斑马鱼研究报告

斑 马 鱼 研 究 报 告 (Zebrafish,Danio rerio)

目 录 一 斑 马 鱼 二 斑 马 鱼 基 因 与 人 类 极 为 相 似 三 利 用 斑 马 鱼 作 为 模 式 动 物 四 斑 马 鱼 的 心 生 五 突 变 斑 马 鱼 及 转 基 因 斑 马 鱼 表 現 类 似 人 类 疾 病 六 斑 马 鱼 胚 胎 研 究 七 研 究 者 在 活 的 斑 马 鱼 身 上 直 接 观 看 器 官 的 发 育 与 病 变 八 解 开 人 与 体 內 活 菌 共 生 秘 密 九 斑 马 鱼 胚 胎 基 因 有 助 研 究 癌 症 阿 滋 海 默 和 帕 金 森 症 十 视 网 膜 有 自 我 修 复 潜 能 十 一 培 育 变 种 斑 马 鱼 可 望 用 于 人 脸 整 型 十 二 基 因 決 定 人 类 肤 色 十 三 斑 马 鱼 的 运 动 情 形 肌 肉 的 发 育 及 肌 肉 与 运 动 神 经 的 调 控 机 制 十 四 细 胞 如 何 储 存 脂 肪 有 助 減 肥 新 疗 法 十 五 类 固 醇 荷 尔 蒙 的 功 能 与 调 控 十 六 中 神 经 细 胞 形 成 之 分 子 调 控 机 制 十 七 斑 马 鱼 基 因 调 控 网 路 十 八 干 扰 斑 马 鱼 基 因 的 技 术 十 九 培 育 环 保 转 基 因 斑 马 鱼 二 十 改 造 斑 马 鱼 基 因 來 试 水 质 二 十 一 利 用 斑 马 鱼 作 为 人 类 疾 病 模 型 及 药 物 节 选 二 十 二 药 物 节 选 二 十 三 抗 癌 药 物 节 选

斑 马 鱼 原 产 于 东 印 度 恒 河 流 域, 亦 分 布 于 巴 基 斯 坦 尼 泊 尔 缅 甸 斑 马 鱼 成 鱼 体 长 约 4~5 公 分, 体 呈 纺 锤 形, 稍 侧 扁 体 侧 从 头 至 尾 布 满 多 条 蓝 色 条 纹, 酷 似 斑 马, 故 得 名 斑 马 鱼 1. 斑 马 鱼 是 研 究 发 育 生 物 学 的 新 兴 模 式 动 物 2. 斑 马 鱼 由 于 具 有 饲 育 容 易 胚 胎 透 明 体 外 受 精 突 变 种 多 遗 传 学 工 具 成 熟 等 诸 多 优 点, 近 年 来 已 成 为 研 究 脊 椎 动 物 发 育 与 人 类 遗 传 疾 病 的 新 兴 模 式 动 物 3. 与 其 他 脊 椎 动 物 相 较 下, 斑 马 鱼 最 大 的 优 点 就 是 具 有 多 达 6000 多 种 的 遗 传 突 变 种, 这 些 突 变 种 的 建 立 大 致 上 是 利 用 X 射 线 ENU 或 反 转 录 病 毒 的 感 染 造 成 基 因 组 的 突 变, 之 后 再 经 由 多 次 的 子 代 筛 选 所 得 4. 突 变 种 的 表 征 包 含 如 胚 层 分 化, 器 官 发 育, 生 理 调 适 与 行 为 表 现 等 多 方 面, 所 以 可 提 供 研 究 人 员 极 佳 的 正 向 遗 传 学 材 料 来 进 行 发 育 机 制 上 的 研 究 5. 在 斑 马 鱼 系 统 中 也 开 发 出 阻 断 基 因 功 能 的 工 具 -Morpholino, 可 快 速 以 逆 向 遗 传 学 手 法 来 验 证 基 因 的 功 能 所 以 正 向 遗 传 学 与 逆 向 遗 传 学 的 巧 妙 利 用, 可 以 正 确 推 导 出 斑 马 鱼 遗 传 发 育 途 径, 也 是 目 前 斑 马 鱼 成 为 研 究 人 类 疾 病 新 兴 模 式 动 物 的 主 要 原 因 斑 马 鱼 基 因 与 人 类 极 为 相 似 在 实 验 室 里, 动 物 在 生 物 研 究 领 域 中 对 人 类 有 巨 大 的 贡 献 除 了 人 们 所 熟 悉 的 鼠 兔 等 动 物 外, 斑 马 鱼 凭 借 繁 殖 能 力 强 胚 胎 透 明 生 长 速 度 快 以 及 其 基 因 与 人 类 基 因 相 似 性 高 的 优 势, 已 成 为 生 物 学 家 在 实 验 室 进 行 科 研 的 新 选 择 由 于 斑 马 鱼 基 因 与 人 类 基 因 的 相 似 度 达 到 87%, 这 意 味 着 在 其 身 上 做 药 物 实 验 所 得 到 的 结 果 在 多 数 情 况 下 也 适 用 于 人 体, 因 此 它 受 到 生 物 学 家 的 重 视 因 为 斑 马 鱼 的 胚 胎 是 透 明 的, 所 以 生 物 学 家 很 容 易 观 察 到 药 物 对 其 体 内 器 官 的 影 响 雌 性 斑 马 鱼 可 产 卵 200 枚, 胚 胎 在 24 小 时 内 就 可 发 育 成 形, 这 使 得 生 物 学 家 可 以 在 同 一 代 鱼 身 上 进 行 不 同 的 实 验, 进 而 研 究 病 理 演 化 过 程 并 找 到 病 因 正

