【评价原理】
炎症是免疫系统对组织损伤和感染的一种反应,主要特点就是白细胞(粒细胞、巨噬细胞)会聚集在感染组织周围。斑马鱼的免疫系统非常类似于哺乳动物。创伤发生时,中性粒细胞、巨噬细胞对创伤性炎症几乎同时作出应答,中性粒细胞迁移速度快,先募集到损伤部位,随后巨噬细胞才到达。数小时后,炎症开始消退,巨噬细胞和中性粒细胞离开损伤部位。用手术刀截断斑马鱼尾鳍,诱发急性损伤,促使斑马鱼中性粒细胞发生免疫应答。
采用转基因中性粒细胞荧光鱼(呈绿色),可在荧光显微镜在观察到尾鳍截断的斑马鱼创面中性粒细胞数量比正常斑马鱼明显增加。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和服用抗炎药组。其中正常对照组未截断尾鳍,模型对照组和服用抗炎药组均截断尾鳍。服用抗炎药组在切断尾鳍后摄入吲哚美辛、阿司匹林、布洛芬、双氯芬酸之类的抗炎药。
服用一段时间抗炎药后,我们观察斑马鱼尾鳍中性粒细胞数量,并通过Q-PCR检测TNF-α、COX-2、IL-1β、IL-6和IL-10炎症相关因子的表达。
【结果展示】
图1. 斑马鱼尾鳍炎症中性粒细胞表型图
黄色虚线区域为尾鳍,绿色颗粒为中性粒细胞
可以看到,服用/注射抗炎药组尾鳍中性粒细胞与正常对照组相似,未出现创面中性粒细胞募集情况。
以TNF-α、COX-2基因为例,提供柱状图。
图2. 斑马鱼TNF-α基因相对表达量
与模型对照组比较,**p < 0.01
可以看到,服用/注射抗炎药组斑马鱼与模型对照组比较,TNF-α基因表达明显下调。
图3. 斑马鱼COX-2基因相对表达量
与模型对照组比较,***p < 0.001
可以看到,服用/注射抗炎药组斑马鱼与模型对照组比较,COX-2基因表达明显下调。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用/注射抗炎药组尾鳍中性粒细胞数量与正常对照组相似,未出现创面中性粒细胞募集情况,且TNF-α、COX-2、IL-1β、IL-6和IL-10炎症因子明显下调。
2.本实验证实了吲哚美辛、阿司匹林、布洛芬、双氯芬酸具有显著的抗炎作用,且抑制TNF-α、COX-2、IL-1β、IL-6和IL-10炎症相关因子的表达。
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【评价原理】
肿瘤治疗中一个普遍存在的问题就是多药耐药。在化疗引起的肿瘤耐药机制中,肿瘤细胞的P-糖蛋白(P-gp)表达水平升高是主要机制之一。P-gp是一种细胞外转运子,P-gp表达水平升高会导致进入肿瘤细胞会很快被转运到细胞外,导致肿瘤细胞内的化疗药浓度达不到杀死肿瘤细胞的浓度,进而产生耐药性。
让正常斑马鱼摄入荧光底物(呈红色),由于P-gp的存在,正常斑马鱼将荧光底物泵出体外,残留在体内的荧光底物很少;而用P-gp抑制剂环孢菌素A处理后,P-gp的活性受到抑制,P-gp荧光底物不能被排出,残留在斑马鱼体内的荧光底物增多。若某种药物能够增加荧光底物在斑马鱼体内的存留,则其可能是潜在的P-gp抑制剂。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成两组,分别是正常对照组和服用P-gp抑制剂组。斑马鱼提前P-gp抑制剂数小时,而正常斑马鱼和服用P-gp抑制剂组都摄入了等量的荧光底物(荧光底物通过溶解到养鱼用水中的方式摄入到斑马鱼体内)。一定时间后,观察斑马鱼卵黄囊荧光底物的残留情况(卵黄囊荧光强度)来体现P-gp抑制剂逆转多药耐药作用。
【结果展示】
图1. 斑马鱼多药耐药表型图
可以看到,服用P-gp抑制剂组的斑马鱼卵黄囊明显比正常对照组的亮,说明其对P-gp有显著的抑制作用。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用P-gp抑制剂组的斑马鱼卵黄囊明显比正常对照组的亮,说明其对P-gp有显著的抑制作用。
