斑马鱼在生态毒理学研究及环境监测中的应用

斑马鱼作为一种新型的模式动物,由于其易于饲养、体外受精、产卵量大、胚胎透明及体外发育等优点,已经广泛应用于生物研究的多个领域。近年来,斑马鱼及其胚胎也已经广泛应用于生态毒理学研究及环境监测领域;并且随着转基因斑马鱼技术的建立,斑马鱼及其胚胎将更好地应用于生态毒理学研究和环境监测。     

外源性视黄酸对斑马鱼心血管系统发育的影响

目的观察不同浓度外源性视黄酸对斑马鱼早期胚胎和心血管系统发育的影响,为进一步研究视黄酸影响斑马鱼心脏前后轴(A-P轴)发育的分子机制提供形态学依据。方法选择斑马鱼胚胎孵育的3,6,9·5,12h四个时间点,用不同浓度视黄酸(1×10-6,1×10-7,4×10-8,1×10-8mol/L)处理斑马鱼胚胎,在解剖显微镜下实时观察斑马鱼胚胎心脏发育的全过程和视黄酸对斑马鱼心脏发育的影响。并采用胚胎整体原位杂交技术观察flk-1mRNA在斑马鱼胚胎的表达。结果1×10-6mol/L视黄酸可导致斑马鱼胚胎表现出多系统的严重畸形,胚胎很快死亡。在胚胎孵育的9·5、12h给与10-7~10-8mol/L浓度的视黄酸,胚胎只表现出心血管系统的畸形,其他系统无明显异常。胚胎整体原位杂交显示视黄酸对flk-1mRNA在斑马鱼胚胎血管的表达没有影响。结论视黄酸影响斑马鱼胚胎心脏发育有剂量依赖性和严格的时间窗,视黄酸影响心脏前后轴发育的关键时间是原肠胚晚期。视黄酸处理组胚胎的循环缺陷主要为心脏发育异常所致。10-7~10-8mol/L浓度视黄酸在9·5、12h处理斑马鱼胚胎可以作为研究心脏发育调控机制的动物模型。     

斑马鱼在抗肿瘤血管生成研究中的应用

近年来,斑马鱼作为一种新的模式生物,在胚胎的分子发育机制、疾病模型的构建以及药物筛选等研究中受到了广泛重视。随着先进的基因诱导技术和共聚焦显微观察技术的发展,斑马鱼已经在抗肿瘤血管生成药物研究中得到广泛应用。就斑马鱼在抗肿瘤血管生成药物筛选及其在肿瘤血管生成机制方面研究的应用作一综述。     

C型利钠肽基因调控斑马鱼胚胎血管发育

本研究旨在探索C型利钠肽前体蛋白基因(natriuretic peptide precursor C,nppc)在斑马鱼胚胎期的表达及其在血管发育过程中的功能。利用胚胎整体原位杂交技术检测nppc基因在斑马鱼胚胎期的表达。同时使用转基因斑马鱼系Tg(flk1:GFP)和Tg(fli1a:n GFP),显微注射nppc特异性吗啉基反义寡核苷酸(morpholino)和nppc m RNA调控nppc基因表达,利用激光共聚焦显微镜观察分析斑马鱼节间血管(intersegment vessel,ISV)表型,并统计内皮细胞数目。结果显示,在受精后24 h和48 h,nppc基因在斑马鱼脑、心脏、血管系统中都有表达。下调nppc基因表达导致ISV发育缺陷,ISV内皮细胞数目减少。以上结果表明下调nppc基因表达可能通过抑制内皮细胞增殖和内皮细胞迁移调控斑马鱼胚胎血管发育。     

异甘草素对斑马鱼胚胎发育、血管生成和心脏的影响

目的研究异甘草素对斑马鱼Danio rerio var.胚胎发育、血管生成以及心脏的影响。方法异甘草素处理受精后10 h、24 h的正常斑马鱼胚胎,显微镜下观察并记录药物作用12 h、24 h、36 h、48 h后斑马鱼胚胎发育、血管生成、心率以及心脏形态。结果异甘草素浓度为4μg·mL~(-1)时可轻度抑制斑马鱼胚胎尾部发育,浓度为12μg·mL~(-1)及以上时会严重抑制胚胎发育。异甘草素具有抑制斑马鱼胚胎血管生成作用,浓度为2μg·mL~(-1)时即可抑制血管的生成,8μg·mL~(-1)时甚至完全抑制尾部静脉血管的生成。异甘草素可显著降低斑马鱼胚胎心率,中低剂量下,心率随着作用时间增加呈先降后升的趋势,对心脏形态无影响;高剂量下,心率随作用时间增加而降低,异甘草素致斑马鱼胚胎心包与卵黄囊肿大。结论中低剂量异甘草素具有良好的抗血管生成和减慢心率的作用,高剂量时随着作用时间延长具有一定的抑制发育作用。     