是 通 过 在 斑 马 鱼 身 上 进 行 的 实 验, 生 物 学 家 发 现, 包 括 人 类 在 内 的 一 些 脊 椎 动 物 之 所 以 产 下 奇 异 的 双 头 幼 仔, 是 因 为 两 种 基 因 活 动 紊 乱 造 成 的 令 人 惊 奇 的 是, 这 种 生 活 在 热 带 的 鱼 还 能 够 再 造 被 部 分 切 除 的 器 官, 从 而 为 从 事 修 复 受 损 脊 髓 的 研 究 人 员 打 开 了 方 便 之 门 除 了 繁 殖 力 强 基 因 与 人 类 基 因 相 似 等 优 点 以 外, 斑 马 鱼 苗 条 的 身 材 1 升 水 里 可 以 容 纳 上 百 条 鱼 饲 养 起 来 很 容 易, 也 是 吸 引 生 物 学 家 的 原 因 难 怪 斑 马 鱼 会 成 为 21 世 纪 实 验 室 里 的 新 明 星 利 用 斑 马 鱼 作 为 模 式 动 物 筛 选 斑 马 鱼 胚 胎 或 成 鱼 基 因 库 中 相 似 于 人 类 致 病 或 特 殊 功 能 之 基 因, 经 不 同 之 构 筑 处 理 后 利 用 显 微 注 射 注 射 入 单 细 胞 期 之 斑 马 鱼 受 精 卵 中, 观 察 特 定 基 因 在 斑 马 鱼 胚 胎 发 育 过 程 中 所 扮 演 之 角 色 直 接 将 人 类 基 因 进 行 构 筑 后 注 射 入 斑 马 鱼 单 细 胞 胚 胎 中, 观 察 并 推 测 人 类 基 因 之 生 理 功 能 直 接 利 用 不 同 发 育 期 斑 马 鱼 胚 胎 进 行 基 因 原 位 表 现 之 鉴 定 斑 马 鱼 胚 胎 亦 可 应 用 于 药 物 之 毒 性 试 验, 观 察 特 定 药 物 对 斑 马 鱼 胚 胎 发 育 之 影 响 或 致 死 程 度, 其 毒 性 试 验 结 果 应 可 作 为 人 类 药 物 筛 选 之 参 考 斑 马 鱼 的 心 生 科 学 家 发 现 斑 马 鱼 的 心 脏 受 损 后 仍 能 重 新 复 原, 这 是 首 次 发 现 脊 椎 动 物 的 心 脏 重 生, 给 治 疗 人 类 心 脏 病 带 来 新 希 望 许 多 研 究 显 示 多 种 无 脊 椎 动 物 能 够 重 新 长 出 攸 关 生 死 的 器 官 但 是 大 部 分 脊 椎 动 物 和 所 有 哺 乳 动 物 在 心 脏 受 损 时 只 长 出 伤 疤 组 织 而 甚 少 长 出 心 肌 哈 佛 医 学 院 和 儿 童 医 院 的 霍 华 休 斯 医 学 研 究 院 院 究 员 Mark T. Keating 等 人 发 现 斑 马 鱼 有 心 脏 重 生 的 能 力 他 们 在 移 除 斑 马 鱼 两 成 心 脏 后 两 个

月, 斑 马 鱼 又 重 新 长 回 原 本 移 除 掉 的 心 脏 部 份 他 们 也 发 现 当 一 个 特 定 的 基 因 突 变 了, 心 脏 组 织 就 无 法 重 长 回 去 而 只 长 出 伤 疤 组 织 突 变 斑 马 鱼 及 转 基 因 斑 马 鱼 表 現 类 似 人 类 疾 病 利 用 传 统 的 诱 发 突 变 方 法 或 新 颖 的 转 基 因 方 法, 可 以 产 生 人 类 疾 病 模 型 的 斑 马 鱼 株 例 如 : 突 变 斑 马 鱼 gridlock 发 生 主 动 脉 发 育 不 正 常, 造 成 血 液 阻 塞 无 法 流 至 躯 干 及 尾 部, 也 因 此 在 阻 塞 区 域 常 发 育 出 额 外 平 行 的 动 脉 这 样 的 病 症, 类 似 人 类 的 一 种 先 天 性 动 脉 发 育 缺 陷, 在 人 类 遗 传 学 研 究, 尚 无 法 了 解 这 个 缺 陷 是 如 何 造 成 的, 但 藉 由 研 究 gridlock 得 知, 问 题 出 在 早 期 动 静 脉 细 胞 分 化 的 过 程, 原 来 该 发 育 为 动 脉 的 细 胞 转 发 育 成 静 脉 更 可 贵 的 是,gridlock 被 用 来 作 药 物 筛 选, 得 到 两 种 药 物 可 以 医 治 动 脉 发 育 的 缺 陷, 可 能 是 藉 由 刺 激 血 管 内 皮 细 胞 增 生 因 子 (VEGF) 的 合 成 在 转 基 因 方 法 的 应 用 上, 哈 佛 大 学 的 研 究 团 队 首 先 利 用 转 基 因 方 法, 过 度 表 达 myc 基 因 造 成 一 株 类 似 人 类 T 细 胞 白 血 病 (T cell leukemia) 的 斑 马 鱼 另 有 许 多 转 基 因 鱼 会 表 现 人 类 癌 症 病 症 的 斑 马 鱼 被 发 表 这 些 鱼 将 来 可 帮 助 我 们 进 一 步 了 解 癌 症 病 变 机 制 过 程 可 用 作 药 物 筛 选, 找 出 新 的 特 异 抗 癌 药, 相 当 具 有 医 药 前 景 斑 马 鱼 胚 胎 研 究 脐 带 血 干 细 胞 移 植 较 骨 髓 移 植 排 斥 问 题 轻 微, 但 脐 带 血 分 量 少, 现 只 够 供 儿 童 病 人 使 用 香 港 大 学 在 2004 年 12 月 以 斑 马 鱼 胚 胎 作 研 究, 希 望 增 大 脐 带 血 干 细 胞 的 量 惠 及 成 人 病 者 的 可 行 性, 初 步 已 确 认 透 过 抑 制 一 种 名 为 chordin 的 基 因, 可 直 接 增 加 胚 胎 的 造 血 量, 下 一 步 会 用 老 鼠 和 人 类 细 胞 作 测 试 选 择 斑 马 鱼 作 研 究, 是 因 血 液 组 合 与 人 类 相 似, 有 红 血 球 白 血 球 淋 巴 等

