学包括觅食、逃避、偏好性、偏侧性。当斑马鱼胚胎发育到17冲时会形成自发摆尾游泳运动,在到27冲时胚胎对外界刺激作出常规的跳跃式游泳行为。刚孵化后的幼鱼会出现爆发式游泳,4dPf后自发的滑行游泳动作出现。到6dP时幼鱼出现形态较为完美的常规游泳行为,并伴随出现目标导向行为的视觉运动反应等等。几天后幼鱼集成视觉、触觉、味觉、身体信号形成更复杂的摄食行为并伴随决定和选择等高级脑功能行为的出现。在研究斑马鱼的运动回路中，斑马鱼发生游泳逃避行为时，脑干中逃避神经网所起作用是收集分析各种传递来的电信号,使机体产生远离刺激源的游泳行为。斑马鱼是如何应对于发生在身体不同部位的刺激尼？它依靠变换不同的游泳方向来调整的,这些发生在不同位置的刺激使位于机体不同位置的亚神经元网被激活，然后位于后脑两侧的M细胞接受刺激后大脑作出调整方向的反应。对自由游泳的斑马鱼进行药物成瘾实验，通过喂食斑马鱼含有安非他明的食物一段时间后，它会产生对某个方向有特殊青睐的游泳行为。在判断斑马鱼是否对其它药物瘾实验中同样可以采用位置偏好这个方法。 现代医学研究中再生医学占有重要的地位，最近几年再生医学研究发展迅猛其相关的产业和学科都成为朝阳产业和前沿科；它再发展中不仅融入了新技术还包含了新的学术思想。其主要涉及再生组织器官技术、克隆技术、异种器官移植、新型生物材料、器官再生药物，干细胞移植学等诸多学科。这也体现了再生医学与其它学科的交叉也表明了再生医学的重要性。科研人员认为在未来的发展研究中再生医学还需要开发新的技术和理论。其研究成果将被用来攻克困扰人类很长时间的疑难病症，诸如遗传疾病、多种恶性肿瘤、异体器官移植，器官坏死的修复治疗带来了新的曙光。因此，为了创造更多的经济价值需要投入更多的资源进行再生医学的研究。组织器官再生现象很久以前就引起了科学家的讨论；在不同种生物之间存在着非常大的差异，例如高等脊椎动物比低等脊椎动物强；同种生物间年龄小的比年龄大的再生能力强。斑马鱼的心脏、肝脏、脊髓等器官具有很强的再生能力。因此，通过斑马鱼器官再生过程的研究将获取大量的有用信息, 在再生医学领域具有里程碑的意义，为破解人类再生缺陷机制打下坚实的基础。科学家将对斑马鱼在心脏、脊髓、肝脏等再生医学研究方面做更深层次的研究。