2.本实验证实了环孢菌素A、维拉帕米具有逆转多药耐药作用。
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【评价原理】
肠道消化是食物在消化道中分解的过程,包括机械性消化(通过消化道肌肉搜索将食物与消化液混合并向消化道远端推送)和化学性消化(通过消化腺分泌的消化酶将大分子分解为小分子物质的过程)。肠道内的消化液包括胰脂肪酶、胰蛋白酶、胰淀粉酶等。在受精后的26-126 h,斑马鱼肠道的管腔形成,内胚层分化出连续的有功能的肠道上皮。斑马鱼肠道肌肉发达,可分为两层平滑肌,有利于食物的蠕动消化。
通过特异性的检测试剂盒检测OD值,可以量化斑马鱼体内胰脂肪酶和胰蛋白酶含量。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成二组,分别是正常对照和服用供试品组(供试品通过溶解到养鱼用水中或注射的方式摄入到斑马鱼体内),加入相应的胰脂肪酶和胰蛋白酶特异性检测试剂。
服用供试品后,我们使用酶标仪对斑马鱼进行OD值的检测。
【结果展示】
图1. 斑马鱼胰脂肪酶和胰蛋白酶OD值
可以看到,服用供试品组的胰脂肪酶和胰蛋白酶的OD值与正常对照组比较,有显著性提高。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用供试品组与正常对照组比较胰脂肪酶和胰蛋白酶含量均有明显的升高。
2.本实验证实了供试品具有促进肠道消化功能的作用,主要表现为增加胰脂肪酶和胰蛋白酶的含量。
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【评价原理】
糖尿病是一种由遗传基因决定的与感染、肥胖等环境因素促发有关的疾病,其基本病理生理为绝对或相对性胰岛素分泌不足引起的代谢紊乱。持续的高血糖水平导致糖尿病并发症发生,高血糖累及中枢和周围神经病变,出现神经炎症。感觉神经受损较为多见,出现麻木、触电、发热、蚁行感,运动神经受损则出现肌力下降。斑马鱼胰腺的形态发生和基本细胞结构、排列方式类似于哺乳动物,斑马鱼食欲调节(如血清素)和胰岛素调节功能与人类相似,斑马鱼其他涉及葡萄糖体内平衡的器官系统(包括脑、肝、脂肪细胞组织和骨骼肌)的发育和功能也与哺乳动物类似。斑马鱼在糖负荷状态下表现出持续高血糖现象,用高糖高脂饲料可以诱发斑马鱼高血糖,模拟人的二型糖尿病的神经并发症。
用转基因运动神经荧光斑马鱼(呈绿色),患有高血糖的斑马鱼运动神经细胞损伤、荧光强度减弱,在荧光显微镜下可以观察到。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和服用降糖产品组。其中正常对照组未摄入高糖高脂饲料,模型对照组与服用降糖产品组都摄入了等量的高糖高脂饲料(高糖高脂饲料通过溶解到养鱼用水中的方式摄入到斑马鱼体内。降糖产品组在摄入高糖高脂饲料的同时摄入松花蛹虫草之类的降糖产品。
服用一段时间降糖产品后,我们用荧光显微镜观察斑马鱼周围运动神经荧光强度。
【结果展示】
图1. 斑马鱼周围运动神经荧光强度
白色箭头代表运动神经
可以看到,模型对照组周围运动神经荧光强度较正常对照组明显减弱,而降糖产品组斑马鱼周围运动神经荧光强度明显增强。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,降糖产品组斑马鱼周围运动神经荧光强度与模型对照组比较明显增强。
2.本实验证实了松花蛹虫草之类的产品具有神经保护作用。
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【评价原理】
便秘的主要表现是排便次数减少和排便困难。斑马鱼是一种与人类同源性较高的脊椎动物,它的肠道组成与人类相似,具有内皮细胞、结缔组织、环状肌肉和外纵肌层。硫酸铝能减少肠道蠕动,诱发斑马鱼便秘。
