前言

眼科的全稱是“眼病屜屯剑科”芹壕，是研究發(fā)生在視覺系統(tǒng)，包括眼球及與其相關(guān)聯(lián)的組織有關(guān)疾病的學科接奈。眼科一般研究玻璃體踢涌、視網(wǎng)膜疾病，眼視光學序宦，青光眼和視神經(jīng)病變斯嚎，白內(nèi)障等多種眼科疾病。

我國是全球眼病患者最多的國家挨厚，屈光不正和白內(nèi)障成為最大眼病群體堡僻。中國近視患者人數(shù)已超6億人，受疫情影響疫剃，2020年中小學生半年近視率持續(xù)上升钉疫，線上學習和娛樂習慣將導致近視率居高不下，2025年預計近近視患者將突破6.1億人巢价，2015-2019年牲阁，我國白內(nèi)障患者從1.1億人增加至1.3億人，2025年預期增加至1.5億人壤躲。預期到2025年城菊，我國屈光加白內(nèi)障患者人數(shù)將達7.69億。

數(shù)據(jù)來源 | 觀研天下整理

由于斑馬魚與人類的眼睛在形態(tài)碉克、生理凌唬、功能和基因表達上具有高度相似性，且其胚胎容易獲得漏麦、發(fā)育很快而且易于觀察和操作等特點客税，使斑馬魚成為人類眼科疾病的良好的動物模型，并為進一步探究疾病發(fā)生機制和治療方法提供新的見解撕贞。本文將從斑馬魚模型在眼科疾病及藥物療效更耻、藥物眼毒性評估中的應用對其進行介紹。

1. 斑馬魚模型在眼科疾病的應用

斑馬魚已廣泛用于了解人類疾病相關(guān)基因的生物學活性和功能捏膨，此外秧均，一些基于藥物、光照或機械損傷等誘因建立的斑馬魚模型在眼科疾病中也得到了良好的應用。以下將對斑馬魚模型在角膜疾病目胡、白內(nèi)障疙描、視網(wǎng)膜疾病和視神經(jīng)損傷等眼科疾病中的應用進行闡述。

角膜疾病

角膜營養(yǎng)不良是一組具有遺傳異質(zhì)性的疾病讶隐。人類MAB21L基因突變會導致角膜營養(yǎng)不良，斑馬魚mab21l1基因突變表現(xiàn)為角膜變薄久又，并隨著年齡的增長而發(fā)展巫延，還表現(xiàn)為角膜細胞死亡增加，角膜轉(zhuǎn)化為皮膚樣上皮細胞地消。Zebrabow是一組能夠?qū)φ麄€生物體或特定的組織進行多色標記的轉(zhuǎn)基因斑馬魚炉峰，有研究者使用Zebrabow成功實現(xiàn)了角膜細胞的可視化和跟蹤，這些發(fā)現(xiàn)對于深入了解這些細胞在角膜疾病如角膜緣干細胞缺乏癥中的作用至關(guān)重要脉执。此外疼阔，Ikkala等使用機械損傷的方法建立了一種可重復操作的斑馬魚角膜上皮擦傷模型，該模型中角膜上皮傷口可以快速愈合半夷，具有強大的上皮再生能力婆廊，使其成為揭示角膜上皮再生具體機制的有用模型。

青光眼

青光眼疾病風險表型在斑馬魚中得到了很好的研究巫橄，低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白 2(low density lipoprotein receptor-related protein 2淘邻，lrp2) 基因突變的斑馬魚表現(xiàn)為成年發(fā)病的嚴重近視，眼球突出湘换，眼壓升高和進行性RGCs死亡宾舅。細胞色素P450家族1B1 (recombinant cytochrome P450 1B1，CYP1B1) 基因突變是原發(fā)性嬰兒型青光眼常見原因彩倚，有研究通過斑馬魚模型揭示了cyp1b1基因是通過改變神經(jīng)嵴遷移來影響眼前段的發(fā)育筹我。

Axenfeld-Rieger綜合征(axenfeld-rieger syndrome，ARS) 是一組眼前段發(fā)育不良帆离，并可伴全身發(fā)育異常的疾病蔬蕊，而眼前節(jié)畸形常導致繼發(fā)性青光眼，foxc1和 pitx2基因突變斑馬魚可表現(xiàn)出ARS眼相關(guān)表型哥谷。研究人員使用N-甲基D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid袁串，NMDA)玻璃體腔注射或水浴建立了一種青光眼興奮性毒性模型，表現(xiàn)為視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層和RGCs層厚度增加呼巷，而RGCs數(shù)量減少囱修。另有研究使用過氧化氫玻璃體腔注射建立了一種青光眼氧化應激模型，表現(xiàn)為RGCs層凋亡細胞增加王悍。

