前言

心血管疾病（CVD）是一类涉及心脏或血管的疾病。CVD包括冠心病（CAD）、心力衰竭、高血压心脏病、风湿性心脏病、心肌病、异常心律、先天性心脏病、瓣膜性心脏病、心脏炎、主动脉瘤、外周动脉疾病、血栓栓塞性疾病和静脉血栓形成等。世界卫生组织2004年全球疾病负担报告指出，心血管疾病是全球头号杀手，2004年全球有17000万人死于心血管疾病，到2030年之前，死亡人数预计超过两千三百万。

心血管疾病一直是基础和临床研究的热点和重点，斑马鱼作为一种重要的模式生物，在该研究领域也发挥着重大的作用。接下来从斑马鱼在心血管疾病研究中的优势以及应用两方面对其进行介绍。

斑马鱼在心血管方向研究优势

1.大模式生物哺乳动物和鸟类实验动物实验周期长、成本高、难于大规模实验和不适于活体观察，斑马鱼具有体外受精、体外发育、体积小、产卵量高、发育迅速、胚胎及幼体透明、易于进行胚胎和遗传学操作的特点。斑马鱼胚胎及幼体透明利于活体观察，可观察到像心跳、原肠期的细胞运动、血管的形成及血管的病变等事件。

2.斑马鱼胚胎和日龄较小的幼鱼可通过皮肤弥散供氧，即使在外界供氧终断的情况下胚胎仍能存活较长一段时间，这种优势在研究致死性心血管畸形及侧枝动脉生成等方面是小鼠所不具备的。

3.斑马鱼容易进行转基因和基因敲除等操作。血管内皮表达绿色荧光蛋白( Fli1：EGFP) 、巨噬细胞表达绿色荧光蛋白( Lyz：EGFP) 和红细胞表达红色荧光蛋白( Gata1：dsＲed) 在心血管研究中常用于转基因斑马鱼。

4.斑马鱼中枢神经系统、视觉系统以及血液在分子水平上与人类的相似度达 85%，尤其是心血管系统，早期的发育过程与人类极度相似。

斑马鱼发育过程

斑马鱼模型在心血管疾病研究领域的应用 

药物筛选模型

近几十年来学者们成功构建了多种心血管疾病的斑马鱼研究模型，尤其是在心血管及其相关疾病的药物筛选和毒性评价领域的研究极其活跃。心血管疾病是遗传和环境相互作用的结果，涉及到多种细胞和因子，斑马鱼是筛选新的心血管药物的重要模式动物。斑马鱼作为药物筛选模型，具有高通量、样品用量少、操作相对简单和可以在体观察等特点。斑马鱼作为高通量药物筛选动物模型，促进了高通量药物筛选技术的发展，避免了目标药物选择的不足，具有系统性和快速筛选药的优点。

促进或抑制血管生成药物筛选模型 

血管生成不足表现为无法满足机体组织生长或修复需要，引起心血管疾病，如闭塞性动脉硬化、血栓性血管病、心肌梗死、冠心病等。研发促进血管再生的药物有利于治疗相关疾病。田丽莉等采用斑马鱼模式生物证实了莪术醇具有提高仔鱼体血管内皮生长因子 A 和血管内皮生长因子受体 R2( VEGFR2) 基因的表达量，促进血管生成的活性。控制血管生成可以抑制肿瘤的生长和迁移，而抑制血管生成药物的发现将有利于肿瘤性疾病的治疗。陈锡强等研究发现，熊果酸对斑马鱼生理性及移植瘤引起的血管生成有明显抑制作用，这种抑制血管生成的作用与阻滞 VEGFＲ2相关。Bayliss 等利用成年斑马鱼证实使用小分子抑制剂可通过调控受体信号精确控制血管再生。