经过喂食不被肠道吸收的特异性荧光材料,可以明显的观察到被便秘斑马鱼肠道蠕动减慢,肠道内的荧光强度明显比正常斑马鱼亮。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和服用通便剂组。服用通便剂组提前服用一段时间吗丁啉、派立清口服液和慈素粉之类的通便剂后,正常对照组、模型对照组与服用通便剂组都摄入了等量荧光材料。荧光材料摄入后,正常对照组不做任何处理,模型对照组和服用通便剂组都摄入了等量硫酸铝(荧光材料和硫酸铝通过溶解到养鱼用水中的方式摄入到斑马鱼体内)。
服用一段时间通便剂后,我们在荧光显微镜下观察斑马鱼肠道荧光强度。
【结果展示】
图1. 斑马鱼肠道荧光强度表型图
可以看到,服用通便剂组的肠道荧光强度较模型对照组明显减弱。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用通便剂组的肠道荧光强度较模型对照组明显减弱。
2.本实验证实了吗丁啉、派立清口服液和慈素粉等具有明显通便功效。
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【评价原理】
伤口在愈合过程中会出现一系列的机体反应,如形成新生毛细血管、损伤部位出现黑色素募集现象、伤口部位会出现大量的白细胞以增强伤口对感染的抵抗能力,并有大量的坏死细胞以及凋亡细胞被清除等。
利用斑马鱼幼鱼通体透明,成年斑马鱼尾鳍结构简单、易于手术操作、损伤后不影响生存等特点,通过物理/化学方法损伤斑马鱼肌肉、皮肤造成斑马鱼组织再生或伤口损伤。可以观察到幼鱼伤口部位(1)黑色素;(2)新生血管;(3)凋亡细胞;(4)巨噬细胞;(5)坏死细胞。可以观察到成鱼尾鳍的再生面积和长度。
【实验方案】
我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和伤口愈合促进剂组。其中正常对照组未经过物理/化学损伤,模型对照组与伤口愈合促进剂组都经过了同程度的损伤。服用伤口愈合促进剂组在损伤后摄入胶原蛋白类等伤口愈合促进剂。
在幼鱼上服用一段时间伤口愈合促进剂后,观察伤口色素变化、新生血管情况、伤口部位凋亡细胞和巨噬细胞的荧光强度以及坏死细胞的数量。
在成鱼上服用一段时间伤口愈合促进剂后,观察成鱼尾鳍再生面积和长度的情况。
【结果展示】
白色虚线为尾鳍切除范围,红色虚线为尾鳍再生面积,黑色箭头所指为沿鳍条再生射线方向统计尾鳍再生长度的示意图
可以看出,伤口愈合促进剂组的组织再生面积与模型对照组比较增多。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用伤口愈合促进剂组与模型对照组比较,黑色素明显减轻、新生血管数明显增多、凋亡细胞、巨噬细胞及坏死细胞明显减少。
2.经过每组10尾斑马成鱼的对比实验,服用伤口愈合促进剂组与模型对照组比较,组织再生面积较模型对照组增多。
3.本实验证实了胶原蛋白具有促进伤口愈合功效。
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【评价原理】
关节软骨受到急性外伤和慢性磨损,出现不同程度的损伤,导致关节疼痛、活动受限,甚至功能丧失。关节软骨的修复主要靠软骨细胞的增殖分化,生产足够的细胞外基质修复软骨缺损。人软骨细胞通常是静止的,血管化程度低,营养主要来源于关节液和软骨下骨,修复再生则显得十分有限,需要外源性的手段来辅助修复。地塞米松破坏软骨细胞的代谢平衡,引起软骨细胞的死亡或凋亡,从而引起软骨损伤。斑马鱼的骨骼发育与其他脊椎动物骨骼发育过程极其相似,因此,可用于软骨修复功效评价。
斑马鱼的软骨主要分布于头部,包括七对咽颅软骨弓(下颌弓、舌弓及五对鳃弓)和脑颅软骨。基于转基因软骨荧光斑马鱼特性,患有软骨损伤的斑马鱼的软骨荧光强度会明显比正常斑马鱼的软骨荧光强度要暗很多,可以明显被观察到。
【实验方案】