白內(nèi)障

白內(nèi)障在老年人群中最為普遍破镰，具有遺傳易感性的兒童也會發(fā)生先天性白內(nèi)障。斑馬魚晶狀體蛋白基因突變體可表現(xiàn)為晶狀體中可見散在圓形閃亮液滴或晶狀體中央可見大小不規(guī)則的突起。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子包括熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子4(heat shock factor 4鲜漩，HSF4)源譬，同源盒基因3(pituitary homeobox 3，PITX3) 等基因突變可導致晶狀體發(fā)育不良而引起晶狀體混濁孕似。晶狀體膜蛋白包括水通道蛋白0(aquaporin 0踩娘，AQP0)，縫隙連接蛋白α8(gap junction protein alpha 8喉祭，GJA8)等基因突變养渴，可引起膜蛋白結(jié)構(gòu)異常，導致細胞間營養(yǎng)物質(zhì)運輸和通訊障礙泛烙，晶狀體發(fā)生代謝紊亂而混濁理卑。此外，在斑馬魚前房內(nèi)注射過氧化氫蔽氨，幾乎可以立即形成高度不透明的白內(nèi)障藐唠，且隨著時間的推移，晶狀體清晰度逐漸恢復鹉究。

視網(wǎng)膜疾病-糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy宇立，DR) 是糖尿病常見的微血管并發(fā)癥。斑馬魚中參與糖代謝的器官如胰腺自赔、肝等在進化上具有保守性泄伪，使其成為糖代謝研究的理想動物模型。斑馬魚暴露于2%和0%葡萄糖交替條件下1個月后匿级，血糖水平增加3倍蟋滴，內(nèi)叢狀層和外叢狀層厚度增加，視網(wǎng)膜電圖受損痘绎。缺氧用于模擬增殖性DR津函，斑馬魚在相對空氣飽和度為10%的水中保持10d，可導致視網(wǎng)膜新生血管和血管通透性改變孤页。鏈脲霉素(streptozotocin尔苦，STZ)可通過破壞胰島β細胞而導致高血糖。斑馬魚腹腔內(nèi)注射STZ行施，可引起血糖升高允坚，表現(xiàn)出類似于人類DR的視網(wǎng)膜退化。乙二醛酶1(glyoxalase 1蛾号，GLO1) 缺失會導致甲基乙二醛水平升高和糖尿病表型稠项，glo1^-/-斑馬魚表現(xiàn)為空腹血糖水平升高，視網(wǎng)膜血管芽增加鲜结。

視網(wǎng)膜疾病-年齡相關(guān)性黃斑變性

年齡相關(guān)性黃斑變性 (age-related macular degeneration展运，AMD) 分為干性和濕性活逆。Saito等將斑馬魚暴露在高強度白光下，建立了一種干性AMD模型拗胜，表現(xiàn)為視網(wǎng)膜外核層厚度和細胞核數(shù)量減少蔗候，凋亡細胞增加，而抗氧化劑可有效逆轉(zhuǎn)這些變化埂软。

Cao等將斑馬魚暴露于不同濃度空氣飽和水并分析血管生成反應锈遥，建立了一種血管生成與缺氧呈劑量依賴性關(guān)系的濕性AMD模型，且抗血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor勘畔，VEGF)藥物可阻斷新生血管的生成所灸。希佩爾-林道( von hippel-lindau，vhl) 基因突變的斑馬魚在大腦咖杂、眼睛和軀干中形成嚴重的新生血管，出現(xiàn)視網(wǎng)膜新生血管蚊夫、血管滲漏诉字、黃斑水腫和視網(wǎng)膜脫離，而抗VEGF藥阻斷了眼部的血管生成知纷，提示vhl^-/-斑馬魚是濕性AMD的一個很好的模型壤圃。

先天性色覺障礙

先天性色覺障礙也稱為色盲，是由視錐細胞特異性光轉(zhuǎn)導機制或離子通道的異常改變引起琅轧，并阻止視錐細胞將信息傳遞給下游神經(jīng)元伍绳。生物鐘基因2(period2，PER2) 是一種光調(diào)節(jié)基因乍桂，per2 基因突變的斑馬魚表現(xiàn)為視網(wǎng)膜帶狀突觸結(jié)構(gòu)異常冲杀，視錐細胞視蛋白表達降低，視功能下降睹酌。

視神經(jīng)損傷

視神經(jīng)損傷(optic nerve injury权谁，ONI)也稱為外傷性視神經(jīng)病變。與哺乳動物不同憋沿，斑馬魚中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有很強的神經(jīng)再生能力旺芽，可在ONI后完全恢復視覺功能，RGCs 及其軸突再生是主要原因辐啄。Diekmann 等構(gòu)建了生長相關(guān)蛋白(growth associated protein-43采章，GAP-43) 啟動子調(diào)控綠色熒光蛋白(green fluorescent protein，GFP)表達的轉(zhuǎn)基因斑馬魚壶辜，該模型可在ONI后悯舟，顯著誘導GFP高表達于RGCs及其軸突，使軸突再生的可視化成為可能砸民，并且該模型與基因敲除或藥物處理相結(jié)合图谷，可以分析軸突再生過程中的信號級聯(lián)反應和特定蛋白的作用翩活。

