前言

消化系統(tǒng)疾病是指發(fā)生在口腔碉怔、唾液腺、食管禁添、胃撮胧、腸、膽老翘、胰腺芹啥、腹膜及網(wǎng)膜等臟器的疾病甥角，包括消化器官的器質性和功能性疾病渤滞。隨著生活方式、生活環(huán)境的改變及人口老齡化進程加速抬驴，消化系統(tǒng)疾病發(fā)病率逐年上升卫键，成為新時代常見病傀履。由此引發(fā)的消化道惡性腫瘤高發(fā)現(xiàn)象，皆表明消化系統(tǒng)疾病的防治不可小覷莉炉。而由于消化系統(tǒng)疾病類別繁多钓账，一直以來缺乏防控能力評估標準碴犬，消化領域診療發(fā)展存在巨大挑戰(zhàn)。

明確消化系統(tǒng)疾病發(fā)生的分子機制對疾病的預防和治療具有重要意義梆暮。斑馬魚是一種獨特的活體脊椎動物模型服协，與人類基因高度保守，早期胚胎透明啦粹，有助于對發(fā)育過程的實時觀測蚯涮。且斑馬魚器官及組織的癌變與人類極為相似，為腫瘤的發(fā)展卖陵、抗腫瘤藥物的開發(fā)和篩選遭顶、最佳治療方案的確定等提供了較好的腫瘤模型，如斑馬魚肝癌模型泪蔫、結直腸模型棒旗、胰腺癌模型、胃癌模型等撩荣。此外铣揉，斑馬魚模型在遺傳、分子機制以及藥物篩選研究中展現(xiàn)出巨大的潛力餐曹，使之受到越來越廣泛的關注與重視逛拱。本文主要總結了斑馬魚模型在消化系統(tǒng)疾病研究中的優(yōu)勢，以及以斑馬魚建立的消化系統(tǒng)疾病及腫瘤模型的應用進展台猴。

斑馬魚模型在消化系統(tǒng)疾病研究中的優(yōu)勢

01轉基因技術和成像技術的獨特性

在斑馬魚中朽合，有眾多細胞特異性啟動子驅動熒光蛋白表達的轉基因株系，利用活體成像可以對消化道和其他組織中的細胞進行動態(tài)實時監(jiān)控饱狂，這為消化系統(tǒng)疾病發(fā)病機制的研究提供了更好的視角曹步。Silva 等利用中性粒細胞熒光報告基因斑馬魚及其幼體檢測急性炎癥反應，根據(jù)白細胞炎癥指數(shù)對抗炎或者促炎化合物進行分類休讳，篩選出兩種具有良好抗炎作用的膳食酚酸（沒食子酸以及阿魏酸）讲婚。

02低成本高效率

相對于小鼠動物模型，斑馬魚更易養(yǎng)殖俊柔，減少了實驗支出筹麸。此外，斑馬魚三個半月即可達到性成熟雏婶，消化系統(tǒng)在受精5天后即可發(fā)育成熟并正常運作物赶。一對斑馬魚一次可產(chǎn)200-300顆卵，間隔4-7天尚骄，又可進行下一次交配块差。這為消化系統(tǒng)疾病藥物篩選和藥物測試提供充足的實驗動物侵续，大大縮短了試驗周期倔丈。同時憨闰，斑馬魚胚胎透明，體外受精需五，直接生活在水環(huán)境中鹉动，使魚暴露在化學物質或者微生物的實驗更易于進行。

03斑馬魚與哺乳動物消化系統(tǒng)的相似性

斑馬魚與人類基因的同源性達87%宏邮，且與人類有高度相似的消化系統(tǒng)泽示，肝臟、膽囊蜜氨、胰腺和腸道也具有類似的吸收和分泌功能械筛。同時，斑馬魚的腸道發(fā)育在受精后18小時開始飒炎，內(nèi)胚層細胞開始極化埋哟，隨后是節(jié)段管腔的形成，上皮細胞和基質細胞的漸進式形態(tài)發(fā)生和分化郎汪，在受精后5天腸道發(fā)育完全赤赊。這與哺乳動物腸道發(fā)育時間順序相同，都是先發(fā)育腸的吻側部分煞赢，隨后是后腸和中腸抛计。此外，斑馬魚前中腸段在功能上類似于哺乳動物的小腸照筑，后段則與哺乳動物大腸具有相同的特征吹截。這都為利用斑馬魚模式生物研究人類消化系統(tǒng)疾病奠定了堅實的基礎。

