編者按

斑馬魚，由于其具有與人類視覺(jué)系統(tǒng)相似（特別是視網(wǎng)膜和晶狀體的形態(tài)結(jié)構(gòu)）、胚胎透明易于觀察等特性，被作為視力疾病研究的理想模型。

近年來(lái)，隨著基因編輯技術(shù)、斑馬魚成像技術(shù)等的不斷發(fā)展，研究人員利用斑馬魚模型開展了感光細(xì)胞再生研究、視網(wǎng)膜疾病研究、基因突變與眼部缺陷研究、視力保護(hù)類食品研發(fā)及環(huán)境污染物研究等，并取得了一系列新進(jìn)展。本期我們分享近期發(fā)表的幾篇高分基于斑馬魚模型開展視力疾病研究的最新成果。

01、利用斑馬魚感光細(xì)胞探究恢復(fù)視力的替代療法

文章題目

Restoration of cone-circuit functionality in the regenerating adult zebrafish retina

雜志：Developmental Cell（IF=11.8）

發(fā)表時(shí)間：2024年8月19日

作者：Evelyn Abraham，Hella Hartmann等

單位：德累斯頓工業(yè)大學(xué)德累斯頓再生治療中心等

文章主題：

致盲疾病通過(guò)破壞人類無(wú)法自然再生的感光細(xì)胞導(dǎo)致永久性視力喪失。雖然研究人員正在研究替代或再生這些細(xì)胞的新方法，但關(guān)鍵問(wèn)題是這些再生的光感受器能否完全恢復(fù)視力。不同于人類，斑馬魚在視網(wǎng)膜受損后仍能再生神經(jīng)組織。斑馬魚利用其視網(wǎng)膜中的米勒膠質(zhì)細(xì)胞（Müller glia）來(lái)再生感光細(xì)胞，這使得斑馬魚成為研究感光細(xì)胞再生潛力的理想模型。

德累斯頓工業(yè)大學(xué)德累斯頓再生治療中心的Michael Brand教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)通過(guò)研究斑馬魚——一種天生具備感光細(xì)胞再生能力的動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)再生的感光細(xì)胞能夠正常運(yùn)作，使斑馬魚恢復(fù)視力，這一研究結(jié)果為未來(lái)的感光細(xì)胞替代療法提供了有前景的啟示。

本研究中，研究人員利用斑馬魚基因編輯技術(shù)，借助高端顯微鏡技術(shù)追蹤感光細(xì)胞在突觸（即感光細(xì)胞與其他神經(jīng)細(xì)胞連接并傳遞信號(hào)的關(guān)鍵部位）處的活動(dòng)，證實(shí)了再生的感光細(xì)胞可以恢復(fù)正常的生理功能，并能夠響應(yīng)不同波長(zhǎng)的光線，以與原始細(xì)胞相同的靈敏度、質(zhì)量和速度將信號(hào)傳遞給鄰近細(xì)胞。

圖1

02、利用斑馬魚揭示PABA可調(diào)控視網(wǎng)膜再生

文章題目

P-aminobenzoic acid promotes retinal regeneration through activation of Ascl1a in zebrafish

雜志：NEURAL REGENERATION RESEARCH（IF=6.1）

發(fā)表時(shí)間：2024年8月

作者：夏曉波教授、何美惠、夏明芳、楊倩、陳星夷、李海波

單位：中南大學(xué)、中南大學(xué)湘雅醫(yī)院等

文章主題：

利用內(nèi)源性視網(wǎng)膜 Müller 細(xì)胞修復(fù)受損神經(jīng)元對(duì)青光眼、視網(wǎng)膜色素變性等諸多視網(wǎng)膜變性疾病的治療具有重要價(jià)值。斑馬魚的視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞是一種潛在的干細(xì)胞，在視網(wǎng)膜受損后可自發(fā)的進(jìn)行原位細(xì)胞重編程并補(bǔ)充損傷的神經(jīng)細(xì)胞，但其中的修復(fù)機(jī)制仍有諸多未知。