细 胞, 加 上 鱼 身 透 光 度 高, 透 过 电 子 显 微 镜 可 清 楚 观 察 胚 胎 变 化, 且 生 长 和 发 育 迅 速 在 斑 马 鱼 胚 胎 注 入 抑 制 chordin 功 能 的 物 质 后 发 现, 胚 胎 内 制 造 血 液 部 分 明 显 胀 大, 血 干 细 胞 数 量 增 加 并 快 速 分 裂 生 长, 血 红 素 分 量 亦 较 正 常 胚 胎 增 加 逾 倍 研 究 者 在 活 的 斑 马 鱼 身 上 直 接 观 看 器 官 的 发 育 与 病 变 它 的 发 育 过 程 器 官 构 造 生 理 功 能 基 因 结 构 等 都 与 哺 乳 类 动 物 非 常 相 近 首 先 在 培 育 萤 光 基 因 鱼 的 技 术 上, 多 加 一 个 限 定 发 光 部 位 的 操 作 培 育 萤 光 基 因 鱼 的 时 候, 可 从 水 母 身 上 取 得 绿 色 萤 光 蛋 白 (green fluorescent protein, GFP) 基 因, 透 过 基 因 转 殖 技 术, 注 入 鱼 胚 胎, 经 培 育 筛 选, 就 可 得 到 发 出 绿 色 萤 光 的 鱼 中 央 研 究 院 细 胞 与 个 体 生 物 学 研 究 所 特 聘 研 究 员 吴 金 洌 博 士 和 他 的 研 究 团 队, 建 立 一 个 新 的 研 究 模 式 研 究 内 容 与 消 化 道 有 关 的 疾 病 操 作 方 法 则 透 过 萤 光 基 因 和 基 因 转 殖 技 术, 培 育 出 特 定 器 官 会 发 出 萤 光 的 斑 马 鱼, 以 便 研 究 者 能 在 活 着 的 斑 马 鱼 身 上 直 接 观 看 器 官 的 发 育 与 病 变 启 动 子 是 重 要 关 键 研 究 员 决 定 从 肝 脏 疾 病 的 研 究 模 式 后, 就 开 始 准 备 培 育 只 有 肝 脏 发 光, 其 他 部 位 不 发 光 的 斑 马 鱼 但, 在 进 行 培 育 前, 必 须 找 到 只 在 肝 脏 细 胞 内 启 动 的 启 动 子 因 启 动 子 是 个 重 要 的 基 因 序 列, 没 有 它 基 因 就 无 法 表 现, 且 特 定 的 基 因 要 由 特 定 的 启 动 子 启 动 这 种 关 系, 如 开 关 和 家 电 用 品 一 样, 开 关 没 开, 电 气 就 无 法 启 动 研 究 员 找 到 一 个 只 在 肝 脏 表 现 的 基 因 肝 脏 型 脂 肪 酸 结 合 蛋 白 ( 简 称 L- FABP). 透 过 基 因 选 殖 技 术, 先 把 这 个 基 因 的 启 动 子 选 殖 出 来, 然 后 接 上 绿 色 荧 光 蛋 白 基 因, 再 经 由 基 因 转 殖 注 入 鱼 受 精 卵 培 育 节 选 等 程 序, 最 后 得 到 只 在 肝 脏 发 出 绿 色 荧 光 的 斑 马 鱼 肝 脏 病 变 的 研 究 模 式 研 究 员 用 酒 精 浸 泡 肝 脏 发 光 的 斑 马 鱼 后, 肝 脏 上 的 荧 光 减 弱 了, 这 是 肝 脏

