斑马鱼为何适用于科研？

斑马鱼为何适用于科研？

文献解读-北京中医药大学折改梅组基于斑马鱼模型探究子芩和枯芩在主要疗效及其核心化学成分方面的异同

前言
长久以来，中国传统医学（TCM）在保护人类健康方面发挥着重要的作用。药材商品通常根据药材的产地、采收日期、生长年份、产地和药材特性等进行规格划分。同一品种、不同规格的中药，其化学成分的种类、含量和比例往往存在差异。这也是TCM和中成药质量和疗效不稳定的主要原因之一。从药理学角度研究TCM的分类与标准化，利用化学计量学方法研究不同中药规格的药效学物质基础的差异，可以有效地挖掘不同中药规格的有效化学成分群。
黄芩是多年生草本植物，根部入药，是亚洲具有悠久应用历史的中药，具有清热燥湿、泻火解毒、止血安胎等功效。现代研究表明，黄芩具有抗炎、镇痛、抗氧化、保肝、抗肿瘤、抗菌、抗病毒等药理作用。临床通常将黄芩分为子芩和枯芩两种规格（目前，中国药典委员会已不再区分两者。不过，这两种规格的药材和片剂在市场上仍在流通）。子芩是黄芩实心、质地坚实部分的根，断面色泽略浅，呈淡黄色至黄色，无枯心，内实体重。主治中下焦疾病，能解大肠火，除湿止痢，滋阴退阳等。枯芩是黄芩芦头中空部分的根，断面深黄色或黄绿色，上部至下部断面的中心均可见棕褐色枯心。主治上焦疾病，能疏通肺气，止咳化痰，祛风清热等。然而，导致子芩和枯芩功效不同的物质基础尚未阐明。
斑马鱼作为一种新兴的模式生物，与哺乳动物不同的是，其具有低成本和高通量的优势，还具有直观地观察整体水平的生物学优势。此外，斑马鱼基因组与人类基因组高度相似，且斑马鱼具有特异的表达通过转基因技术建立的荧光蛋白有助于清晰直观地观察特定细胞在体内的动态反应。
2022年12月28日，北京中医药大学折改梅课题组在《Journal of Ethnopharmacology》上发表了题为“Similarities and differences between Ziqin and Kuqin in anti-inflammatory, analgesic, and antioxidant activities and their core chemical composition based on the zebrafish model and spectrum-effect relationship”的研究论文。该研究采用斑马鱼模型等对采集到的子芩和枯芩的抗炎、镇痛和抗氧化活性进行了综合评价。同时，对样品的HPLC指纹图谱也进行了研究。最后，利用谱效关系研究和UHPLC-Q-TOF/MS技术，系统地探索了对子芩和枯芩的各项活性贡献较大的化学成分群，为临床合理用药提供了依据。

导读
该研究基于药理学和化学两个角度，从药理活性、化学成分以及谱效关系三个方面对黄芩的两个传统规格子芩和枯芩进行系统性研究。



图1 实验步骤



图2 14批样品（S1、S3、S5、S7、S9、S11、S13为枯芩，S2、S4、S6、S8、S10、S12、S14为子芩）

药理活性方面
采用四种斑马鱼模型（硫酸铜（CuSO4）致炎模型、尾部横切致炎模型、冰醋酸诱导疼痛模型、PMA诱导疼痛模型）和三种体外化学抗氧化试验（抗DPPH自由基试验、抗ABTS自由基试验、FRAP铁离子还原能力试验）对子芩和枯芩的药理学活性进行了综合评价。子芩和枯芩均具有显著的抗炎、镇痛和抗氧化活性。其中子芩具有较好的抗氧化活性，而枯芩具有较好的抗炎镇痛活性。



图3 抗CuSO4诱导的炎症活性（左）抗尾横切诱导炎症活性（右）

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图5 抗冰醋酸引起的疼痛活性（左）抗PMA诱导疼痛活性（右）