04斑馬魚作為消化道腫瘤研究模型的獨特優(yōu)勢

斑馬魚腫瘤模型是近年興起的一種活體脊椎動物模型凝危，是目前最有前景的模式生物之一饭弓，能夠自發(fā)產(chǎn)生與人類性質相似的腫瘤。斑馬魚具有獨特的優(yōu)勢：胚胎透明媒抠，研究人員可實時觀察和追蹤癌細胞增殖弟断、擴散、轉移和血管生成趴生；轉基因斑馬魚casper及免疫缺陷斑馬魚成年后仍可保持透明狀態(tài)阀趴，這使得斑馬魚腫瘤模型的應用不僅局限于其胚胎及幼魚；可用于大規(guī)牟源遥基因篩選和活體高通量藥物篩選刘急；在人源性腫瘤異種移植（patient-derivedxenograft，PDX）中浸踩，斑馬魚 PDX（zPDX）成本低叔汁、實驗周期短、所需樣本數(shù)量小（通常每個斑馬魚胚胎需要100～200個細胞）据块。斑馬魚消化道腫瘤模型是一種適合從起始码邻、進展、轉移到移植的活體動物模型另假。目前通過轉基因像屋、基因組編輯技術、異種移植边篮、藥物誘導的毒性損傷等方法己莺，已經(jīng)建立了多種斑馬魚消化道腫瘤模型。

斑馬魚模型在消化系統(tǒng)疾病研究中的進展

斑馬魚模型在炎癥性腸病中的研究進展

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease戈轿，IBD）是慢性非特異性腸道炎癥性疾病凌受，包括潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（Crohn’s disease思杯，CD）胁艰。近20年來的流行病學數(shù)據(jù)顯示，全世界范圍內(nèi)IBD發(fā)病率呈現(xiàn)驚人的上升趨勢智蝠。IBD病程漫長腾么、易反復，嚴重者甚至會導致癌變杈湾。IBD發(fā)病原因復雜解虱，其中主要包括遺傳基因易感性、腸道共生菌群紊亂漆撞、免疫反應失調(diào)以及環(huán)境誘因等殴泰。隨著對IBD發(fā)病機制的深入研究，其基礎和臨床研究都取得了長足的進展浮驳，但要根治IBD悍汛，還需對其發(fā)病機制進行更加深入的研究。在IBD發(fā)病機制至会、藥物研發(fā)和靶向治療研究中离咐，疾病模型的建立是很重要的環(huán)節(jié)。

斑馬魚模型在IBD發(fā)病的遺傳奉件、分子機制以及藥物篩選研究中展現(xiàn)出巨大的潛力宵蛀，使之受到越來越廣泛的關注與重視。根據(jù)模型的不同構建方式可以分為化學誘導模型县貌、基因工程模型术陶、細胞轉移模型和基因突變模型。其中煤痕，化學誘導模型不需要進行基因篩選和繁殖傳代梧宫，耗時少接谨。處理方式主要是通過浸泡和腸道給藥，易操作塘匣。所用藥物易得脓豪，價格便宜，成本小馆铁。更重要的是跑揉，化學誘導模型模擬人類IBD典型臨床癥狀的同時锅睛，也具備一些關鍵免疫學和組織病理學特征埠巨。因此，化學誘導模型是最常用并且應用最廣泛的模型现拒。按照處理的化學藥物不同辣垒，斑馬魚IBD模型主要有三種：葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS）誘導的IBD模型印蔬、唑酮誘導的IBD模型和2勋桶，4，6-三硝基苯磺酸（2侥猬，4例驹，6-trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS）誘導的IBD模型退唠。

