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斑马鱼—一种可用于中药抗焦虑药研究的模式生物

 要 斑马鱼作为模式生物在生物学研究中已有一段时间了,尤其是在毒理、发育和遗传方面,*近,斑马鱼正以应激及焦虑新模式生物的姿态出现。其在生理和行为学方面的特点,更适合中药抗焦虑药药理研究和**筛选。

关键词 斑马鱼;抗焦虑;模式生物

模式生物是药学研究的必备工具,合理的模式生物将给药学工作者带极大地方便,而新模型的建立也将会带来新**的发现。近年来,国外利用斑马鱼建立人类**模型逐渐开辟了**研究的新领域。其中,斑马鱼作为应激行为研究的新型模式生物日益受到关注。笔者仅就斑马鱼可作为中药抗焦虑药研究的模式生物的背景、方法及优势做一综述。

1、斑马鱼焦虑研究的背景

斑马鱼(Danio rerio)是一种亚热带淡水鱼类, 体小、卵大, 容易获得,易于饲养,生殖周期短,繁殖能力强,结构简单,具有完整器官、系统的脊椎生物。作为一种相对简单的脊椎生物,其在生理学方面和基因遗传学方面与人类具有很高的同源性,他可以模拟很多人类**,如肿瘤、糖尿病、帕金森综合征、阿尔茨海默病,这为研究人类**的发病机制和临床**提供了工具和途径。

斑马鱼具有经典的脊椎动物神经递质,其单胺类神经系统与哺乳类动物在结构特点上存在很多相似点,比如,去甲肾上腺素、五羟色胺和组胺递质系统均具高度相似性。斑马鱼中脑多巴胺神经元的缺失,这一点同样与哺乳类动物存在一致性。Alsop D等利用斑马鱼的胚胎和幼体检测皮质醇类型及皮质类固醇的合成与信号调节相关基因的表达,发现斑马鱼的神经***系统对应激有很强的生理学反应。在斑马鱼身上,应激反应的基础是下丘脑 - 垂体 - 肾上腺轴,他包含了一系列**:从促肾上腺皮质释放**(CRH)到促肾上腺皮质**(ACTH),再到皮质醇。尤其是,斑马鱼和人类一样使用皮质醇作为主要的应激反应**,而啮齿类动物是使用皮质酮作为主要的应激反应**。这就使斑马鱼在与人类应激生理相关的研究中相比啮齿类动物而言是一种更有价值的模式动物。

但是直到*近,斑马鱼在神经行为学方面作为一种潜在的模式生物才越来越多的受到人们的关注。实验研究发现斑马鱼幼体、成体对不同**如乙醇、氟西汀都有应激反应。在成鱼身上已发表的研究包括社会行为、嗅觉相关行为、焦虑行为、成瘾行为、睡眠、学习以及记忆。

2、斑马鱼焦虑模型的建立与评价

2.1新鱼缸潜水实验(Novel tank diving test)

跟其他物种一样,暴露于新的环境中,斑马鱼会产生显著的焦虑反应。在研究**的抗焦虑效果时,可以利用与啮齿类动物开放实验相似的新鱼缸潜水实验。新鱼缸潜水实验利用了斑马鱼在新环境中寻求保护的本能行为,在新的鱼缸中斑马鱼会潜在缸底且待在缸底不动直到他们感到**了才四处探索。利用这种模型,研究者可以收集和比较一些行为参数来评价焦虑,例如从底部到上半部分的时间,底部到上半部分来回穿梭的次数,古怪行为和静止不动行为。通常,长时间待在底部,待在顶部的时间减少,以及古怪行为和静止不动的次数增加,提示了高度焦虑现象。

2.2 报警信息素(alarm pheromone)及**造模

另一种可引起焦虑的方法是将斑马鱼暴露于报警信息素中。报警信息素是鱼表皮细胞生成的,当表皮细胞膜受到损伤时自动释放,例如在受到捕食者袭击的期间。他可引起附近同种鱼类强烈的恐惧和焦虑反应。在斑马鱼身上,这种恐惧反应表现为:增加鱼群的结合,快速游泳且急速转弯,停止不动的时间和频率增加,进攻行为减少,底部停留的时间显著增加。斑马鱼所有的行为都可通过录像跟踪系统记录下来,这样可以更**的记录实验中斑马鱼的行为,还可减少实验者对他们行为的影响。