Connexin43基因抑制对斑马鱼心血管系统发育的影响

为了研究cx43基因抑制对斑马鱼胚胎心血管系统发育的影响,针对cx43的翻译起始位点设计两个吗啉修饰的反义寡核苷酸抑制其表达,在斑弓鱼受精卵一到两细胞期混合注射并且验证其有效性.注射后用原位杂交和原位免疫荧光检测心脏标志基因的表达以及心脏的表型,同时利用显微荧光造影和原位杂交检测血管的发育情况.用心室心房的标志基因vmhc和amhc反义RNA探针进行的原位杂交结果显示,vmhc表达抑制,而amhc表达上调.原位免疫荧光显示与原位杂交一致的结果表明:心房扩张心室缩小,并且心脏环化不全.用血管标志基凶flk-1的RNA探针原位杂交和显微荧光造影表明,cx43基因抑制的斑马鱼胚胎血管无明显缺陷.此外,cx43基因抑制的斑马鱼胚胎心脏功能也有明显改变,包括心脏搏动无力,有血液回流现象.抑制cx43的表达可能通过影响两个细胞群的迁移导致斑马鱼胚胎心脏的发育缺陷,从而影响了心脏的功能,但是未发现胚胎血管系统发育的明显缺陷.     

斑马鱼及其胚胎在毒理学研究中的应用

斑马鱼作为一种新的毒理模式动物,具有其它模式动物无法比拟的优势。就急性毒理表型分析、转录组水平分析、蛋白质组学分析这3种评价化合物对斑马鱼胚胎影响的最常用方法,对斑马鱼及其胚胎在毒理学研究中的应用作一综述。通过这些方法,探究外源毒性物质的毒理学机制、筛选可用于早期预警的生物效应分子,为其合理使用提供科学依据和技术支持。     

温度对斑马鱼胚胎发育的影响

目的探讨温度对斑马鱼胚胎发育速度及器官分化的影响。方法将带绿色荧光的转基因斑马鱼胚胎分配至3个培养皿中,各放160个胚胎,分别放置于28.5℃(标准发育温度)、31℃(高温)和25℃(低温)3个不同温度中进行孵育,孵育至3 h、6 h、10 h、24 h和48 h时进行观察拍照,并在36 h、48 h和72 h时用荧光显微镜观察胚胎的心脏和血管,比较不同温度对胚胎发育进程及各器官发育的影响。结果 3种温度下,胚胎存活率分别为92.5%、89.4%和91.25%,没有显著性差异。相同发育时间内,与标准温度中发育的胚胎相比,31℃中的胚胎发育较快,而25℃的胚胎发育所处的时期较早。发育到相同分期,31℃所需时间比标准温度短,而25℃所需时间长。3个不同温度下,胚胎心脏和血管的发育均不受影响。结论高温促进胚胎发育,低温延迟发育,但高温或低温均不影响胚胎器官正常发育。结合实际科研需要,可通过调控温度来调节斑马鱼胚胎的发育进程。     

伊马替尼在斑马鱼血管和神经发育过程中的作用研究

目的利用斑马鱼胚胎透明便于活体成像的优势,研究伊马替尼在斑马鱼血管和神经发育过程中的作用。方法首先利用野生型斑马鱼胚胎检测伊马替尼对血管和神经早期发育阶段斑马鱼胚胎的安全浓度范围。在此浓度范围内对标记血管系统的转基因斑马鱼胚胎进行伊马替尼处理,并对血管和神经细胞共标的斑马鱼进行伊马替尼处理研究其对血管新生抑制的同时对神经元的影响。初步探讨伊马替尼抑制血管新生的分子机制。结果伊马替尼浓度低于100μg/m L对斑马鱼胚胎发育无致死作用。在此浓度范围,伊马替尼显著抑制斑马鱼节间血管(intersegmental vessel,ISV)的发育,包括ISV的腔化过程及内皮细胞的增殖。此外,伊马替尼对斑马鱼运动神经元及神经元前体细胞的发育过程无显著影响。并且,基因表达分析显示伊马替尼能够显著抑制vegfr2和pdgfrαmRNA表达。结论伊马替尼通过调控VEGF和PDGFR信号途径抑制斑马鱼血管新生。     