我们将受测试软骨荧光斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和软骨修复产品组。其中正常对照组未摄入地塞米松,模型对照组与服用软骨修复产品组都摄入了等量的地塞米松(地塞米松通过溶解到养鱼用水中的方式摄入到斑马鱼体内)。服用软骨修复产品组在摄入地塞米松的同时摄入硫酸软骨素之类的软骨修复产品。
服用一段时间软骨修复产品后,我们观察软骨荧光的变化。
【结果展示】
图1. 斑马鱼软骨表型图
绿色荧光为斑马鱼头部软骨
可以看到,服用软骨修复产品组的软骨情况与未摄入地塞米松的正常对照组比较相似,没有明显的软骨损伤。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用软骨修复产品组的软骨情况与未摄入地塞米松的正常对照组相似,并未出现模型对照组的软骨损伤的情况。
2.本实验证实了硫酸软骨素具有明显软骨修复功效。
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【评价原理】
斑马鱼的鳔从器官进化、组织结构以及生物学等多个层面都类似于哺乳动物的肺泡。我们与浙江大学公共卫生学院从事慢阻肺研究的团队合作,进行鱼鳔损伤模型与肺损伤相关性研究。我们发现细微颗粒、细菌、肿瘤细胞以及肺炎患者的灌洗液都会引起斑马鱼鳔损伤,产生严重的炎症反应,甚至导致斑马鱼鳔破裂。通过我们所做的机制方面的研究及实验证明,斑马鱼模型可以作为急性肺损伤研究的新模型,进而可以用于肺损伤治疗或者预防的有关药物的筛选。
(1)细菌性肺炎:注射给予LPS建立斑马鱼肺炎模型。LPS是脂质和多糖的复合物,来源于革兰氏阴性菌细胞壁的外膜,是内毒素的主要成分。接触一定量的LPS会引起机体支气管炎、肺炎、肝炎及脂多糖血症。
(2)病毒性肺炎:注射给予聚肌胞——poly(i:c)建立斑马鱼肺炎模型。poly(i:c)的双链RNA结构非常类似于病毒或病毒复制过程中形成的双链RNA,所以poly(i:c)类似某些病毒,具有很强的干扰素诱生作用。
通过使用转基因中性粒细胞绿色荧光斑马鱼,在荧光显微镜下可以直接观察斑马鱼中性粒细胞,使用实时荧光定量PCR仪可获得基因表达水平,通过制作组织病理切片观察斑马鱼鱼鳔部位的病理结构变化。
【实验方案】
(1)我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和抗肺炎药物组。其中,模型对照组与抗肺炎药物都注射了等量的LPS建立肺炎模型。抗肺炎药物在注射了LPS的同时摄入吲哚美辛之类的抗肺炎药物。
(2)我们将受测试斑马鱼分成三组,分别是正常对照组、模型对照组和抗肺炎药物组。其中,模型对照组与抗肺炎药物都注射了等量的聚肌胞——poly(i:c)建立肺炎模型。抗肺炎药物在注射了poly(i:c)的同时摄入吲哚美辛之类的抗肺炎药物。
服用一段时间抗肺炎药物后,我们在荧光显微镜下拍摄斑马鱼中性粒细胞,用实时荧光定量PCR仪检测TNF-α、IL-1β值,同时制作成病理切片观察鱼鳔部位的病理结构变化。
【结果展示】
图1. 斑马鱼中性粒表型图
黄色虚线区域为鱼鳔,绿色荧光颗粒为中性粒细胞
可以看到,服用抗肺炎药物组斑马鱼鱼鳔位置处的中性粒细胞与正常对照组相似,未出现模型对照组中性粒细胞明显增多的情况。
图2. TNF-α、IL-1β基因表达水平
与模型对照组比较,***p < 0.001
可以看到,服用抗肺炎药物组斑马鱼的炎症基因表达水平与正常对照组较为接近,未出现模型对照组炎症基因的表达水平明显升高的情况。
图3. 鱼鳔部位病理切片
从病理切片中也能看出来,服用抗肺炎药物组斑马鱼鱼鳔病理结构与正常对照组相似,未出现模型对照组渗入的中性粒细胞数的情况。
【评价结论】
1.经过每组30尾斑马鱼的对比实验,服用抗肺炎药物在中性粒细胞、炎症基因表达和病理结构均与正常对照组相似,未出现模型对照组的中性粒细胞数显著增加炎症基因表达水平明显升高和病理出现中性粒细胞渗出的情况。
2.本实验证实了吲哚美辛具有显著的防治肺炎作用。
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