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表 抗氧化活性测定结果



图6 子芩、枯芩活动评价

化学成分方面
采用HPLC指纹图谱和UHPLC-Q-TOF/MS技术对子芩和枯芩进行分析。子芩和枯芩的化学成分类型和主要成分基本相同，但二者化学成分的含量和比例不同。



图7 HPLC指纹图谱



图8 子芩与枯芩的共同峰比较



表 采用UHPLC-Q-TOF/MS对子芩（左）与枯芩（右）中的化合物进行了鉴定

谱效关系方面
采用RF特征重要性分析和PLSR变量重要性分析对子芩和枯芩进行谱效关系分析。化合物X1、X2（luteoloside）、X3、X4（baicalin）、X6（wogonoside）、X7（baicalein）、X8（wogonin）、X9（oroxylin A）为子芩和枯芩的相同活性化学成分。子芩的抗氧化核心活性成分为化合物X2（luteoloside）、X3、X4（baicalin）、X6（wogonoside）、X7（baicalein）和X9（oroxylin A）。而枯芩抗炎镇痛活性的核心活性成分为化合物X1、X2（luteoloside）、X3、X5、X6（wogonoside）、X7（baicalein）、X8（wogonin）和X9（oroxylin A）。其中木犀草苷、黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素、千层纸素A被成功验证具有较好的抗炎效果。



图9 视觉分析（左） RF分析（右）



表 PLSR分析



表 核心活性化学成分组



图10 测试验证

结语：综上所述，子芩和枯芩的药理活性和化学成分类型基本相同，但在药理活性的能力和趋向性以及各活性化学成分的含量和比例上存在差异。这提示活性化学成分的含量和比例的差异可能是子芩和枯芩的药理活性存在差异的主要原因之一。研究人员认为，将黄芩分为子芩和枯芩，并用它们治疗中医经典中记载的不同疾病是合理的。这些发现将有助于提高对黄芩（子芩和枯芩）临床应用的认识，并为制定质量标准及其进一步研究提供参考。鉴于中医药学领域普遍存在的多规格药材的现象，有必要进行相关的科学研究，尊重临床经验和临床疗效，以实现精准医疗的目标。
原文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0378874122010881

水中小白鼠：斑马鱼是一种约 2.5 厘米长的淡水鱼类，其与人类基因同源性高达85%。

小鱼大用

/// 走进杜克大学实验室，了解为何小小的斑马鱼成了众多研究人员的新宠？


杜克大学的动物培育室位于一幢黄褐色建筑的底层，这里的温度和湿度让人很不舒服，空气中还充斥着一股海鲜的腥味。不过考虑到这里培育的生物，这种环境就再正常不过了。在这里摆放着几千只塑料鱼缸，每只鱼缸里都有几十条斑马鱼在游动——这种两三厘米长、大眼睛的脊椎动物正成为众多科学家的研究新宠。

Nico Katsanis 是杜克大学一名以追寻罕见疾病的成因为己任的遗传学家，他也是数量逐渐增多的用斑马鱼代替啮齿类的研究者中的一员。自从科学家在 1988 年成功实现了选择性改变斑马鱼的DNA以来——这意味着可以将这种鱼变成适于研究人类疾病的模型——关于斑马鱼的生物医学论文的数量就开始飞速增长，从最初的 26 份，达到了如今的数千份之多。

非盈利组织斑马鱼国际资源中心可以向研究者出售 2608 个经过不同基因改造的斑马鱼品种，该机构宣布与其合作的大学实验室和商业公司已经有超过 921 家。“研究正如火如荼地展开。”哈佛医学院的Leonard Zon 说。Zon 的实验室在利用鱼类模型研究皮肤癌、血液疾病和干细胞，其他实验室则在用基因改造过的斑马鱼进行嗜睡症、肌肉失调或是与自闭症相关的脑容量过大等方面的研究。