斑馬魚IBD模型在模擬重復腸損傷和修復方面具有突出優(yōu)勢鹃锈，其中使用最廣泛IBD模型就是由DSS誘導的。用DSS處理受精后三天的斑馬魚幼體瞧预，會導致細菌過度增長屎债，中性粒細胞滲入腸道，促炎基因上調(diào)垢油，以及細胞增殖整體被抑制盆驹，這與腸道菌群失調(diào)及DSS破壞腸黏膜屏障有關。此模型多用于潰瘍性結腸炎病理機制及篩選治療藥物方面的研究滩愁。與DSS誘導慢性小鼠IBD模型需要幾個月的建模周期不同躯喇，斑馬魚中重復性DSS損傷明顯不能完全恢復、死亡率增加硝枉、黏液生成受損玖瘸、自噬受損，這些都在兩周之內(nèi)發(fā)生檀咙。Huang等利用DSS誘導斑馬魚IBD模型探究了益生菌對IBD緩解和預防的積極作用雅倒，以及益生菌治療IBD的有效性和安全性，建立了一種快速篩選益生菌候選菌的方法弧可，并篩選出一株保護效果最好的菌——史密斯芽孢桿菌XY1蔑匣。Di Paola等用DSS誘導的斑馬魚幼魚腸炎研究表明劣欢，棕櫚酰乙醇酰胺唑啉可降低DSS誘導的腸道損傷和黏液產(chǎn)生，并可以降低炎癥和內(nèi)質網(wǎng)應激相關基因的表達裁良。

唑酮誘導的斑馬魚小腸結腸炎模型與相應的小鼠有很高的相似性凿将，但是它的使用僅限于成年的、不透明的斑馬魚价脾。TNBS誘導的模型具有造模時間短牧抵、可重復、易于誘導等優(yōu)點侨把，既可以模擬急性炎癥反應犀变，也可以模擬慢性炎癥反應，是經(jīng)典的IBD動物模型秋柄，主要用于克羅恩病的研究获枝。TNBS可以誘導幼年斑馬魚，也可以誘導成年斑馬魚骇笔。處理斑馬魚幼魚時省店，把受精后3天的斑馬魚幼魚浸泡在TNBS中處理五天，則出現(xiàn)TNBS誘導小鼠結腸炎的特征笨触；TNBS處理成年斑馬魚時懦傍，直腸內(nèi)給藥，6小時后芦劣，腸內(nèi)有大量中性粒細胞浸潤粗俱，造成腸血管系統(tǒng)破壞、中腸縮短持寄、腸蠕動消失源梭、腸道絨毛長度縮短等∩晕叮可能由于TNBS為半抗原物質废麻，可與大分子組織蛋白結合成為抗原，引發(fā)機體免疫反應模庐，從而導致類似于IBD的癥狀烛愧。Uyttebroek 等使用TNBS誘導的IBD斑馬魚模型研究表明，斑馬魚的遠腸段中膽堿能神經(jīng)元比例顯著降低掂碱，整個腸道中血清素能神經(jīng)元的比例在炎癥期間顯著增加怜姿。

消化道腫瘤發(fā)病隱匿、早期診斷困難疼燥、缺乏有效的治療手段沧卢，其發(fā)病率及死亡率均處于較高水平。截至2012年醉者，全國惡性腫瘤發(fā)病率及死亡率位居首位的是肺癌但狭，其次為胃癌披诗、肝癌、結直腸癌和食管癌立磁。因此呈队，了解消化道腫瘤發(fā)生的分子機制、發(fā)現(xiàn)新的藥物治療靶點對其治療具有重要意義唱歧。斑馬魚的腫瘤模型已被廣泛應用于識別腫瘤生物標記物宪摧、尋找新的藥物治療靶點，其研究正開始為指導個性化的臨床應用鋪平道路颅崩。

斑馬魚在消化道腫瘤中的研究進展-肝癌

肝癌的發(fā)生是多因素（肝炎病毒感染几于、黃曲霉素中毒、過度飲酒挨摸、非酒精性脂肪肝病等）孩革、多基因（抑癌基因TP53岁歉、抑癌基因PTEN等）得运、多信號轉導途徑（RB1、p53锅移、Wnt 等途徑）的復雜過程熔掺。在我國，乙型肝炎病毒慢性感染是原發(fā)性肝細胞癌發(fā)生的主要原因非剃，乙肝病毒誘發(fā)肝癌的發(fā)生與染色體突變及特定致癌途徑的激活有關置逻。斑馬魚肝癌基因與人類有著高度的保守性。

