前言

眼科的全称是“眼病专科”，是研究发生在视觉系统，包括眼球及与其相关联的组织有关疾病的学科。眼科一般研究玻璃体、视网膜疾病，眼视光学，青光眼和视神经病变，白内障等多种眼科疾病。

我国是全球眼病患者最多的国家，屈光不正和白内障成为最大眼病群体。中国近视患者人数已超6亿人，受疫情影响，2020年中小学生半年近视率持续上升，线上学习和娱乐习惯将导致近视率居高不下，2025年预计近近视患者将突破6.1亿人，2015-2019年，我国白内障患者从1.1亿人增加至1.3亿人，2025年预期增加至1.5亿人。预期到2025年，我国屈光加白内障患者人数将达7.69亿。

数据来源 | 观研天下整理

由于斑马鱼与人类的眼睛在形态、生理、功能和基因表达上具有高度相似性，且其胚胎容易获得、发育很快而且易于观察和操作等特点，使斑马鱼成为人类眼科疾病的良好的动物模型，并为进一步探究疾病发生机制和治疗方法提供新的见解。本文将从斑马鱼模型在眼科疾病及药物疗效、药物眼毒性评估中的应用对其进行介绍。

1. 斑马鱼模型在眼科疾病的应用

斑马鱼已广泛用于了解人类疾病相关基因的生物学活性和功能，此外，一些基于药物、光照或机械损伤等诱因建立的斑马鱼模型在眼科疾病中也得到了良好的应用。以下将对斑马鱼模型在角膜疾病、白内障、视网膜疾病和视神经损伤等眼科疾病中的应用进行阐述。

角膜疾病

角膜营养不良是一组具有遗传异质性的疾病。人类MAB21L基因突变会导致角膜营养不良，斑马鱼mab21l1基因突变表现为角膜变薄，并随着年龄的增长而发展，还表现为角膜细胞死亡增加，角膜转化为皮肤样上皮细胞。Zebrabow是一组能够对整个生物体或特定的组织进行多色标记的转基因斑马鱼，有研究者使用Zebrabow成功实现了角膜细胞的可视化和跟踪，这些发现对于深入了解这些细胞在角膜疾病如角膜缘干细胞缺乏症中的作用至关重要。此外，Ikkala等使用机械损伤的方法建立了一种可重复操作的斑马鱼角膜上皮擦伤模型，该模型中角膜上皮伤口可以快速愈合，具有强大的上皮再生能力，使其成为揭示角膜上皮再生具体机制的有用模型。

青光眼

青光眼疾病风险表型在斑马鱼中得到了很好的研究，低密度脂蛋白受体相关蛋白 2(low density lipoprotein receptor-related protein 2，lrp2) 基因突变的斑马鱼表现为成年发病的严重近视，眼球突出，眼压升高和进行性RGCs死亡。细胞色素P450家族1B1 (recombinant cytochrome P450 1B1，CYP1B1) 基因突变是原发性婴儿型青光眼常见原因，有研究通过斑马鱼模型揭示了cyp1b1基因是通过改变神经嵴迁移来影响眼前段的发育。

Axenfeld-Rieger综合征(axenfeld-rieger syndrome，ARS) 是一组眼前段发育不良，并可伴全身发育异常的疾病，而眼前节畸形常导致继发性青光眼，foxc1和 pitx2基因突变斑马鱼可表现出ARS眼相关表型。研究人员使用N-甲基D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)玻璃体腔注射或水浴建立了一种青光眼兴奋性毒性模型，表现为视网膜神经纤维层和RGCs层厚度增加，而RGCs数量减少。另有研究使用过氧化氢玻璃体腔注射建立了一种青光眼氧化应激模型，表现为RGCs层凋亡细胞增加。

白内障

白内障在老年人群中最为普遍，具有遗传易感性的儿童也会发生先天性白内障。斑马鱼晶状体蛋白基因突变体可表现为晶状体中可见散在圆形闪亮液滴或晶状体中央可见大小不规则的突起。转录调节因子包括热休克蛋白转录因子4(heat shock factor 4，HSF4)，同源盒基因3(pituitary homeobox 3，PITX3) 等基因突变可导致晶状体发育不良而引起晶状体混浊。晶状体膜蛋白包括水通道蛋白0(aquaporin 0，AQP0)，缝隙连接蛋白α8(gap junction protein alpha 8，GJA8)等基因突变，可引起膜蛋白结构异常，导致细胞间营养物质运输和通讯障碍，晶状体发生代谢紊乱而混浊。此外，在斑马鱼前房内注射过氧化氢，几乎可以立即形成高度不透明的白内障，且随着时间的推移，晶状体清晰度逐渐恢复。

视网膜疾病-糖尿病视网膜病变

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR) 是糖尿病常见的微血管并发症。斑马鱼中参与糖代谢的器官如胰腺、肝等在进化上具有保守性，使其成为糖代谢研究的理想动物模型。斑马鱼暴露于2%和0%葡萄糖交替条件下1个月后，血糖水平增加3倍，内丛状层和外丛状层厚度增加，视网膜电图受损。缺氧用于模拟增殖性DR，斑马鱼在相对空气饱和度为10%的水中保持10d，可导致视网膜新生血管和血管通透性改变。链脲霉素(streptozotocin，STZ)可通过破坏胰岛β细胞而导致高血糖。斑马鱼腹腔内注射STZ，可引起血糖升高，表现出类似于人类DR的视网膜退化。乙二醛酶1(glyoxalase 1，GLO1) 缺失会导致甲基乙二醛水平升高和糖尿病表型，glo1^-/-斑马鱼表现为空腹血糖水平升高，视网膜血管芽增加。