還有研究者使用GFP-微管相關(guān)蛋白1輕鏈3 (microtubule-associated protein 1 light 3，LC3)轉(zhuǎn)基因斑馬魚便贵，觀察ONI后不同時間點的RGCs及其軸突的自噬反應菠镇，并且證明了自噬參與RGCs及其軸突再生的過程，而自噬抑制劑可以促進軸突再生承璃，這些證據(jù)表明自噬反應可作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生的潛在治療靶點利耍。因此，進一步明確斑馬魚視神經(jīng)再生機制盔粹，有望為人類視神經(jīng)損傷等疾病治療提供新的見解隘梨。

此外，斑馬魚還廣泛應用到其他眼部疾病的研究中舷嗡，如眼皮膚白化病2型(oculocutaneous albinism 2轴猎，OCA2)、早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變( retinopathy of prematurity进萄，ROP)捻脖、視網(wǎng)膜色素變性( retinitis pigmentosa，RP)等中鼠。

2. 斑馬魚模型在藥物療效和眼毒性評估中的應用

斑馬魚模型在眼科藥物療效評估中的應用

斑馬魚動物模型為篩選治療眼部疾病的藥物提供了可能可婶。由于斑馬魚的眼睛與人類的眼睛的相似性，并且斑馬魚還表現(xiàn)出強大的視覺行為援雇，使其成為視網(wǎng)膜變性疾病如AMD矛渴、RP等疾病的藥物篩選的合適的動物模型。缺氧誘導的斑馬魚視網(wǎng)膜新生血管模型被用于測試抗VEGF藥物的作用惫搏，該藥逆轉(zhuǎn)了視網(wǎng)膜新生血管具温。此外，抗VEGF 藥物阻斷了vhl^-/- 斑馬魚眼部的新生血管生成筐赔。高強度白光誘導的斑馬魚干性AMD模型中桂躏，抗氧化劑可以有效逆轉(zhuǎn)視網(wǎng)膜的退行性改變，且與藥物濃度呈劑量依賴性川陆。這些研究表明斑馬魚可以作為新藥療效評估的有效工具剂习。

斑馬魚動物模型在藥物眼毒性評估中的應用

斑馬魚可作為一種臨床前階段預測藥物眼毒性的動物模型。在一項研究中较沪，3dpf 的斑馬魚暴露于6種已知具有眼毒性的藥物2d后鳞绕，其中5種藥物導致斑馬魚視覺功能受損，從而證實了這些藥物對人眼的潛在毒性尸曼。由于許多藥物表現(xiàn)出較差的水溶性们何，需要有機溶劑來溶解以保證適當?shù)纳锢寐剩唏R魚胚胎可作為評估有機溶劑眼毒性的良好動物模型控轿。此外冤竹，斑馬魚還可作為小分子的篩選工具拂封，有研究使用斑馬魚胚胎成功從大約2000種小分子中篩選出4種在特定濃度下會影響視網(wǎng)膜血管形態(tài)的小分子。這些研究表明斑馬魚成功地反映了藥物眼毒性的特征鹦蠕，并可作為預測新藥眼毒性的工具冒签。

結(jié)語

視力障礙是世界范圍內(nèi)的主要健康問題，疾病相關(guān)發(fā)病機制的理解對于開發(fā)新的治療方法至關(guān)重要钟病。許多人類視覺障礙相關(guān)的表型已在斑馬魚中重現(xiàn)得到驗證萧恕，斑馬魚動物模型有助于了解人類疾病的發(fā)病機制，為更好的診斷肠阱、治療開辟途徑票唆。此外，斑馬魚還被廣泛用于眼科藥物療效和藥物眼毒性的評估中屹徘，成為篩選新藥越來越有吸引力的模型走趋。盡管目前構(gòu)建的相關(guān)斑馬魚模型可能還存在一些不足之處，但其仍然是廣泛用于人類眼部疾病和藥物評估的良好動物模型噪伊。未來簿煌，隨著基因治療技術(shù)的發(fā)展，以及進一步明確斑馬魚視網(wǎng)膜和視神經(jīng)再生的關(guān)鍵參與者酥宴，有望為人類眼部疾病治療提供更多新的見解啦吧。

以上內(nèi)容參考自《中國實驗動物學報》發(fā)表的胡海堅您觉，張旭題為“斑馬魚動物模型在眼科中的應用研究進展”的論文拙寡。