先天性心臟缺陷(CHD)是最常見的出生缺陷，包括一系列結(jié)構(gòu)畸形，包括間隔缺陷厘托、流入和流出道畸形友雳、腔室發(fā)育不全和瓣膜發(fā)育不全等。盡管與具有雙循環(huán)系統(tǒng)的哺乳動物的四腔心臟相比铅匹，斑馬魚的兩腔心臟相對簡單押赊，但斑馬魚心臟發(fā)育的分子調(diào)控和形態(tài)發(fā)生過程是高度保守的。

卜海松等提取先天性心臟病患者外周血和gDNA包斑，篩選出先心病的候選致病基因 KIAA0196流礁，并利用CRISPR/Cas9技術(shù)建立了KIAA0196敲除斑馬魚，突變斑馬魚表現(xiàn)出類先天性心臟病缺陷罗丰。朱哲等基于轉(zhuǎn)錄因子Tbx20 對心臟腔室結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵調(diào)控作用神帅，對1細胞期胚胎顯微注射建立模型。突變體斑馬魚表現(xiàn)為靜脈竇瘀血萌抵，心臟環(huán)化失敗枕稀，結(jié)構(gòu)異常表型與人類先心病缺損一致，可用于探究該基因在心臟腔室分化過程中的作用機制谜嫉。Gata4基因在心臟發(fā)育中起重要作用载荔，調(diào)控心肌細胞形成智润、遷移和分化，是先天性心臟病的相關(guān)基因贺归，劉靜運用TALEN技術(shù)建立了Gata4突變斑馬魚蔽挠，為該病的遺傳發(fā)育研究提供實驗?zāi)Ｐ汀?/span>

圖1 先天性心臟缺陷的斑馬魚模型

斑馬魚的先天性心臟缺陷通常在 2 dpf 時進行分析住闯，此時心臟已經(jīng)歷初始循環(huán)形態(tài)發(fā)生并位于蛋黃上方、腹側(cè)和頭部后方澳淑”仍可以區(qū)分心房 (A) 和心室 (V) 的形態(tài)，并且可以看到房室管和流出道杠巡。異位性表型可以通過心臟環(huán)狀形態(tài)的方向性來評估量窘，心臟通常在正常左右模式下經(jīng)歷d環(huán)（原位），但可以反轉(zhuǎn)（s環(huán)）或保持在中線（無環(huán)）如果胚胎側(cè)向性被破壞氢拥。

此外蚌铜，斑馬魚是研究環(huán)境因素對心臟發(fā)育影響的絕佳模型。PM2.5與CHD發(fā)病率增加有關(guān)嫩海，斑馬魚胚胎暴露于PM2.5會導(dǎo)致發(fā)育性心臟缺陷冬殃，包括心臟畸形和心動過緩。該模型已被用于識別可改善PM2.5對心臟影響的化合物叁怪，例如葉酸审葬。葉酸對發(fā)育性心臟缺陷的保護作用也在胎兒酒精譜系障礙的斑馬魚模型中有所描述，這證明了早期發(fā)育過程中持續(xù)接觸酒精對心臟形態(tài)和生長的負面影響。斑馬魚也被用來模擬妊娠期糖尿病/高血糖對心臟發(fā)育的影響涣觉〕占觯總之，斑馬魚可以模擬遺傳或環(huán)境起源的CHD的機制旨枯。

心肌病代表一系列心臟病蹬昌，包括心肌的結(jié)構(gòu)變化，包括三個主要類別攀隔。擴張型心肌病(DCM)是一種進行性疾病皂贩，其特征是心室擴大（通常為左心室）、心肌壁變薄和心輸出量減少昆汹。肥厚型心肌病(HCM)與心室壁增厚有關(guān)明刷。致心律失常性心肌病(ACM)涉及心肌細胞的變性，并逐漸被纖維脂肪瘢痕組織替代满粗，影響心臟功能并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性心臟重塑辈末。通常，心臟功能逐漸受損映皆，常常導(dǎo)致心力衰竭挤聘。心肌病和心力衰竭的標(biāo)志在斑馬魚中是保守的，包括與心肌病和心力衰竭相關(guān)的基因的上調(diào)捅彻，例如nppa/nppb组去。因此，斑馬魚的研究通過對新型心肌病候選基因的功能驗證步淹，極大地促進了我們對心肌病潛在機制的理解从隆。例如，2015年的一項研究描述了胚胎和成年斑馬魚心臟的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析缭裆，確定51個DCM相關(guān)基因中49個的斑馬魚同源物键闺。