细 胞 功 能 受 损 的 表 现, 确 定 这 个 模 式 可 作 为 研 究 肝 脏 细 胞 的 指 标 而 肠 道 胰 脏 和 肝 脏 一 样, 都 是 由 内 胚 层 发 育 出 来 的, 若 能 找 到 只 在 肠 道 或 只 在 胰 脏 启 动 的 启 动 子, 就 可 依 相 同 模 式 研 究 肠 道 或 胰 脏 接 着 研 究 员 又 把 L-FABP 的 启 动 子, 接 上 C 型 肝 炎 病 毒 中 具 有 致 癌 性 的 HCV 核 心 蛋 白, 经 过 基 因 转 殖 等 程 序 后 发 现, 斑 马 鱼 肝 脏 逐 渐 出 现 形 成 肝 癌 的 三 大 变 化, 也 就 是 脂 肪 肝, 纤 维 化, 以 及 肝 癌 形 成, 因 而 确 信 这 个 模 式 也 可 用 来 肝 癌 的 机 制 解 开 人 与 体 內 活 菌 共 生 秘 密 美 国 科 学 家 培 育 出 可 在 无 菌 内 生 存 的 斑 马 鱼, 透 过 对 照, 有 助 解 开 人 体 与 肠 道 内 活 菌 合 作 的 秘 密, 协 助 解 决 人 类 的 消 化 系 统 问 题 美 国 健 康 日 新 闻 指 出, 人 体 内 友 善 的 肠 道 细 菌 有 助 人 类 消 化 食 物 或 执 行 一 些 重 要 功 能, 华 盛 顿 大 学 圣 路 易 士 医 学 院 一 项 新 研 究 指 出, 斑 马 鱼 可 在 无 菌 的 环 境 下 培 育, 如 此 一 来, 就 可 观 察 与 比 较 有 肠 道 内 细 菌 共 生 或 无 这 些 细 菌 共 生 的 优 缺 点 研 究 员 表 示, 人 类 与 友 善 的 肠 道 细 菌 互 动 功 能 相 当 复 杂, 这 项 研 究 类 似 活 生 生 的 试 管 实 验, 可 认 定 哪 些 基 因 与 化 学 物 质 可 让 肠 道 内 的 益 菌 加 强 人 类 健 康, 了 解 消 化 系 统 问 题 斑 马 鱼 胚 胎 基 因 有 助 研 究 癌 症 阿 滋 海 默 和 帕 金 森 症 实 验 发 现 可 以 清 楚 看 到 基 因 是 开 或 是 关, 因 此 可 以 稍 微 操 控 胚 胎 基 因, 看 看 某 些 特 定 基 因 是 否 有 所 变 化 由 于 斑 马 鱼 的 胚 胎 比 人 类 或 是 白 老 鼠 还 要 大, 而 且 整 个 胚 胎 都 是 透 明 的 科 学 家 可 以 很 清 楚 明 白 的 看 见 所 有 变 化, 而 且 这 些 是 很 重 要 的 基 因, 告 诉 细 胞 如 何 彼 此 交 谈, 让 他 们 知 道 细 胞 是 否 应 该 继 续 成 长 即 如 果 细 胞 不 应 该 再 成 长, 但 是 却 继 续 长 大, 就 表 示 此 细 胞 可 能 已 经 成 为 癌

斑 马 鱼 的 胚 胎 研 究 有 助 于 人 类 更 加 了 解 癌 症, 阿 滋 海 默 症 和 帕 金 森 氏 症, 可 说 是 贡 献 良 多 视 网 膜 有 自 我 修 复 潜 能 据 英 国 媒 体 报 导, 该 项 研 究 结 果 是 伦 敦 大 学 学 院 (UCL) 眼 科 研 究 所 的 科 研 人 员 在 研 究 斑 马 鱼 后 得 出 的 他 们 发 现 斑 马 鱼 的 视 网 膜 可 生 成 源 源 不 断 的 放 射 状 胶 质 细 胞, 这 些 细 胞 能 够 分 化 成 健 康 的 视 网 膜 细 胞, 自 动 修 复 受 损 的 视 网 膜 科 学 家 又 研 究 了 年 龄 段 在 18 个 月 至 91 岁 之 间 的 人 类 眼 睛 他 们 发 现, 人 类 视 网 膜 也 拥 有 类 似 斑 马 鱼 那 种 放 射 状 胶 质 细 胞, 只 是 这 些 细 胞 不 具 活 性 目 前, 科 学 家 可 以 轻 而 易 举 地 把 放 射 状 胶 质 细 胞 分 化 为 视 网 膜 细 胞 并 大 量 繁 殖, 并 已 成 功 地 移 植 到 老 鼠 身 上 如 果 能 够 制 造 一 种 药 物, 激 活 人 类 体 内 不 具 活 性 的 放 射 状 胶 质 细 胞, 使 它 们 自 己 分 化 为 新 的 视 网 膜 细 胞, 将 是 治 疗 眼 疾 的 最 佳 办 法 网 膜 受 损 是 造 成 失 明 的 重 要 原 因 无 论 哪 种 试 验 成 功, 都 将 是 青 光 眼 老 年 黄 斑 变 性 和 因 糖 尿 病 导 致 的 各 种 眼 疾 者 的 一 大 福 音 培 育 变 种 斑 马 鱼 可 望 用 于 人 脸 整 型 以 人 工 方 式 制 造 出 10 几 只 基 因 突 变 的 斑 马 鱼, 他 们 的 头 部 骨 头 突 变, 造 成 下 巴 突 出 并 且 多 了 一 个 嘴 巴 陈 曜 鸿 表 示, 这 是 全 世 界 第 一 次 研 究 发 现 斑 马 鱼 头 骨 突 变, 有 如 人 类 下 巴 的 戽 斗, 深 入 研 究 后 希 望 能 借 此 治 疗 人 类 的 脸 型 问 题, 对 于 整 形 美 容 将 有 所 帮 助 斑 马 鱼 的 基 因 与 人 类 基 因 的 相 似 度 高, 卵 的 数 量 多 又 透 明, 生 长 速 度 快, 基 因 转 殖 操 作 简 单, 所 以 易 于 实 验 陈 曜 鸿 强 调, 斑 马 鱼 99% 的 基 因 已 被 研 究 清 楚, 找 到 变 种 基 因 后, 再 到 人 类 基 因 库 找 出 类 似 的 基 因, 就 可 发 现 头 部 骨 头 长 成 国 字 脸 或 下 巴 戽 斗 的 原 因