研究表明备绽，在p53轉基因斑馬魚突變體模型中券坞，乙肝病毒X蛋白（hepatitis B virus X antigen，HBx）和酪氨酸激酶src的過度表達可導致斑馬魚肝臟組織癌變肺素，與人類肝癌的形成機制相似恨锚。在原癌基因Myc轉基因斑馬魚中，Myc表達升高能夠導致肝細胞增殖倍靡、腺瘤形成及癌變猴伶。Myc轉基因斑馬魚肝癌模型的分子特征與小鼠肝癌模型及人類肝癌分子特征相似。Nguyen等采用米非司酮誘導系統(tǒng)構建肝細胞癌轉基因斑馬魚模型塌西，實現(xiàn)了肝臟中致癌基因kras^V12的表達他挎。米非司酮誘導后可導致肝臟腫瘤的發(fā)生，而撤銷誘導腫瘤則消退捡需。分子檢測結果表明办桨，在krasV12介導的肝腫瘤過程中，Raf-MEK-ERK和PI3K-AKT-mTOR信號通路都被激活站辉。使用ERKl/2特異性抑制劑PD98059聯(lián)合PI3K特異性抑制劑LY294002或mTOR選擇性抑制劑雷帕霉素阻斷這兩種信號通路后呢撞，轉基因斑馬魚肝臟增殖受到明顯抑制贸街，此研究為針對Ras信號的分子靶向治療提供了理論依據(jù)。

目前狸相，基于肝癌發(fā)病機制尚未完全闡明且治療方法有限薛匪，斑馬魚肝癌模型中分子信號通路的研究可為探索人類肝癌發(fā)病機制及開發(fā)新的治療提供重要的參考依據(jù)。

斑馬魚在消化道腫瘤中的研究進展-結直腸癌

在斑馬魚的一生中脓鹃，自發(fā)性腸道腫瘤并不常見逸尖。目前，斑馬魚腸道腫瘤模型多為異種移植瘸右。崔戈等利用骨形成蛋白和激活素跨膜抑制劑基因（bone morphogenetic protein and activin membrane-bound inhibitor娇跟，BAMBI）過表達結腸癌細胞SW620，構建了一種人結直腸癌異種移植斑馬魚模型太颤，發(fā)現(xiàn)BAMBI基因可顯著促進此模型中人結直腸癌細胞發(fā)生肝轉移苞俘。Fiors 等利用5例結直腸癌患者手術切除樣本建立zPDX，發(fā)現(xiàn)結腸癌細胞能夠在斑馬魚中增殖并生成新血管龄章。根據(jù)國際結腸癌治療指南吃谣，選用FOLFOX（奧沙利鉑+亞葉酸鈣+氟尿嘧啶）及FOLFIRI（伊立替康+亞葉酸鈣+氟尿嘧啶）方案分別對患者及對應的zPDX進行藥物干預，分析發(fā)現(xiàn)二者之間的相關性達4/5做裙。該研究表明岗憋，zPDX可用于篩選治療方案、制定個體化治療锚贱。斑馬魚已成為研究腸道腫瘤的重要動物模型仔戈。

斑馬魚在消化道腫瘤中的研究進展-胰腺癌

在90%的胰腺癌中可發(fā)現(xiàn)K-RAS癌基因突變，Ras/Raf/MEK/ERK通路對癌細胞的增殖拧廊、凋亡和分化具有深遠影響监徘，該通路可被MEK抑制劑有效抑制。在由K-RAS引發(fā)的斑馬魚胰腺癌模型中吧碾，Gal4/UAS轉基因體系被廣泛應用凰盔。此系統(tǒng)能夠評估K-RAS基因突變造成的不同影響，以及蛋白質改變對K-RAS 基因的影響滤港，可精準識別腫瘤治療策略的新靶點廊蜒。利用Gal4/UAS系統(tǒng)能夠研究參與胰腺癌發(fā)病過程的TGFβ、Wnt溅漾、Notch和Hedgehog等信號通路山叮。