圖2 斑馬魚心肌病模型

斑馬魚的心臟收縮力在 24 hpf 左右開始，此時心臟管已首次形成且肌節(jié)已組裝澈驼。隨著心臟發(fā)育辛燥，肌絲成熟，48 hpf 的心房和心室心肌細胞顯示出不同的肌絲組織缝其。心室壁心肌細胞顯示皮質(zhì)基底肌動蛋白购桑，而心房心肌細胞形成跨越細胞的長肌絲，與血流方向垂直氏淑。肌節(jié)組裝和功能的中斷導(dǎo)致多種心肌病勃蜘，以斑馬魚突變體或錯誤表達模型為代表。

傳導(dǎo)障礙包括多種病理假残，其確切性質(zhì)取決于整個心臟中電脈沖的產(chǎn)生或傳播如何被破壞缭贡。盡管與哺乳動物相比炉擅，斑馬魚心臟的結(jié)構(gòu)相對簡單，但成年斑馬魚的心電圖分析表明阳惹，成年斑馬魚心肌細胞的動作電位動力學(xué)與人類高度相似谍失。標(biāo)準(zhǔn)化測量并建立ECG參數(shù)的基線變化，可以更詳細地分析衰老動物莹汤、心律失常遺傳模型或副交感神經(jīng)系統(tǒng)抑制時心律失常如何發(fā)展快鱼。可以通過超聲心動圖捕獲和量化胚胎和成魚的心臟收縮力纲岭，而心臟性能也通過使用游泳隧道的運動耐力間接測量抹竹，其中成年斑馬魚在流速增加的水流中進行定時游泳，并記錄到疲憊的時間止潮。

除了斑馬魚和人類心肌細胞動作電位之間的相似性之外窃判，斑馬魚心臟的傳導(dǎo)動力學(xué)也對人類使用的通道阻滯劑和激活劑以及異丙腎上腺素和去甲腎上腺素等興奮劑敏感。許多這類化合物對心臟功能或傳導(dǎo)的影響與在人類中觀察到的類似喇闸。施用刺激交感神經(jīng)調(diào)節(jié)心臟功能的化合物袄琳，如去甲腎上腺素或異丙腎上腺素，會導(dǎo)致斑馬魚心動過速燃乍，而阿托品會抑制副交感神經(jīng)輸入唆樊，也會增加心率。在斑馬魚中也證明了抗心律失常藥物的保守作用刻蟹，胺碘酮和奎尼抖号浴（這會導(dǎo)致心動過緩和延長 QT 間期）同樣延長斑馬魚的QT間期。這些藥理化合物對心臟功能的影響可以揭示有關(guān)健康和疾病中心臟電生理學(xué)基礎(chǔ)分子途徑的信息座咆。

圖3  心臟傳導(dǎo)缺陷的斑馬魚模型

胚胎和成年斑馬魚心臟的心電圖記錄與從人類獲得的心電圖記錄非常相似，具有可區(qū)分的 P 波仓洼、QRS 波群和 T 波介陶，允許量化比較參數(shù)，如 QT 間期色建。長 QT 綜合征和短 QT 綜合征（LQTS 和 SQTS）均可由鉀通道kcnh2中的突變引起哺呜，并分別由斑馬魚霹靂舞和雷鬼突變體建模。心臟起搏缺陷箕戳，如心房顫動（AF某残，失去規(guī)律的竇性心律）和病態(tài)竇房結(jié)綜合征（SSS，有缺陷的竇性起搏陵吸，包括竇性暫停）也已使用斑馬魚功能喪失和錯誤表達模型進行建模玻墅。