基 因 決 定 人 类 肤 色 在 美 国 科 学 杂 志 中 一 篇 研 究 报 告 指 出, 斑 马 鱼 体 内 有 一 种 基 因 可 以 决 定 人 类 毛 发 皮 肤 和 眼 睛 的 颜 色 斑 马 鱼 有 很 多 基 因 与 人 类 基 因 相 似, 因 此 被 广 泛 应 用 于 遗 传 学 的 研 究 美 国 宾 夕 法 尼 亚 州 州 立 大 学 研 究 人 员 发 现, 斑 马 鱼 基 因 组 中 存 在 一 个 决 定 鱼 皮 深 浅 颜 色 的 基 因, 这 个 基 因 上 的 单 一 胺 基 酸 的 改 变, 在 色 素 沉 着 过 程 中 担 任 着 重 要 位 置 由 于 人 类 也 存 在 这 个 基 因, 研 究 人 员 认 为, 这 或 许 可 以 解 释 为 什 么 许 多 欧 洲 人 皮 肤 颜 色 比 较 浅, 也 可 能 有 助 于 找 到 治 疗 恶 性 黑 色 素 瘤 ( 一 种 恶 性 皮 肤 癌 ) 的 方 法 斑 马 鱼 的 运 动 情 形 肌 肉 的 发 育 及 肌 肉 与 运 动 神 经 的 调 控 机 制 调 控 肌 肉 血 球 及 肝 脏 特 异 性 蛋 白 表 现 的 分 子 机 制 已 经 被 研 究 得 相 常 澈 底, 但 是 神 经 特 异 性 的 基 因 调 控 机 制 却 因 其 细 胞 种 类 的 复 杂 性, 目 前 才 刚 在 起 步 神 经 特 异 性 钠 离 子 通 道 Nav1.6 大 量 表 现 在 中 枢 及 周 边 感 觉 神 经 糸 统, 有 效 地 调 控 神 经 的 兴 奋 性, 因 此 它 的 基 因 活 性 包 括 mrna 及 蛋 白 的 调 控 是 研 究 神 经 科 学 的 重 要 课 题 使 用 斑 马 鱼 做 为 基 因 转 殖 的 研 究 材 料, 在 活 体 神 经 发 育 的 过 程 中, 以 绿 萤 光 蛋 白 的 表 现 情 形 追 踪 Nav1.6 在 脑 部 脊 髓 周 边 神 经 的 表 现 这 个 调 控 机 制 之 研 究 将 能 恊 助 我 们 了 解 神 经 持 异 性 蛋 白 如 何 得 以 只 存 在 于 神 经 糸 统 细 胞 如 何 储 存 脂 肪 有 助

減 肥 新 疗 法 美 国 科 学 家 发 现 脂 肪 如 何 储 存 在 人 体 细 胞 最 后 为 了 测 试 基 因 对 于 动 物 全 身 的 影 响, 叶 希 瓦 大 学 研 究 团 队 在 斑 马 鱼 的 卵 子 中 注 入 部 分 DNA, 以 便 干 扰 FIT2 的 表 现 研 究 人 员 以 高 脂 肪 的 食 物 喂 食 斑 马 鱼 产 下 的 幼 鱼 六 小 时, 以 便 引 发 身 体 产 生 脂 滴 科 学 家 发 现 两 种 基 因, 控 制 脂 肪 包 在 磷 脂 膜 与 蛋 白 质 下 方, 形 成 脂 滴 学 者 认 为, 这 种 包 裹 脂 肪 的 过 程 相 当 重 要, 让 细 胞 可 以 利 用 脂 肪 作 为 能 量 来 源, 但 如 果 储 存 过 多 脂 肪, 便 会 造 成 肥 胖 类 固 醇 荷 尔 蒙 的 功 能 与 调 控 类 固 醇 荷 尔 蒙 调 节 我 们 体 内 的 糖 分 与 盐 分, 并 影 响 我 们 性 征 的 表 现, 功 能 很 广 泛 它 们 在 体 内 的 含 量 受 到 严 格 调 控, 过 多 或 太 少 都 引 起 病 症 因 此 如 何 调 控 这 些 类 固 醇 的 合 成, 我 们 已 知 类 固 醇 合 成 基 因 如 Cyp11a1 被 转 录 因 子 SF-1 所 活 化, 因 此 实 验 室 便 利 用 三 种 不 同 的 实 验 题 材 来 研 究 此 基 因 的 调 控 与 其 功 能 I. 用 突 变 鼠 研 究 类 固 醇 的 调 控 与 功 能 II. 斑 马 鱼 的 发 育 III. 类 固 醇 合 成 基 因 的 调 控 机 制 中 神 经 细 胞 形 成 之 分 子 调 控 机 制 神 经 系 统 中 的 神 经 细 胞 (neurons) 及 神 经 胶 细 胞 (glia) 乃 由 神 经 干 细 胞 (neural stem cell) 所 衍 生 而 成, 其 形 成 之 机 制 乃 受 到 细 胞 之 内 在 因 子 与 周 遭 生 物 环 境 之 严 密 调 控, 而 由 其 研 究 所 得 之 知 识 可 运 用 在 治 疗 神 经