本研究以NMDA誘導(dǎo)RGCs損傷的斑馬魚為研究對(duì)象，進(jìn)一步通過(guò)代謝組學(xué)鑒定 RGCs 損傷誘導(dǎo)斑馬魚視網(wǎng)膜再生中的差異代謝物。研究發(fā)現(xiàn)，在NMDA損傷的斑馬魚視網(wǎng)膜中，多種代謝物水平發(fā)生改變，其中對(duì)氨基苯甲酸（PABA）顯著減少。進(jìn)一步研究表明，PABA通過(guò)激活NMDA損傷的斑馬魚視網(wǎng)膜中Ascl1a的表達(dá)促進(jìn)Muller膠質(zhì)細(xì)胞的重編程和分裂，以及Muller膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的祖細(xì)胞（MGPC）的增殖，從而促進(jìn)視網(wǎng)膜再生。

該研究亮點(diǎn)體現(xiàn)在：

1. 率先確定了斑馬魚視網(wǎng)膜再生中的差異代謝物，該研究通過(guò)液相色譜-質(zhì)譜分析及代謝組學(xué)測(cè)序，首次鑒定了 RGCs 損傷誘導(dǎo)斑馬魚視網(wǎng)膜再生中的差異代謝物；

2. 首次證實(shí)差異代謝物之一PABA調(diào)控了斑馬魚視網(wǎng)膜再生。PABA通過(guò)激活A(yù)scl1a的表達(dá)，促進(jìn)Muller膠質(zhì)細(xì)胞的去分化和分裂以及MGPC的增殖，從而促進(jìn)視網(wǎng)膜再生。

圖2

03、吡蟲啉斑馬魚視覺(jué)毒性效應(yīng)及機(jī)制研究

文章題目

Imidacloprid affects the visual behavior of adult zebrafish (Danio rerio) by mediating the expression of opsin and phototransduction genes and altering the metabolism of neurotransmitters

雜志：Science of the Total Environment（IF=9.8）

發(fā)表時(shí)間：2024年2月1日

作者：付瑞強(qiáng)、張?zhí)m、劉欣剛等

單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所等

文章主題：

近年來(lái)，環(huán)境生物視覺(jué)缺陷逐漸被關(guān)注。越來(lái)越多的研究表明生物視覺(jué)缺陷與環(huán)境污染物的暴露有關(guān)。已有研究證實(shí)吡蟲啉對(duì)昆蟲果蠅（Drosophila）、東亞飛蝗（Locusta migratoria）和食蚜蠅（Eristalis tenax）的視覺(jué)引導(dǎo)性行為存在影響，表明吡蟲啉可造成生物視覺(jué)損傷。

視覺(jué)系統(tǒng)是水生生物對(duì)環(huán)境污染物的敏感靶點(diǎn)，吡蟲啉在水體中的普遍存在，對(duì)水生生物的視覺(jué)系統(tǒng)造成巨大威脅。研究團(tuán)隊(duì)以斑馬魚成魚為動(dòng)物模型，探討了吡蟲啉對(duì)成年斑馬魚的視覺(jué)毒性及其分子機(jī)制。

環(huán)境相關(guān)濃度（10和100μg/L）持續(xù)暴露21天后，斑馬魚眼睛中吡蟲啉的可檢測(cè)含量分別為23.0±0.80和121±1.56ng/mg，成年斑馬魚的視覺(jué)行為受損。免疫熒光、熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)表明，斑馬魚視網(wǎng)膜中視紫紅質(zhì)的含量發(fā)生了明顯的變化。在成年斑馬魚中，基因表達(dá)節(jié)律在暗和亮光捕獲中起關(guān)鍵作用，以及光轉(zhuǎn)導(dǎo)的24小時(shí)被顯著破壞。靶向代謝組學(xué)分析顯示，與神經(jīng)遞質(zhì)功能相關(guān)的16種代謝物的含量發(fā)生了顯著變化，并在精氨酸生物合成、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝、色氨酸代謝等前三種代謝途徑中富集。