视黄酸缺乏对斑马鱼心脏房室分化的影响

目的 通过化学遗传学方法建立视黄酸缺乏的斑马鱼模型,探讨视黄酸缺乏对斑马鱼胚胎心脏前后轴发育即房室分化的影响.方法 在斑马鱼胚胎孵育的5 hpf,用不同浓度梯度的视黄醛脱氢酶2抑制剂DEAB(1×10-6、5×10-6、10×10-6、25×10-6 mol/L)处理斑马鱼胚胎,实时观察斑马鱼胚胎发育的全过程.通过给予斑马鱼胚胎外源性视黄酸,观察其对DEAB的拮抗作用.应用胚胎整体原位杂交观察视黄酸缺乏对心脏特异基因vmhc和amhc表达的影响.结果 斑马鱼胚胎的生存率随着DEAB处理浓度的增加而降低,当DEAB浓度≥5×10-6 mol/L时,斑马鱼的畸胎率达100%.5×10-6 mol/L DEAB的致畸作用能够被1×10-9mol/L外源性视黄酸所拮抗.整体原位杂交结果显示视黄酸缺乏会导致斑马鱼胚胎心脏房室分化异常,表现为vmhc表达细胞的范围增大,amhc表达细胞的范围缩小.结论 通过外源性DEAB处理能有效地建立视黄酸缺乏的斑马鱼模型,DEAB影响胚胎发育存在剂量依赖性.视黄酸在斑马鱼心脏前后轴发育过程中起重要调控作用,心脏发育早期视黄酸缺乏会抑制心房的发育而支持心室的发育,出现房室分化异常.     

合子基因mcm3在斑马鱼肝早期发育中的作用

目的研究斑马鱼合子基因mcm3是否参与了斑马鱼肝早期发育的调控。方法运用原位杂交分析mcm3在斑马鱼发育早期表达谱;运用mcm3 MO敲降mcm3基因功能,然后用原位杂交及转基因鱼胚胎分析肝的发育状况。结果 mcm3为合子表达基因,在中囊胚期后到尾牙期广泛表达,而在体节发生期及以后分别在体节、头部及内胚层组织高表达。进一步研究发现在mcm3功能敲降后肝变小,而中胚层器官血管心脏的发育并未受到明显影响。mcm3 mRNA回救实验表明mcm3特异的调控了肝的发育。结论斑马鱼合子基因mcm3参与了肝早期发育的调控。     

铅和邻苯二甲酸二丁酯联合暴露对斑马鱼胚胎的影响

为了研究铅(Pb)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)单独及联合暴露对斑马鱼胚胎神经发育和细胞凋亡相关基因表达的影响,考察两者对斑马鱼胚胎神经系统的毒性作用。将720个斑马鱼胚胎按3×3析因设计随机分为9组,以Pb(0、0.01 mg/L和1 mg/L)和DBP(0、0.005 mg/L和0.5 mg/L)单独及联合对斑马鱼胚胎暴露120 h。观察、记录胚胎的孵化、死亡情况,采用荧光定量PCR测定斑马鱼胚胎神经发育相关基因(NR1A、NR2A、NR2D)和神经细胞凋亡相关基因(bcl-2、c-fos)的表达变化情况。与空白对照组相比,各暴露组均可致斑马鱼胚胎孵化率降低、死亡率增高(P0.05);联合暴露组NR1A、NR2A、NR2D、c-fos基因表达水平显著升高,bcl-2基因表达水平显著下降(P0.05)。Pb和DBP均可影响斑马鱼胚胎的发育,且具有一定的神经毒性,而二者联合暴露毒性复杂,对斑马鱼胚胎孵化率和死亡率的影响有交互作用,对神经发育和细胞凋亡相关基因无交互作用,其机制有待进一步研究。     

低氧对斑马鱼胚胎心脏和血管发育及相关基因表达的影响

研究以斑马鱼(Danio rerio)为研究模型,选择心脏和血管荧光标记的2个品系斑马鱼为实验材料,设定低氧和常氧2种水体溶氧条件,用荧光显微镜检测低氧胁迫对胚胎形态结构、心脏和血管外部形态、心率、胚胎躯干部主要血管形成的影响.研究发现低氧导致胚胎存活率低于常氧.低氧不仅滞后胚胎发育,而且造成胚胎形态异常.低氧胁迫后斑...     