降血脂药物筛选模型

高脂血症是一种脂代谢紊乱疾病，可表现为血浆总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇( LDL-C)升高、高密度脂蛋白胆固醇降低。血脂异常与心脑血管疾病风险增加有关。给斑马鱼高胆固醇饮食建立高脂、动脉粥样硬化模型是近年来医学和生物学界研究的热点。韩冰建立了斑马鱼高脂模型，并进行了药物筛选，证实小檗胺具有降血脂作用。Stoletov等给转基因 Fli1-EGFP 斑马鱼幼鱼喂食荧光标记的高胆固醇食物，建立动脉粥样硬化模型，发现Ezetimibe 能够明显改善血管壁脂质沉积。

抗炎症药物筛选模型 

炎症学说认为动脉粥样硬化斑块形成至少有两个途径。其中一种是由机械性、LDL-C、免疫性、毒素等原因引起的内皮损伤，继而内皮细胞分泌生长因子并吸引单核细胞黏附于内皮下。迁移入内皮下间隙后，单核细胞摄取脂质形成脂纹并释放血小板源性生长因子样生长因子。有学者认为，斑马鱼是在基因组上研究人类炎症免疫性疾病相关的病理生理学及在活体内进行高通量药物筛选的良好模式生物。斑马鱼抗炎药物筛选模型的建立促进了心血管疾病治疗学的发展。目前已成功构建了中性粒细胞和巨噬细胞 EGFP或 ＲFP 标记的转基因斑马鱼炎症模型。但成丽等基于转基因斑马鱼炎症模型对人参提取物抗炎活性进行了研究，发现人参提取物石油醚和乙酸乙酯对转基因斑马鱼炎症模型中巨噬细胞向损伤尾部聚集有显著的抑制作用，具有明显的抗炎活性。

毒性评估

斑马鱼作为模式生物的优势，还体现为斑马鱼在毒性评估方面应用广泛。毒性评估可分为药性毒性评估和环境污染物毒性评估。

药性毒性评估

药物的心血管毒性占其全部毒性反应的26%。基于斑马鱼与人类基因高度同源性，斑马鱼是一个很好的验药系统，其心脏已被广泛应用于评估化合物的毒性。Orfanidou 等研究了抗癌药物阿霉素的心血管毒性，观察到如果评价涉及心脏收缩力和心脏收缩频率两个指标，阿霉素具有严重的心脏毒性副作用，而若只考虑心脏收缩频率，心脏毒性则与药物浓度有关。

环境污染物毒性评估 

双酚类物质是环境中广泛分布的环境内分泌干扰物，双酚 A( BPA) 是其中的一种。研究表明斑马鱼胆汁对 BPA 具有较强的蓄积能力。BPA 对早期发育斑马鱼具有生殖和神经内分泌毒性及非特异性免疫毒性。BPA 可导致脂代谢紊乱、葡萄糖耐受不良及胰岛素抵抗。环境污染物苯甲酸苄酯是酞酸酯类一员，Sun 等研究发现，苯甲酸苄酯会导致斑马鱼心脏缺陷、血压升高、胚胎心率降低，并且与心脏发育相关的 Nkx2.5 和 T-box 转录因子下调。Liu等研究发现，杀菌剂三唑酮可导致斑马鱼形态畸形、心包水肿、心动过缓、心脏输出量显著减少，通过QPCR 进一步确定这种毒性会导致钙信号通路相关基因下降。除草剂乙草胺可致使斑马鱼循环缺陷和血栓形成，NKX2.5 和 GATA4 表达下调。Duan 等还通过斑马鱼胚胎证实了二氧化硅纳米粒子通过VEGFR2 介导的 MAPK 信号通路抑制巨噬细胞活性和血管生成。