這些結(jié)果表明，吡蟲啉暴露通過(guò)干擾斑馬魚視蛋白基因的表達(dá)影響視網(wǎng)膜的光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，造成斑馬魚的視覺(jué)行為受到損害，包括平滑跟蹤和視覺(jué)引導(dǎo)的自我運(yùn)動(dòng)的能力下降，為全面了解和評(píng)估新煙堿類殺蟲劑的生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為水生生物視覺(jué)毒性評(píng)估模型建立以及有效預(yù)防及控制環(huán)境生物及人類視覺(jué)障礙提供理論支撐。

圖3

04、利用斑馬魚研究無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞在顏色視覺(jué)中的作用

文章題目

Amacrine cells differentially balance zebrafish color circuits in the central and peripheral retina

雜志：Cell Reports（IF=10.0）

發(fā)表時(shí)間：2023年2月28日

作者：Tom Baden、Leon Lagnado、王歆瑋等

單位：英國(guó)薩塞克斯大學(xué)等

文章主題：

脊椎動(dòng)物的視網(wǎng)膜由光感受器細(xì)胞（包括視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞）接收信號(hào)，并將之預(yù)處理后傳遞至下游的神經(jīng)元。已有研究表明，在斑馬魚幼魚中，外層視網(wǎng)膜的神經(jīng)環(huán)路已經(jīng)通過(guò)四類視錐細(xì)胞將“顏色”信息從“灰度”信息中分離出來(lái)。然而，目前對(duì)于內(nèi)層視網(wǎng)膜神經(jīng)元如何處理傳入的顏色光譜信息，并以此來(lái)形成顏色視覺(jué)，目前還不清楚。

無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞 (ACs) 一直被認(rèn)為是視網(wǎng)膜中最為多樣的細(xì)胞類型，其主要功能為對(duì)視覺(jué)通路上的雙極細(xì)胞 (BCs) 和視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞 (RGCs) 的信號(hào)進(jìn)行調(diào)控。本研究通過(guò)成對(duì)斑馬魚幼魚的無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞和雙極細(xì)胞的活體成像，探究了無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞在脊椎動(dòng)物的顏色視覺(jué)中的功能。

通過(guò)對(duì)無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞的藥物阻斷實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞能夠協(xié)助建立一些雙極細(xì)胞的顏色拮抗，而同時(shí)又會(huì)消除另一些雙極細(xì)胞中已經(jīng)存在的顏色拮抗，因而，在特定的視網(wǎng)膜區(qū)域中，無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞對(duì)于雙極細(xì)胞顏色反應(yīng)的總調(diào)控作用為零。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這一動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)對(duì)”O(jiān)n pathway” 的調(diào)控實(shí)現(xiàn)的。與這個(gè)發(fā)現(xiàn)相吻合的是，“Off layer” 中的無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞絕大多是無(wú)法分辨顏色的（achromatic），而大多的顏色拮抗的無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞都在“On layer”中。

本研究為腦內(nèi)計(jì)算如何演化提供了一種潛在的解釋：在脊椎動(dòng)物和各種無(wú)脊椎動(dòng)物的眼中，顏色計(jì)算的演化可能先于復(fù)雜時(shí)空視覺(jué)的演化。

圖4

05、輪胎橡膠添加劑導(dǎo)致斑馬魚嚴(yán)重眼部損傷

文章題目

A ubiquitous tire rubber additive induced serious eye injury in zebrafish (Danio rerio)

雜志：Journal of Hazardous Materials（IF=14.2）

發(fā)表時(shí)間：2024年7月5日

作者：Jing Chang, Rui Huang, Zhaoguang Zhang, Yunrui Pan, Zheng Ma, Bin Wan, Huili Wang等

單位：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心等

文章主題：

輪胎磨損顆粒（TWPs）是通過(guò)輪胎和路面之間的摩擦產(chǎn)生的，已成為世界上主要的微塑料之一。輪胎制造過(guò)程中使用硫化添加劑、保護(hù)性添加劑和加工添加劑，以滿足汽車輪胎性能的要求。添加劑可以從TWPs中釋放出來(lái)，并最終保留在水或土壤中，這可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅。