缺 损 疾 病 斑 马 鱼 胚 胎 发 育 中 的 后 脑, 以 此 工 具 研 究 该 系 统 中 神 经 细 胞 形 成 之 分 子 调 控 机 制 而 后 脑 在 发 育 时 期 之 特 殊 节 状 结 构 (rhombomere) 提 供 了 研 究 神 经 组 织 之 空 间 结 构 及 神 经 细 胞 形 成 调 控 之 有 利 工 具 目 前 的 重 点 包 括 研 究 Notch 讯 号 传 递 及 其 下 游 分 子 Hairy/E(spl), 和 Sox 转 录 因 子 群, 研 究 这 些 因 子 于 后 脑 结 构 之 形 成 与 神 经 细 胞 增 生 与 分 化 中 之 功 能 斑 马 鱼 基 因 调 控 网 路 目 前 国 内 已 成 功 地 利 用 斑 马 鱼 进 行 肝 癌 皮 肤 癌 骨 癌 等 癌 症 研 究, 并 以 基 因 转 殖 斑 马 鱼 分 离 出 影 响 血 管 再 生 的 原 始 突 变 种, 来 从 事 血 管 再 生 血 管 表 现 型 矫 正 研 究, 进 而 筛 选 出 治 疗 血 管 疾 病 或 癌 症 的 新 药 目 前 在 生 命 科 学 研 究 领 域 中, 人 小 鼠 斑 马 鱼 是 脊 椎 动 物 中 三 种 主 要 的 研 究 模 式 人 体 的 研 究 受 限 许 多, 小 鼠 和 斑 马 鱼 最 容 易 取 得 将 斑 马 鱼 和 小 鼠 相 比, 它 的 优 点 包 括 : 胚 胎 发 育 期 短 (2-3 天 ) 器 官 形 成 的 过 程 易 于 观 察 性 成 熟 期 短 (3 个 月 ) 可 以 物 理 及 化 学 方 法 产 生 变 种 鱼 可 用 分 子 生 物 学 方 法 改 变 特 定 基 因 的 表 现 及 产 生 基 因 转 殖 鱼 等 特 性 单 细 胞 受 精 卵 可 施 打 DNA RNA 并 密 切 追 踪 后 续 的 影 响, 再 加 上 斑 马 鱼 基 因 序 列 已 完 全 解 码, 因 此 是 研 究 癌 症 心 血 管 疾 病 器 官 发 育 脊 椎 动 物 胚 胎 发 育 神 经 发 育 细 胞 凋 亡 的 重 要 模 式, 在 药 物 毒 性 的 筛 检 也 扮 演 重 要 角 色 斑 马 鱼 实 验 室 致 力 于 研 究 基 因 网 路 的 构 成 及 调 控, 以 及 研 究 肝 癌 大 肠 直 肠 癌 或 其 他 癌 症 病 人 的 基 因 网 路 上 的 缺 陷, 最 终 在 于 利 用 药 物 或 改 变 基 因 网 路 的 调 控 达 到 控 制 癌 症 及 细 胞 生 长 分 化 的 目 标 干 扰 斑 马 鱼 基 因 的 技 术 两 华 裔 学 者 获 美 医 学 研 究 奖, 实 验 团 队 成 功 研 发 出 由 于 斑 马 鱼 身 体 透 明,