视网膜疾病-年龄相关性黄斑变性

年龄相关性黄斑变性 (age-related macular degeneration，AMD) 分为干性和湿性。Saito等将斑马鱼暴露在高强度白光下，建立了一种干性AMD模型，表现为视网膜外核层厚度和细胞核数量减少，凋亡细胞增加，而抗氧化剂可有效逆转这些变化。

Cao等将斑马鱼暴露于不同浓度空气饱和水并分析血管生成反应，建立了一种血管生成与缺氧呈剂量依赖性关系的湿性AMD模型，且抗血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)药物可阻断新生血管的生成。希佩尔-林道( von hippel-lindau，vhl) 基因突变的斑马鱼在大脑、眼睛和躯干中形成严重的新生血管，出现视网膜新生血管、血管渗漏、黄斑水肿和视网膜脱离，而抗VEGF药阻断了眼部的血管生成，提示vhl^-/-斑马鱼是湿性AMD的一个很好的模型。

先天性色觉障碍

先天性色觉障碍也称为色盲，是由视锥细胞特异性光转导机制或离子通道的异常改变引起，并阻止视锥细胞将信息传递给下游神经元。生物钟基因2(period2，PER2) 是一种光调节基因，per2 基因突变的斑马鱼表现为视网膜带状突触结构异常，视锥细胞视蛋白表达降低，视功能下降。

视神经损伤

视神经损伤(optic nerve injury，ONI)也称为外伤性视神经病变。与哺乳动物不同，斑马鱼中枢神经系统具有很强的神经再生能力，可在ONI后完全恢复视觉功能，RGCs 及其轴突再生是主要原因。Diekmann 等构建了生长相关蛋白(growth associated protein-43，GAP-43) 启动子调控绿色荧光蛋白(green fluorescent protein，GFP)表达的转基因斑马鱼，该模型可在ONI后，显著诱导GFP高表达于RGCs及其轴突，使轴突再生的可视化成为可能，并且该模型与基因敲除或药物处理相结合，可以分析轴突再生过程中的信号级联反应和特定蛋白的作用。

还有研究者使用GFP-微管相关蛋白1轻链3 (microtubule-associated protein 1 light 3，LC3)转基因斑马鱼，观察ONI后不同时间点的RGCs及其轴突的自噬反应，并且证明了自噬参与RGCs及其轴突再生的过程，而自噬抑制剂可以促进轴突再生，这些证据表明自噬反应可作为中枢神经系统再生的潜在治疗靶点。因此，进一步明确斑马鱼视神经再生机制，有望为人类视神经损伤等疾病治疗提供新的见解。

此外，斑马鱼还广泛应用到其他眼部疾病的研究中，如眼皮肤白化病2型(oculocutaneous albinism 2，OCA2)、早产儿视网膜病变( retinopathy of prematurity，ROP)、视网膜色素变性( retinitis pigmentosa，RP)等。

2. 斑马鱼模型在药物疗效和眼毒性评估中的应用

斑马鱼模型在眼科药物疗效评估中的应用

斑马鱼动物模型为筛选治疗眼部疾病的药物提供了可能。由于斑马鱼的眼睛与人类的眼睛的相似性，并且斑马鱼还表现出强大的视觉行为，使其成为视网膜变性疾病如AMD、RP等疾病的药物筛选的合适的动物模型。缺氧诱导的斑马鱼视网膜新生血管模型被用于测试抗VEGF药物的作用，该药逆转了视网膜新生血管。此外，抗VEGF 药物阻断了vhl^-/- 斑马鱼眼部的新生血管生成。高强度白光诱导的斑马鱼干性AMD模型中，抗氧化剂可以有效逆转视网膜的退行性改变，且与药物浓度呈剂量依赖性。这些研究表明斑马鱼可以作为新药疗效评估的有效工具。

斑马鱼动物模型在药物眼毒性评估中的应用

斑马鱼可作为一种临床前阶段预测药物眼毒性的动物模型。在一项研究中，3dpf 的斑马鱼暴露于6种已知具有眼毒性的药物2d后，其中5种药物导致斑马鱼视觉功能受损，从而证实了这些药物对人眼的潜在毒性。由于许多药物表现出较差的水溶性，需要有机溶剂来溶解以保证适当的生物利用率，斑马鱼胚胎可作为评估有机溶剂眼毒性的良好动物模型。此外，斑马鱼还可作为小分子的筛选工具，有研究使用斑马鱼胚胎成功从大约2000种小分子中筛选出4种在特定浓度下会影响视网膜血管形态的小分子。这些研究表明斑马鱼成功地反映了药物眼毒性的特征，并可作为预测新药眼毒性的工具。

结语

视力障碍是世界范围内的主要健康问题，疾病相关发病机制的理解对于开发新的治疗方法至关重要。许多人类视觉障碍相关的表型已在斑马鱼中重现得到验证，斑马鱼动物模型有助于了解人类疾病的发病机制，为更好的诊断、治疗开辟途径。此外，斑马鱼还被广泛用于眼科药物疗效和药物眼毒性的评估中，成为筛选新药越来越有吸引力的模型。尽管目前构建的相关斑马鱼模型可能还存在一些不足之处，但其仍然是广泛用于人类眼部疾病和药物评估的良好动物模型。未来，随着基因治疗技术的发展，以及进一步明确斑马鱼视网膜和视神经再生的关键参与者，有望为人类眼部疾病治疗提供更多新的见解。

以上内容参考自《中国实验动物学报》发表的胡海坚，张旭题为“斑马鱼动物模型在眼科中的应用研究进展”的论文。