前言

据《中国外科年鉴》统计，中国每年骨科创伤病例高达2000万例，其中79.35%需要进行手术治疗。中国每年新增的整体骨科类疾病发病率居高不下的原因，除了近年来，中国慢慢步入老龄化社会，老年人所占人口总量比重的扩大之外，日常生活中人们诸多不健康的生活及运动习惯，都会引发骨科上的相关疾病。 

在骨骼疾病的动物实验研究中，最常用的模式动物包括大鼠、小鼠、兔等。传统的动物模型有一系列难以克服的缺点，如造模用药周期长、费用高、工作量大等，研究人员在不断寻找新的动物模型来克服以上缺点。近年来，模式动物-斑马(zebrafish) 逐渐进入了我们的视野。斑马鱼上世纪 80 年代~90 年代初被确立为一种新的模式动物。经过近 30 年的发展，斑马鱼已成为一种常用的模式生物，也是目前被认为可用于提升科研效率的最好的动物模型之一。在骨骼疾病研究中，斑马鱼以其独特的结构与生理，提供了一种全新的、高效而灵活的动物模型。接下来从斑马鱼在骨相关疾病研究的优势及应用两方面对其进行介绍。 

斑马鱼在骨相关疾病研究的优势 

斑马鱼在骨相关疾病研究方面具备如下优势：

1、与人类基因、骨骼发育相似度高。斑马鱼基因序列组合与人类基因相似度达到 87％，即约70％的人类基因至少有一个明显的斑马鱼直系同源物。且斑马鱼能够直接从间充质细胞和软骨前体育出骨骼，在解剖学上类似于哺乳动物骨骼，提供了一种有用的骨骼研究动物模型。

2、斑马鱼繁殖快、耗时短、成本低、生物安全性好，不易传染疾病。通过对比斑马鱼与鼠、兔等哺乳动物在治疗骨相关疾病的药物毒性发育中研究发现，斑马鱼较鼠、兔具有测试成本低、速度快等优点，证明脊椎动物斑马鱼已成为高通量药物筛选的易处理模型生物。

3、胚胎发育迅速、易于观察。由于斑马鱼能够体外受精和发育，胚胎透明，且胚胎发育过程清晰可见。斑马鱼颅面骨骼的骨化开始于受精后 3d，受精约 120h 后斑马鱼各组织、脏器、骨骼均已发育完全，在显微镜下可直接观察其胚胎发育情况，在第 8 天可使用茜素红染色通过目视检查在标准解剖显微镜上分析胚胎，拾取不显示软骨缺陷的特异性骨突变体，具有耗时短，对骨骼发育畸形易于观察的优势。

4、可塑性强。研究发现斑马鱼骨模型较鼠、猴骨模型在基因转录与敲除等方面可塑性强，应被视为越来越有价值的骨模型。

总之，斑马鱼骨模型相对传统的鼠、兔、猴动物模型具有繁殖快、成本低、耗时短、效率高、灵敏度高等优势，被广泛运用于胚胎发育、遗传与基因学、药物筛选、人类疾病模型的研究，目前已有神经系统、血液系统、肿瘤及骨相关疾病系统等人类疾病模型建立，因该生物的骨骼系统发育迅速，被众多研究者称为研究脊椎动物发育的理想模式。

斑马鱼模型在骨相关疾病中的研究

骨发育方面研究

人类骨骼发育是由间充质干细胞发生，从胚胎早期间充质干细胞骨原基起始。目前，骨的发生方式主要有膜内成骨和软骨成骨两种方式，由于斑马鱼与人类骨骼发育相似度高，故在骨发育基因遗传疾病、骨生长信号通路、成骨不全、脊柱侧弯等方面均有研究。

有研究通过使用 wehTp85c 作为研究铁缺乏的骨代谢模型，发现 wehTp85c 突变幼鱼表现出骨形成缺陷，同样得出斑马鱼模型可用于骨骼发育的基因研究。由于斑马鱼的基因序列组合在许多方面与人类相似，骨骼和矿化组织也不例外，故在与人类疾病同源的骨矿化障碍中，斑马鱼模型可以对遗传性骨骼疾病调查的小鼠和组织培养系统形成补充。

此外，该幼鱼的光学透明度允许体内成骨细胞和破骨细胞的可视化，能够测试化合物对破骨细胞的影响。斑马鱼由于遗传资源发育良好，对脊柱曲率具有天然易感性，已成为研究特发性脊柱侧凸（IS）的强大系统，被运用于 IS 的遗传和生物学模型的效用研究中，有望进一步投入预防严重的脊柱侧凸疾病的基础研究中。目前，斑马鱼模型在骨发育方面的研究应用优势逐渐显现。

骨质疏松方面研究

斑马鱼的骨骼具有与人类骨骼相似的性质，这表明它们可以用作研究人类哈弗斯（Haversian）系统的矿化特征以及人类骨骼疾病的模型，并具有研究脊椎动物骨骼正常和病理发育以及矿化的潜在机制的适用性和优势，尤其在糖皮质激素诱导的骨质疏松模型研究方面发展迅速。