斑马鱼模型在化妆品功效评价研究中的应用进展

斑马鱼具有个体小、易饲养、胚胎透明、易观察等优势,是一种广泛应用于医学和毒理学研究的模式生物。因其具有可高通量筛选、测试周期短、实验结果可信度高等优势,近年,斑马鱼逐步用于化妆品功效评价,且成为化妆品行业认可的评价方式,也是学者们研究的热点。目前,化妆品功效种类繁多,而斑马鱼模型评价标准正逐步完善,本文阐述了斑马鱼模型在化妆品美白、抗炎、抗氧化等功效评价中的应用进展。     

模式生物斑马鱼在植物多糖生物活性评价中的应用进展

斑马鱼作为一种新型的模式动物,因其个体小、发育周期短和透明易观察等优点,已在发育生物学、遗传学、基础医学、药理学、毒理学、药物研发以及生态环境评价等诸多领域得到了广泛应用,并且随着功能性食品、营养品和天然化妆产品的需求不断增加。斑马鱼已经是一种实用工具,可有效鉴别天然产品中的有效物质。近年来,作为国际公认的新型脊椎类模型动物,斑马鱼已用于多种植物多糖及产品的抗氧化、免疫调节及心脏保护等生物活性评价。本文将介绍近年来斑马鱼作为模式动物在多糖,特别是植物多糖生物活性研究的进展。     

水平回转培养对斑马鱼血管发育的影响

随着空间生命科学的发展, 微重力对生命体的影响已成为科学家们日益关注的问题。多数研究表明, 微重力对生物体胚胎早期发育有着重要影响, 而血管系统作为胚胎最早行使功能的系统备受关注。目前关于微重力对血管发育影响的研究大多来自对离体培养细胞的体外回转模拟实验, 在体实验相对较少。文章利用斑马鱼作为模式动物, 在体探究水平回转培养环境下斑马鱼胚胎早期发育及水平回转培养对其血管系统发育的影响。在斑马鱼受精后24 h(24 hpf)时进行水平回转培养处理, 至36 hpf时收集胚胎, 通过体视显微镜观察斑马鱼表型变化, 通过半定量RT-PCR、qPCR及全胚原位杂交等手段对比水平回转培养环境下与对照组血管相关因子的表达情况, 并通过BrdU掺入及TUNEL法进行斑马鱼全胚细胞凋亡及增殖检测。结果表明, 在90 r/min水平回转培养环境下, 斑马鱼死亡数量没有差异, 24 hpf时破壳数量显著降低(10.3±0.41 vs. 0.0, P<0.05), 心率显著加快(223.5±2.32 vs. 185.0±3.23, P<0.05), 黑色素明显增加, 动静脉发育紊乱, 且在120 r/min转速下, 胚胎血管特异性表达因子flk1、flt4及 ephrinB2的表达均显著降低, 斑马鱼细胞凋亡明显增加, 而细胞增殖无显著差异, 提示水平回转培养对斑马鱼胚胎发育特别是早期血管发育具有重要影响。     

心脏特异表达绿色荧光斑马鱼模型的建立与评估

本课题组前期研究中, 利用斑马鱼cmlc2 (Cardiac myosin light chain 2)基因启动子构建了一个用于斑马鱼心脏组织特异表达外源基因的转基因表达载体pTol2-cmlc2-IRES-EGFP。文章利用该载体构建了一个稳定表达EGFP的转基因斑马鱼品系, 并初步分析了EGFP的表达对该转基因斑马鱼品系的心脏发育和功能的影响。结果表明, 在建立的转基因斑马鱼品系早期胚胎发育过程中, 绿色荧光信号在心脏中特异表达, 该表达模式与原位杂交分析的cmlc2的表达模式结果相同; 该转基因斑马鱼品系的心脏形态及发育生长正常; 进一步通过M-Mode分析心脏生理学功能的结果表明：该转基因品系心动周期、心率、收缩与舒张表面积及表面积缩短率等重要生理指标与正常野生型的斑马鱼对照组相比没有显著差别。以上结果表明该转基因品系中绿色荧光蛋白的表达对斑马鱼心脏的发育和功能没有影响。研究结果为进一步利用该载体建立外源目的基因转基因表达模型, 研究心脏表达基因的功能奠定了重要基础。     