心肌梗塞(MI)后，人類無法補充丟失的心肌細胞會導(dǎo)致持續(xù)性瘢痕形成壮虫、心臟功能受損澳厢、心臟重塑环础，并最終導(dǎo)致心力衰竭。盡管新生小鼠心臟能夠產(chǎn)生再生反應(yīng)剩拢。然而线得，這種能力在產(chǎn)后7天就會喪失，對接受心室切除術(shù)的新生小鼠的長期觀察表明長期瘢痕形成以及擴張型心肌病徐伐。相反贯钩，斑馬魚能夠在受傷后完全再生心臟，為了解提高人類再生潛力的分子機制提供了一個寶貴的模型办素。斑馬魚的心臟再生模型對再生背后的時間過程以及支持這些反應(yīng)的分子機制提供了重要的見解角雷。損傷后3小時(hpi)的早期反應(yīng)包括促炎分子的表達和免疫的募集細胞，這對疤痕沉積和隨后的再生反應(yīng)很重要摸屠。同時谓罗，未受傷組織中的心內(nèi)膜細胞發(fā)生形態(tài)變化并重新表達發(fā)育基因。

在炎癥和心內(nèi)膜激活發(fā)生后季二，心內(nèi)膜和心外膜是最先進行大規(guī)模再生的細胞層檩咱。在3到5dpi之間，損傷部位周圍的心內(nèi)膜細胞增殖胯舷，然后遷移到覆蓋傷口區(qū)域的內(nèi)表面刻蚯。冠狀動脈血運重建在損傷后迅速啟動，血管網(wǎng)絡(luò)需要促進再生桑嘶。再生心臟的心電圖分析表明炊汹，盡管再生過程中QT間期延長，但動作電位動態(tài)在再生后恢復(fù)正常逃顶。

圖4  斑馬魚再生模型

斑馬魚心臟在受傷后能夠完全再生讨便。在切除模型中，心室心尖被截斷以政，導(dǎo)致形成纖維蛋白凝塊霸褒，新的心臟組織在 60 天內(nèi)生長。在冷凍損傷模型中盈蛮，冷凍探針應(yīng)用于心室废菱，導(dǎo)致局部細胞死亡。隨后發(fā)生炎癥和細胞碎片清除抖誉，并在損傷部位形成疤痕殊轴。大約 120 天后疤痕消失，心臟再生袒炉。

目前旁理，已建立了幾種斑馬魚心臟損傷模型，心室截肢捕獲心臟進行再生的能力我磁，形成纖維蛋白凝塊韧拒，在30-60 dpi內(nèi)逐漸被肌肉取代淹接。心肌梗塞在炎癥和纖維化的同時誘導(dǎo)多種細胞類型的死亡。因此叛溢，再生不僅需要替換丟失的心肌細胞塑悼，還需要去除死細胞、基質(zhì)重塑楷掉、血運重建和心臟機電耦合的重建厢蒜。這可以通過冷凍損傷在斑馬魚中建模，冷凍損傷導(dǎo)致心室受損部分大量局部細胞死亡烹植，導(dǎo)致所有心臟細胞類型的細胞凋亡斑鸦，并復(fù)制MI后發(fā)生的心臟壞死。誘導(dǎo)型基因消融模型草雕，其中細胞類型特異性啟動子驅(qū)動白喉毒素(DTA)或硝基還原酶（一種將甲硝唑轉(zhuǎn)化為細胞毒性劑的酶）的表達巷屿，提供了對不同細胞類型如何促進心臟再生的進一步機制見解。

總之墩虹，斑馬魚心臟損傷模型的構(gòu)建嘱巾，為心臟再生過程中的分子和細胞生物學(xué)機制研究提供了新的手段。近年來不斷發(fā)展的熒光標(biāo)記技術(shù)和高分辨率光學(xué)成像技術(shù)诫钓，將有助于我們進一步解析心臟多種細胞類型在此過程中互作的具體機制旬昭，有望為人類心臟疾病的治療提供新的思路和策略。