很 容 易 观 察, 许 多 研 究 脊 椎 生 物 的 学 者 都 喜 欢 以 斑 马 鱼 为 研 究 对 象, 以 了 解 其 单 细 胞 发 展 与 生 理 情 况 其 他 科 学 家 曾 成 功 在 果 蝇 与 小 白 鼠 身 上 进 行 过 干 扰 基 因 实 验, 而 陈 詹 士 等 人 首 次 成 功 实 现 了 精 确 干 扰 斑 马 鱼 基 因 吴 庆 明 为 斯 坦 福 大 学 心 血 管 与 放 射 医 疗 学 助 理 教 授 他 与 同 事 发 明 了 一 种 新 技 术, 并 用 这 种 技 术 培 养 出 可 发 展 成 不 同 形 式 细 胞 的 多 潜 能 干 细 胞 培 育 环 保 转 基 因 斑 马 鱼 斑 马 鱼, 在 复 旦 大 学 培 育 成 功, 并 通 过 专 家 验 收 这 种 鱼 能 灵 敏 快 速 地 显 示 水 环 境 是 否 受 雌 激 素 类 物 质 污 染, 即 便 污 染 仅 有 极 微 量 程 度, 转 基 因 斑 马 从 美 国 引 进 并 建 成 规 模 化 自 动 化 模 式 生 物 斑 马 鱼 养 殖 科 技 平 台 和 遗 传 背 景 清 楚 的 纯 种 斑 马 鱼 种 鱼 一 种 可 直 观 监 测 环 境 雌 激 素 污 染 的 神 奇 转 基 因 斑 马 鱼 这 种 鱼 能 灵 敏 快 速 地 显 示 水 环 境 是 否 受 雌 激 素 类 物 质 污 染, 即 便 污 染 仅 有 极 微 量 程 度, 转 基 因 斑 马 鱼 的 肝 脏 也 会 发 射 绿 色 萤 光 改 造 斑 马 鱼 基 因 來 试 水 质 美 国 辛 辛 那 提 大 学 正 研 究 透 过 经 基 因 改 造 的 斑 马 鱼, 探 测 食 水 供 应 中 是 否 点 有 毒 素 或 致 癌 物 质 斑 马 鱼 遇 致 癌 物 身 体 会 发 光 研 究 人 员 首 先 将 烛 火 虫 的 基 因, 注 入 斑 马 鱼 的 脱 氧 核 糖 核 酸 (DHA) 之 中 当 斑 马 鱼 暴 露 在 致 癌 物 质 多 氯 联 二 苯 之 下, 身 体 会 发 光 以 斑 马 鱼 探 测 水 质 的 方 法, 除 了 比 传 统 的 仪 器 探 测 方 法 更 加 便 捷 便 宜 之 外, 另 一 个 好 处 是 当 他 生 活 在 被 污 染 的 水 域 时, 健 康 不 会 受 到 伤 害, 而 在 他 离 开 污 水 后, 身 体 也 会 自 动 停 止 发 光 当 研 究 人 员 为 他 们 解 毒 后, 他 们 又 可 以 继 续 投 入 侦 查 水 质 的 任 务

利 用 斑 马 鱼 作 为 人 类 疾 病 模 型 及 药 物 节 选 斑 马 鱼 利 于 发 育 遗 传 学 研 究 被 开 发 为 实 验 模 型 动 物, 具 有 诸 多 优 点, 仅 概 述 重 要 几 项 : 1. 它 是 脊 椎 动 物, 具 有 近 似 人 类 的 各 种 器 官 系 统, 例 如 : 心 脏 血 管 系 统 消 化 系 统 神 经 系 统 适 合 用 研 究 脊 椎 动 物 的 胚 胎 及 器 官 发 育 2. 它 是 体 外 受 精 的 动 物, 且 早 期 胚 胎 是 透 明 的, 利 于 观 察 发 育 过 程 中 完 整 型 态 的 变 化 3. 斑 马 鱼 的 养 殖 设 备 比 老 鼠 简 单, 且 花 费 也 低 4. 斑 马 鱼 成 熟 快, 且 繁 殖 力 强, 利 于 遗 传 学 之 研 究 5. 斑 马 鱼 可 以 很 容 易 进 行 诱 发 突 变 及 基 因 转 植, 利 于 研 究 基 因 功 能 药 物 节 选 利 用 斑 马 鱼 做 药 物 节 选, 有 下 列 优 点 : (1) 斑 马 鱼 是 整 只 动 物 直 接 做 测 试, 可 同 时 检 测 毒 性 及 药 性, 省 时 又 有 效 率, 不 像 一 般 用 细 胞 节 选 得 的 药 物, 往 往 到 了 动 物 身 上 会 产 生 毒 性, 或 根 本 没 有 预 期 的 药 效 (2) 斑 马 鱼 胚 胎 非 常 小, 所 需 药 剂 量 非 常 少, 且 发 育 快, 比 用 老 鼠 要 节 省 且 快 速 多 了 (3) 斑 马 鱼 胚 胎 在 体 外 发 育, 易 观 察 研 究 药 效 利 用 野 生 种 fli1 : EGFP 及 reg6 突 变 鱼 来 尝 试 作 药 物 筛 选, 主 要 的 想 法 如 下 : 1. 目 前 有 一 些 抗 癌 新 药 是 借 着 抑 制 血 管 增 生, 我 们 希 望 利 用 fli1: EGFP 来 筛 得 更 多 抑 制 血 管 增 生 的 药, 未 来 或 者 可 以 成 为 抗 癌 新 药 2. 突 变 鱼 在 再 生 的 尾 鳍 中 形 成 血 泡, 类 似 人 类 一 种 血 管 疾 病 尾 鳍 血 管 们 利 用 类 似 人 类 疾 病 的 突 变 鱼 来 做 药 物 筛 选, 希 望 能 得 到 新 药 将 可 以 用 来 治 疗 人 类 类 似 的 疾 病 为 了 证 明 斑 马 鱼 的 确 可 以 拿 来 做 药 物 筛 选, 首 先 用 两 种 已 知 的 抑 制 血