利用CRISPR/Cas9技术建立斑马鱼Asb11基因敲除品系

Asb11基因被报道与斑马鱼Notch信号的激活有关,本研究室过去的研究显示该基因在心肌和骨骼肌中特异性表达。因此推测Asb11基因可能是心脏发育相关候选基因。为了阐明Asb11基因在斑马鱼心脏发育过程中的作用,本文利用CRISPR/Cas9打靶技术构建敲除Asb11基因的斑马鱼品系。首先在线分析筛选出Asb11基因最适合的打靶位点,然后PCR扩增出Asb11基因gRNA的双链c DNA,再将Asb11基因的gRNA和Hcas9的mRNA共同注射到斑马鱼胚胎Ⅰ细胞期胚胎中。进行打靶的有效性检测,发现Asb11基因的一号外显子出现了碱基的缺失,表明CRISPR/Cas9系统对Asb11基因的敲除是有效的。对其F0代、F1代、F2代进行筛选,成功获得了Asb11基因敲除的斑马鱼品系,为探究Asb11在心脏发育中的作用奠定了基础。     

以斑马鱼为模式动物研究器官的发育与再生

斑马鱼因其受精卵体外发育、胚胎透明、具有较强的再生能力以及适于大规模遗传筛选的优势, 成为研究脊椎动物器官发育与再生的新兴模式动物。通过数十年的探索, 科研工作者已经在斑马鱼中建立了一套成熟的研究方法, 并对斑马鱼胚胎发育早期的细胞命运决定和分化、组织器官的形态建成以及受损后的再生过程有了初步的认识。近年来, 随着遗传筛选技术的大规模开展和活体成像技术在斑马鱼中的深入应用, 许多在小鼠等模式动物中悬而未决的问题开始得到充分解答。随着研究的不断深化和技术的不断更新, 以斑马鱼为模式动物, 对脊椎动物器官发育与再生的研究将会更加深入, 相关的调控机制也会被逐步探明, 从而为临床相关疾病的防治提供富有价值的参考。文章通过对近年来发表的文章进行回顾, 总结了斑马鱼作为模式动物研究中枢神经系统、肝脏和胰腺、血液细胞和血管等重要器官早期发育过程及其调控机制的进展, 并阐述了以斑马鱼研究尾鳍、心脏、肝脏等器官再生的优势和初步发现。     

Midkine-a通过限制心肌细胞总数的方式阻碍斑马鱼胚胎心脏生长

目的探讨一种可溶性的外分泌因子midkine-a在斑马鱼胚胎心脏发育过程中的功能。方法在整体胚胎上做midkine-a RNA的原位杂交实验;利用原有的转基因斑马鱼系Tg(pmidkine-a:EGFP),动态观察胚胎从出生到心脏发育成形这一段时间心脏荧光表达情况;将原有的转基因斑马鱼体系Tg(phsp:midkine-a:EGFP)胚胎进行热休克而过表达midkine-a,观察胚胎心脏表型;利用Tg(pcmlc2:dsRed)鱼系胚胎的心肌细胞核带有红色荧光,能进行单个心脏心肌细胞计数这一特点,将杂合的Tg(phsp:midkine-a:EGFP)鱼系与纯合的Tg(pcmlc2:dsRed)鱼系交配,以得到Tg(phsp:midkine-a:EGFP/pcmlc2:dsRed)的杂合胚胎,对其进行热休克而过表达midkinea,计算每个胚胎心脏内心肌细胞的总数;用吗啉寡聚核苷酸(morphonino,MO)阻碍新生胚胎内的midkine-a mRNA表达,观察胚胎心脏表型。结果原位杂交试验证实midkine-a在胚胎48 hpf(hour post fertilization,受精后,用来标记斑马鱼胚胎年龄)大时表达于心脏;转基因Tg(pmidkine-a:EGFP)胚胎在72 hpf时其EGFP表达于心脏;Tg(phsp:midkine-a:EGFP)胚胎在过表达midkine-a后心脏变小;吗啉寡聚核苷酸敲除midkine-a对胚胎心脏发育无影响;最后在Tg(phsp:midkine-a:EGFP/pcmlc2:dsRed)鱼系胚胎内过表达midkine-a导致其单个心脏内心肌细胞数目变少,与其小心脏外形吻合。结论 midkine-a在斑马鱼胚胎发育过程中表达于胚胎心脏;过表达midkine-a导致胚胎心脏内心肌细胞总数减少及心脏变小;敲除midkine-a则对胚胎心脏发育无影响。