斑馬魚在消化道腫瘤中的研究進展-胃癌

胃癌是全球范圍內(nèi)威脅人類健康的主要疾病之一。我國癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明添履，胃癌在男性腫瘤中高居第二屁倔，女性腫瘤中位居第三，是我國癌癥死亡的第二大原因暮胧。近年來锐借，盡管靶向藥物的應用在一定程度上改善了胃癌的預后问麸，但晚期胃癌患者的平均存活時間仍不到12個月，5年生存率低至20%钞翔，這可能是由高異構性或其他未知機制導致的化療不敏感或耐藥所致严卖。

斑馬魚沒有胃及表達特定胃功能的基因，但在斑馬魚胃癌異種移植模型中布轿，胃癌細胞在斑馬魚胚胎中的存活哮笆、血管生成、遷移及相關分子的表達都與人類有著較高相似性汰扭。有研究利用胃癌患者手術切除的胃癌組織成功建立了胃癌zPDX模型稠肘，14例組織樣本中有9例成功移植到斑馬魚胚胎中，5例因組織細胞不易解離導致針狀堵塞及移植失敗萝毛，移植成功率達64%项阴，比胃癌小鼠PDX模型中報告的（34%）要高得多，且所有胃癌組織樣本在活胚胎中都表現(xiàn)出增殖笆包、血管生成及轉移潛力环揽。

斑馬魚模型在腫瘤藥物篩選中的研究進展

斑馬魚腫瘤移植模型已廣泛應用于腫瘤細胞遷移相關基因功能的研究與抗腫瘤藥物的篩選，可在短時間內(nèi)為患者提供個體化精準治療的信息色查，進而選擇對患者最有效的治療方法薯演。

勞喬聰?shù)确謩e應用胃癌撞芍、肝癌細胞株構建了zPDX模型秧了，使用紫杉醇、伊立替康序无、羥基脲验毡、順鉑和5-氟尿嘧啶干預胃癌zPDX模型，阿霉素帝嗡、吉西他濱晶通、羥基脲、順鉑和5-氟尿嘧啶干預肝癌zPDX模型哟玷，發(fā)現(xiàn)臨床上效果顯著的抗癌藥物在zPDX模型中同樣可抑制癌細胞的生長狮辽，同時顯現(xiàn)出治療效果的優(yōu)劣之分。Wu等應用胃癌zPDX進行臨床前藥物敏感性研究巢寡，發(fā)現(xiàn)不同患者的胃癌細胞對5-氟尿嘧啶喉脖、多烯紫杉醇、阿帕替尼三種化療藥物的敏感性不抑月。

zPDX能夠直接觀察到抗癌藥物對腫瘤細胞的影響树叽，可用于臨床前藥物篩選，甚至能夠在臨床中實時選擇化療藥物谦絮，可能成為臨床前實驗的第一步题诵，為篩選藥物洁仗、制定個體化治療方案、促進精準腫瘤學的發(fā)展提供一個很有前景的平臺性锭。

結語

通過斑馬魚體型小赠潦、產(chǎn)卵多、胚胎透明草冈、試驗周期短祭椰、成本低、基因操作技術應用方便等方面的優(yōu)勢疲陕，以及斑馬魚和人類在基因和免疫方面的相似性方淤，使斑馬魚在消化系統(tǒng)疾病發(fā)病機制和治療研究方面顯示出巨大的價值，在藥物篩選蹄殃、開發(fā)新藥携茂、制定個體化治療方案的研究方面也展現(xiàn)出廣闊的應用前景。此外诅岩，zPDX消化道腫瘤模型的建立也有助于人類對消化道腫瘤的發(fā)病機制讳苦、靶向和個體化治療有更深的見解，為精準腫瘤學的發(fā)展奠定基礎吩谦。

以上內(nèi)容參考自《生物學教學》發(fā)表的任玉平鸳谜、張變紅題為“斑馬魚模型在炎癥性腸病研究中的應用”的文獻，以及《腫瘤藥學》發(fā)表的冀慧紅式廷、劉俊題為“斑馬魚在消化道腫瘤中的應用研究進展”的文獻咐扭。