管 增 生 药 物 来 测 试 旧 药 新 知 在 药 物 节 选 的 测 试 过 程 中, 意 外 地 发 现 一 些 旧 的 药, 似 乎 有 一 些 我 们 未 知 的 药 效 举 个 例 子 : 马 儿 铃 酸, 是 曾 用 于 减 肥 药 中 的 一 个 中 药 成 分, 已 知 很 可 能 会 造 成 肾 小 管 组 织 间 纤 维 化, 且 或 肾 表 皮 细 胞 癌 化, 进 而 造 成 肾 毒 用 斑 马 鱼 测 试 时, 发 现 它 会 影 响 心 脏 的 早 期 发 育 及 后 来 的 功 能, 被 马 儿 铃 酸 处 理 过 的 斑 马 鱼, 其 心 脏 内 腔 会 逐 渐 缩 小, 血 液 无 法 循 环, 最 后 导 致 全 身 性 组 织 坏 死 抗 癌 药 物 节 选 现 代 环 境 污 染 工 作 压 力 及 遗 传 等 等 因 素 下 癌 症 发 生 比 率 逐 年 升 高, 人 体 内 正 常 细 胞 有 一 定 生 命 期 限, 当 到 达 一 定 时 间 会 进 入 细 胞 凋 亡 的 程 序 而 死 亡, 如 此 人 体 和 器 官 细 胞 可 以 维 持 在 一 定 的 细 胞 数 量 和 年 轻 的 细 胞 状 态, 而 癌 症 为 人 体 内 一 群 失 去 控 制 的 细 胞, 无 止 尽 增 生, 并 且 有 一 定 的 机 会 会 扩 散 到 其 他 组 织 和 器 官, 造 成 器 官 功 能 丧 失 目 前 在 癌 症 治 疗 上 使 用 的 分 是 不 外 乎 放 射 线 治 疗 化 学 治 疗 和 药 物 治 疗 放 射 线 治 疗 和 化 学 治 疗 的 方 式 为 杀 死 癌 细 胞 为 主, 但 是 这 两 种 方 式 无 法 只 针 对 癌 细 胞 做 治 疗, 同 时 也 会 伤 害 正 常 细 胞 使 得 病 人 产 生 极 为 不 适 的 症 状, 例 如, 呕 吐 头 发 掉 落 食 欲 不 振 牙 齿 脱 落 和 虚 弱 等, 在 漫 长 的 癌 症 治 疗 上 病 人 心 理 状 态 因 此 大 受 影 响 且 造 成 某 方 面 的 残 障, 这 些 接 起 因 于 放 射 线 治 疗 和 化 学 治 疗 无 法 专 一 性 针 对 癌 细 胞 作 用, 而 是 全 面 性 杀 死 细 胞 ( 包 括 正 常 细 胞 ) 若 使 用 药 物 治 疗 则 无 上 述 严 重 副 作 用, 其 可 辨 识 癌 细 胞 所 分 泌 的 蛋 白 质 或 是 抑 制 血 管 增 生 阻 碍 养 分 输 送 到 癌 细 胞, 使 之 自 然 死 亡 药 物 对 于 癌 细 胞 有 专 一 性, 产 生 副 作 用 远 小 于 放 射 线 和 化 学 治 疗, 所 以 目 前 医 学 界 正 致 力 于 研 究 药 物 对 于 癌 症 上 的 治 疗, 但 是 药 物 的 研 发 一 直 是 药 物 开 发 上 的 一 大 难 题, 主 要 是 因 为 药 物 的 研 发 需 要 经 过 药 物 效 果 的 发 现 各 种 的 动 物 实 验 药 物 商 业 化 制 造 的 研 发 和 最 终 的 人 体 实 验, 从 一 新 药 物 的 发 现 到 最 后 使 用 于 人 体 上 通 常 要 经 过 数 十 年 时 间 并 投 入 上 亿 元 经 费, 在 这 期 间 需 要 大 笔 资 金 投 入 于 不 知 何

时 能 回 收 的 药 物 研 究 上, 常 常 使 得 药 厂 却 步 从 1980 年 代 开 始 一 种 新 型 态 的 模 式 物 种 - 斑 马 鱼 被 开 始 使 用 于 实 验 室 里 的 药 物 筛 检 上 在 生 物 分 类 上 斑 马 于 和 人 类 同 为 脊 椎 动 物, 生 理 状 态 近 似, 基 因 体 大 小 为 人 类 的 一 半 (1.7*1023 对 碱 基 ) 且 染 色 体 皆 为 双 套 体, 胚 胎 发 育 时 呈 现 透 明 状 态, 易 于 研 究 人 员 早 期 观 察 药 物 对 于 胚 胎 器 官 是 否 造 成 畸 型 及 药 物 作 用 效 果 对 于 药 厂 开 发 意 愿 上 大 大 增 加, 研 发 时 程 也 大 大 缩 短, 对 于 某 些 已 发 生 癌 症 的 病 人 来 说, 药 物 的 研 发 时 程 非 常 重 要 在 国 际 学 术 研 究 上 已 经 有 某 部 份 诺 贝 尔 得 奖 主 放 弃 原 本 所 了 解 的 模 式 物 种 转 而 使 用 班 马 鱼 筛 选 药 物, 在 药 物 开 发 上 应 可 期 待 斑 马 鱼 对 于 药 物 上 研 发 的 贡 献