疾病模型构建

心肌病

心肌病是指由心肌异常导致心脏功能障碍的一类疾病。常见心肌病主要有扩张性心肌病（DCM）和肥厚型心肌病（HCM）两类。HCM 一般被认为与遗传密切相关，患者一级亲属的患病率远远超过普通人；相比之下，DCM 只有约 30% 与遗传相关。虽然斑马鱼的心脏和人类的心脏有不同的结构，但仍能够把斑马鱼作为研究人类心血管疾病的模型。Schonberger 等发现在 DCM 家族中，转录激活辅助因子 EYA4 发生了突变。随后他们又利用 MO 技术敲低了 EYA4 的表达，发现此时的斑马鱼心脏确实出现功能下降的趋势，与他们之前的研究相符。Xu 等研究发现，类似于 titin 的基因突变同样可导致斑马鱼心肌病的发生。斑马鱼心脏 mlc2 和 titin 两基因突变所产生的表型类似。Troponin T 的突变会导致心室收缩异常。有研究表明，Troponin T 突变是导致人类 HCM 发生的主要原因之一。

炎症反应

炎症反应在哺乳动物或斑马鱼的心血管疾病中起着重要的作用。斑马鱼在其生命周期当中可能和人类接触着不同的病原体，但其免疫系统与人类相似。斑马鱼在 2dpf（受精后天数）开始出现先天性免疫，体外可观察到巨噬细胞和中性粒细胞的迁移，4~6 周后适应性免疫系统逐渐发育成熟。斑马鱼巨噬细胞和噬中性粒细胞对机体损伤的响应方式与人类基本相同，例如，在斑马鱼尾鳍受损以后，尾鳍部位的噬中性粒细胞的数量会急剧上升并在损伤后 6 小时达到顶峰，48 小时时恢复正常。这和哺乳动物肺噬中性粒细胞对炎症的反应有着相同的过程。斑马鱼较小鼠类炎症模型的最大优势在于可在体外直接观察炎症细胞的存在。Renshaw 等采用报道基因技术标记斑马鱼的噬中性粒细胞。在将这种转基因鱼的尾鳍损伤后，他们清晰地观察到带绿色荧光的噬中性粒细胞向损伤部位迁移、聚集和消散，这与人类免疫系统对损伤的反应相一致。

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）

AS是一种人类常见病和多发病。由于血浆中高密度脂蛋白水平远远高于低密度和极低密度脂蛋白水平，因此斑马鱼一般不会自发形成 AS。在用含高脂食物持续喂养的情况下，斑马鱼血浆中低密度和极低密度脂蛋白的水平显著提高，同时伴有脂蛋白的氧化和血管内皮细胞结构以及功能的紊乱现象，这与人类 AS 早期的病理变化相同，从而提示斑马鱼可作为人类 AS 研究的动物模型。斑马鱼幼体透明的躯体允许研究者在体外实时地观察 AS 的形成和发展。做法是在斑马鱼的高脂饲料当中添加荧光胆固醇脂类物质，喂食后再在共聚焦显微镜下观察斑马鱼活体血管内粥样硬化的整个发展过程。最近的研究表明，临床上常用的两类降脂药物依折麦布（ezetimibe）和辛伐他汀（simvastatin），可以减少高脂饮食的斑马鱼血液中的胆固醇含量及血管壁的脂质沉积，说明斑马鱼与人类存在着相似的脂质代谢过程，斑马鱼将来也可以作为筛选调脂类药物的动物模型。

结语

斑马鱼模式生物近年来在心血管疾病研究领域得到了更多的应用，促进了心血管相关疾病发病机制的研究、药物筛选以及环境污染物对心血管系统毒性的评价等研究。随着研究的深入，斑马鱼在生命科学研究领域将会发挥越来越重要的作用已无可质疑。其作为生物医学研究模型的这一扇新的窗户已经被打开，而下一步更要求我们再接再厉，相信在不久的将来，以斑马鱼作为动物疾病模型在研究人类疾病的发生机制、药物筛选以及基因治疗等方面将获得更大的突破。

以上部分内容参考自《现代医学》杂志发表的武琳、杨明、陈忠题为”斑马鱼模型在心血管疾病研究领域的应用及进展”的论文。