輪胎磨損顆粒（TWPs）滲濾液暴露通過(guò)抑制甲狀腺過(guò)氧化物酶（TPO）活性對(duì)魚類造成嚴(yán)重眼損傷。本研究中，通過(guò)參考文獻(xiàn)搜索、基于QSAR和ToxCast數(shù)據(jù)庫(kù)的模型預(yù)測(cè)、分子對(duì)接和體內(nèi)測(cè)定，將2-巰基苯并噻唑（MBT）確定為TWPs滲濾液中潛在的TPO抑制劑，進(jìn)一步探討了MBT在環(huán)境相關(guān)濃度下的毒性機(jī)制。

斑馬魚幼魚眼尺寸減小主要是由于視網(wǎng)膜內(nèi)核層（INL）和外核層（ONL）晶狀體直徑和細(xì)胞密度減小。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，MBT暴露后通過(guò)抑制感光細(xì)胞增殖過(guò)程顯著抑制了眼部光轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。MBT暴露后甲狀腺激素信號(hào)減弱誘導(dǎo)視蛋白基因表達(dá)改變和視蛋白水平降低。這些結(jié)果與從已知的TPO抑制劑甲巰咪唑獲得的結(jié)果相當(dāng)。本研究不僅突出了斑馬魚幼魚滲濾液中毒性最強(qiáng)的化合物，還為復(fù)雜混合物中的毒物鑒定提供了新方法。

圖5

06、利用斑馬魚揭示視網(wǎng)膜功能障礙ADGRV1相關(guān)的遺傳疾病機(jī)制

文章題目

Generation and Characterization of a Zebrafish Model for ADGRV1-Associated Retinal Dysfunction Using CRISPR/Cas9 Genome Editing Technology

雜志：Cells（IF=5.1）

發(fā)表時(shí)間：2023年6月10日

作者：Merel Stemerdink，Sanne Broekman等

單位：荷蘭拉德堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心(Radboudumc)等

文章主題：

Usher綜合征是一種常染色體隱性遺傳疾病，以色素性視網(wǎng)膜炎(RP)引起的聽力損傷和視覺(jué)功能進(jìn)行性喪失為特征。在全球范圍內(nèi)，約有40,000人因ADGRV1基因致病性變異引起的視網(wǎng)膜色素變性(RP)而逐漸喪失視力，目前尚無(wú)治療方案。

斑馬魚被認(rèn)為是研究Usher綜合征相關(guān)視網(wǎng)膜功能障礙的合適模型。本研究中，研究人員利用斑馬魚基因編輯技術(shù)在adgrv1外顯子9 (adgrv1rmc22)上引入了一個(gè)4bp的缺失，揭示了ADGRV1相關(guān)RP的病理機(jī)制。

免疫組化分析顯示，Adgrv1在adgrv1rmc22斑馬魚視網(wǎng)膜連接纖毛的光感受器區(qū)域缺失。Adgrv1的缺失導(dǎo)致USH2復(fù)合體成員usher和Whrnb的水平降低，這表明Adgrv1與斑馬魚光感受器中的usher和Whrnb相互作用。將adgrv1rmc22斑馬魚與野生型對(duì)照進(jìn)行比較時(shí)，進(jìn)一步觀察到光感受器細(xì)胞體中異常定位的視紫紅質(zhì)水平升高，視網(wǎng)膜電圖(ERG) b波振幅下降，這表明缺乏Adgrv1會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜功能受損?；谶@些發(fā)現(xiàn)，可以將adgrv1rmc22斑馬魚作為第一個(gè)顯示早期視網(wǎng)膜功能障礙的ADGRV1突變模型。此外，在評(píng)估未來(lái)ADGRV1相關(guān)RP的新治療策略的療效時(shí)，觀察到的表型變化可作為可量化的結(jié)果指標(biāo)。

圖6

作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務(wù)開拓者與引領(lǐng)者、斑馬魚生物技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動(dòng)物、人體”四位一體的綜合技術(shù)服務(wù)體系，開展健康美麗CRO服務(wù)、科研服務(wù)、智慧實(shí)驗(yàn)室搭建三大業(yè)務(wù)。目前，環(huán)特已建立200多種斑馬魚模型及腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養(yǎng)平臺(tái)，歡迎有需要的讀者垂詢！

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