已有研究表明,利用抗焦虑药或致焦虑药可以调节斑马鱼的焦虑样行为。烟碱、α-fluromethylhistidine、乙醇和安定均已检测出能够影响斑马鱼的焦虑行为。已有报道,斑马鱼暴露于反向苯二氮卓激动剂FG-7142或长期持续注射***的骤停均可导致**诱发性焦虑[31]。致焦虑药和报警信息素在斑马鱼身上可以引起相对简单,但是很显著的焦虑样行为反应,但给予持续的报警信息素不能显示显著的焦虑样行为反应。

2.3 **水平测量

与行为观察一样,一些生理学指标可以为焦虑研究提供有价值的数据,如应激**水平。研究显示,斑马鱼整体的皮质醇水平可以反应由于生存环境改变引的应激。可以通过测量皮质醇的水平从而进一步评价斑马鱼的焦虑现象。

3、斑马鱼焦虑模型的可靠性

Egan等做了大量的实验来证明斑马鱼作为焦虑模型的可靠性。其利用新鱼缸潜水实验证明在斑马鱼身上可以引起相对简单,但是很显著的焦虑样行为反应。各种用于其它模式生物的抗焦虑或致焦虑药在斑马鱼身上也能得到同样的效果。

暴露于***的斑马鱼组显示出强烈的焦虑现象,表现为在底部逗留时间增长、进入上部的次数减少、古怪行为增加。其焦虑样表现与人类及啮齿类动物对***所致的焦虑样反应是一致的。

经氟西汀长期处理的斑马鱼显示其可作为检测抗焦虑药的潜在模型,因为它能够诱导斑马鱼在上部逗留的时间增长,进入上部的次数增多。其研究所得到的行为学和生理学数据与已发表的经氟西汀处理过的啮齿类动物表现出的焦虑缓解现象高度一致。

与乙醇可以抑制小鼠焦虑一样,短暂暴露于乙醇中同样可以降低斑马鱼的焦虑现象。长期暴露于乙醇中的斑马鱼也表现出了焦虑缓解现象,如在上部逗留时间增长,皮质醇水平降低。

这些研究从行为学、药理学和***方面进一步确证了斑马鱼作为一种焦虑模型的可靠性。

4、斑马鱼用于中药抗焦虑药研究的优势

焦虑症是危害全人类身心健康的常见病、多发病。临床上用于缓解焦虑症的**以苯二氮类为主,包括利眠宁安定及其衍生物。其均可导致困倦、易激、头晕和依赖的副作用。中药也有很多抗焦虑药,因具有**反应小、**范围广、 价格便宜等优点而受到很多人的关注。现今,研究中药抗焦虑药的多用小鼠高架十字迷宫和爬梯实验或大鼠高架十字迷宫实验,而斑马鱼作为模式生物应用于中药抗焦虑药的筛选尚为空白。

基于当前的生物表现学**的发现受制与哺乳类和啮齿类动物研究时需要较大的空间,体内化合物成分复杂,而且表现出的行为相当复杂,难以归纳定量。斑马鱼作为一种动物模型可以减少上述不利因素,与电脑辅助视频追踪技术相结合,使高产量的行为表现学与**筛选结合起来成为一种很有前景的研究渠道。斑马鱼作为一种理想模式生物另一重要原因是:他们相比其他动物要便宜很多,饲养管理的费用低,繁殖能力强,生长周期短。此外,中药具有多效应、多成分、多靶点作用特点,而斑马鱼的敏感性强、**用量小以及整体器官模型更加适合于中药抗焦虑药的研究。

  型号:XR-XG201

虽然斑马鱼显示出了其作为研究动物焦虑行为的潜在模型,但在观察及解析斑马鱼行为时应谨慎权衡几个不同的因素,包括总的活动度,探索减少度(焦虑),逃避行为,异常行为。中药抗焦虑的同时常常伴有安定、抗心悸和**等作用。结合中药药理作用多效性,在利用斑马鱼模型评价药效时也可适当增加部分实验,比如**、学习记忆能力。Egan研究显示不同种类的斑马鱼对应激反应的敏感性也不一样,美洲豹种斑马鱼比野生种斑马鱼的焦虑反应更强。因此在研究抗焦虑药和致焦虑药时所选的鱼种也需考虑。