对于糖皮质激素性骨质疏松症（GIOP）的发病机制主要有影响钙稳定，抑制骨形成，影响性激素等，其中 Rankl/OPG 通道在发病机制中影响较大。To 等研究发现，在激素诱导的骨质疏松模型中由 Rankl 的过度表达诱导的骨质疏松症，并通过体内成像方法证实了 Rankl 在硬骨鱼中的破骨细胞发生中的保守作用。通过运用地塞米松使斑马鱼头骨骼矿化量和骨密度显著降低，成功诱导斑马鱼产生骨质疏松，建立起糖皮质激素诱导骨质疏松模型，解决了 GIOP 的传统动物造模既缓慢又昂贵的问题。黄觅等将淫羊藿苷单体混合物对泼尼松龙诱导的 GIOP 斑马鱼模型进行干预，采用茜素红染色对斑马鱼幼鱼头骨发育积分评价发现，淫羊藿苷能有效促进斑马鱼颅骨矿化和防止泼尼松龙诱导的骨质疏松症，类似的研究同样表明中药丹参酮能影响成骨细胞特异性基因和活性氧（ROS）的表达，从而起到抗 GIOP 的作用。

总而言之，斑马鱼模型具有评价周期短、成本低、药物筛选活性高等特点，在中药药物活性筛选、中药抗 GIOP 疗效评估等方面具有传统动物模型不可替代的优势。

骨肿瘤方面研究

基于斑马鱼与人类癌症之间高度的遗传相似性，提出了斑马鱼作为允许调查多种候选基因缺陷的快速模型系统，并可作为骨相关癌症研究的综合模式，被运用于骨肉瘤、骨髓瘤、脊索瘤等方面，鉴于研究肿瘤方式的多样化，斑马鱼胚胎还可运用于新药物递送器和免疫系统调节剂的组合来筛选药物方案。

Mohseny等通过用斑马鱼胚胎在体内外建立多个骨肉瘤模型，证实该生物具有研究的实用性和新颖性。Roccaro 等通过观察斑马鱼衍生的 CD41-HSCs归巢到与 MM 细胞相同的区域，表明斑马鱼可用于研究造血细胞的人类骨髓瘤细胞的归巢模型。而Burger 等通过建立脊索瘤的斑马鱼模型发现，mTORC1 抑制剂雷帕霉素可延迟斑马鱼模型中的肿瘤发生并提高存活率，从而推测 RASV12 驱动的斑马鱼模型可以使潜在的治疗剂高通量筛选并有助于治疗该病。综上可见，斑马鱼模型在骨肿瘤方面的优势已逐渐显现，值得临床进一步深入研究。

骨关节炎（osteoarthritis,OA）方面研究

斑马鱼在 OA 模型方面研究在国内尚属新兴领域，国外已有报道。由于 OA 软骨发生的某些变化概括了软骨内骨化的发展过程，而斑马鱼是经过遗传研究和发育生物学验证的模型，越来越多的证据表明 OA 具有很强的遗传成分，该模型在 OA 中的运用或将有助于阐明该病的发病机制。

Mitchell 等发现斑马鱼幼鱼中六种 OA 易感基因的表达模式，并在不同的成熟阶段产生了两条标记软骨细胞的新转基因品系，继而明确了该模型在 OA 中发挥作用的基因效用，进一步证实该模型的基因高通量筛优势。相似的研究通过分析 OA 斑马鱼模型之间的年龄，并评估其胸鳍关节以发现 OA 的迹象，通过番红染色，发现较老的斑马鱼始终显现 OA 的常见症状（包括骨骼软骨、软骨钙化、软骨细胞增殖、蛋白聚糖染色增加等），得出类似于曼金评分的得分方法评估斑马鱼 OA 的严重程度，证实该模型的胸鳍、肩鳍可用于肩胛关节 OA 的研究。此外，还发现该模型表达出几种 OA 新的生物标志物（Tgf-β1，Mmp13，Ddr2 和 Htra-1）。由此推测，该模型可作为研究 OA 的模型生物体，并将有助于该模型的技术推广，通过斑马鱼 OA 模型的建立和推广或将有助于治疗 OA 的药物研究或前瞻性的遗传筛选，为临床治疗该病提供指导。

以上研究皆表明，可以利用斑马鱼作为一种人类骨关节病理学研究的动物模型，并证实斑马鱼可作为研究人类病因复杂骨疾病的理想模型。

其他骨相关疾病方面研究 

斑马鱼还可运用于佩吉特氏骨病、骨再生、布鲁克综合征 （BS）、脊髓性肌萎缩（SMA）等骨相关疾病的研究。Silva 等通过斑马鱼模型研究 SQSTM1 基因在佩吉特氏骨病（PDB）和骨骼发育中的生物学起重要作用。

此外，以尾鳍为代表的成年斑马鱼部分组织在截肢或受伤后拥有再生的能力。尾鳍由基底部骨骼、放射状鳞质鳍条(骨组织) 、软组织和血管组成。放射状鳞质鳍条不含细胞，为膜内骨化，可实现完全再生，因此被用于研究成熟骨组织的修复和再生能力。且斑马鱼尾鳍透明度高，有利于活体染色和放射学观察，为研究带来了便利条件，目前已有多种转基因品系用于骨再生与修复。

结语

斑马鱼以其独特的结构与生理，为骨骼疾病的研究提供了一种全新的、高效而灵活的动物模型，经过数十年的不断研究，在分子、基因水平均得到了长足的进展，越来越成为人类骨骼疾病基因分析与临床治疗、药物开发研究方面的重要工具。在中医药研究中，结合传统中医理论，斑马鱼将成为一种快速、高通量筛选中药的一个重要模型，为全面开展药效学、毒理学及药物代谢学等全方面多角度的研究打下基础。

以上部分内容参考自《风湿病与关节炎》杂志发表的黄桂才、黄维琛、郭礼跃、梁江、卢云题为”斑马鱼在骨相关疾病中的研究进展”的论文。