诚然，医学实验室中的啮齿类动物数量依然远超过斑马鱼。医学研究中以小鼠或大鼠为对象的论文数量是以其他动物为研究对象的论文总数的 10 倍，而且一些生物过程——例如复杂的脑部疾病或与肺部相关的疾病——也更适合使用哺乳动物而不是鱼类进行研究。但是对于大多数其他实验来说，无论是观察肿瘤发展还是筛选新药物，斑马鱼都开始占据更重要的地位。




鱼脑研究：研究者为一条 3 天大的斑马鱼幼鱼的大脑进行了部分着色，以研究控制神经正常生长发育的基因。

与啮齿类动物相比，斑马鱼有 3 个主要优势。首先，它们繁殖迅速。一条雌斑马鱼在授精 3 天后就能产下几百枚卵，而小鼠需要 3 周才能生育 10 只幼崽。同时养育斑马鱼成本也不贵——一个装有几十条斑马鱼的鱼缸一天的维护费用只有 6.5 美分，而一只装有 5 只老鼠的笼子每天则要花掉研究者 1 美元。最后，由于幼鱼是透明的，研究者可以亲眼观察它们的器官成长，使得它们成为研究器官发育问题的上上之选。

在杜克大学，Katsanis 和他的同事使用斑马鱼来更准确地诊断那些存在奇怪健康问题的婴儿，他们的最终目标是找到解决这些问题的方法。尽管实验用大鼠和小鼠很适合研究普通疾病，但是他们的研究——往往涉及极其罕见的疾病——如果使用啮齿类动物的话代价过于昂贵，速度也太慢。

研究者们从附近的社区征集那些被怀疑患有基因疾病的儿童，在临床医生团队对婴儿进行评估后，研究者将装有其血液的试管送往贝勒医学院的人类基因组测序中心。在那里，机器会对婴儿的DNA 测序。如果其中存在突变（往往总是如此），Katsanis 的团队就可以在几个小时内将相同的基因变异导入一条斑马鱼幼鱼中，建立一个病患的模型。接下来，研究者用显微镜对鱼进行大约 5 天的观察，寻找其发育中是否存在解剖学缺陷。

如今，这个杜克大学的团队已经为数十名儿童建立了斑马鱼模型，他们曾为儿童的疾病找到过——用 Katsanis 的话说——“确凿成因或是极有力的致病原因”。举个例子，他们曾遇到一名出生时心脏位置不正常的女婴。研究者复制了她的 6 个被认为可能导致这一问题的基因突变，并将其导入到上千个斑马鱼胚胎中。随后他们对这些鱼进行筛查，寻找心脏位置错误的个体。这项研究让他们发现了一个与患儿症状相关的基因突变。

Katsanis 称，在未来，研究者将利用斑马鱼来找出更多治疗这些罕见疾病的方法。鱼类很适合在进行进一步的哺乳动物实验前对新药中的大量分子进行筛查。研究者简单地将药物溶于水中，斑马鱼就会通过皮肤吸收这些药物。Zon 在哈佛的实验室在世界上首次完全利用斑马鱼完成了一种新药的研发。他们在鱼身上实验了 2500 种不同的分子，并发现其中一种会导致动物的血液干细胞数量出现戏剧性的增长。在老鼠细胞中测试过这种药物后，研究者对 12 名白血病患者进行了临床试验，这些患者的血细胞已经被化疗严重损伤。药物快速恢复了其中10名患者的血细胞数量。在那之后，Zon 还利用斑马鱼筛选法寻找过拥有治疗黑素瘤潜力的药物，并且已经在患者身上进行了试验。

随着斑马鱼在研究人员中进一步的流行，关于新疗法的研究也将迈入一个全新的节奏。“有越来越多的实验室开始建造鱼缸，”Katsanis 说，“斑马鱼的使用量正在呈指数级别增长。”
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百度百科的斑马鱼词条没什么错误，而且很详细了，我就不搬了。。。