3月6日,是世界淋巴水腫日。血管生成是從已有血管新生血管的過程,參與損傷修復、炎癥與腫瘤進展;淋巴管生成則是胚胎期淋巴管網絡形成與擴展的核心機制,也是腫瘤細胞進入淋巴系統的關鍵過程。異常的血管、淋巴管生成,常常會引起炎癥性皮膚病、淋巴水腫、硬皮病、肥胖、高血壓、腫瘤轉移等各類疾病。
近年來,斑馬魚憑借其獨特的優勢,已從單純觀察淋巴管和血管生成、發育,發展成為可以深入探究“基因-細胞-功能-藥物”多維關系的綜合性研究平臺,為探究血管/淋巴調控機制、靶向調控異常淋巴管及血管生成、干預炎癥性疾病、心血管病及腫瘤等疾病進展提供了全新的工具。目前,環特生物已開發血管/淋巴相關轉基因品系斑馬魚、斑馬魚淋巴損傷等系列模型,并可以為客戶開展血管/淋巴相關課題方案設計,歡迎有需要的客戶垂詢!
01、斑馬魚在淋巴/血管生成中的應用進展
斑馬魚淋巴管形成和發育周期較短,具有體外發育、胚胎透明、清晰易觀察等優勢,是淋巴管、血管生成研究領域理想的動物模型。
基于轉基因品系斑馬魚模型,不僅可以實時追蹤淋巴管、血管形成及重塑過程,深入解析VEGFs、血管生成素等信號通路的分子網絡,而且,能可靠模擬淋巴/血管生成異常導致的各類疾病,直觀觀察巨噬細胞、中性粒細胞等免疫細胞與脈管系統的動態互作,揭示炎癥微環境對血管生成的調控機制,使其在淋巴/血管發育機制、疾病治療與機制解析、中藥現代化研究、調控機制研究等領域展現出卓越的價值。

圖1 轉基因斑馬魚(gata1:DsRed;fli1:EGFP)的血管和淋巴管,來源:陳巖, 等. 斑馬魚模型淋巴系統研究進展[J]. 中國免疫學雜志, 2022, 38(11): 1396-1400.
一、斑馬魚:發育機制的“活體顯微鏡”
1. 淋巴系統發育:斑馬魚可用于揭示淋巴管起源,連接"基因-細胞-功能"研究、解析淋巴系統發育機制及探索相關疾病干預靶點等。2025年底,Nat Rev Mol Cell Bio.上一項最新研究,通過斑馬魚模型揭示了VEGFR3–PROX1軸在淋巴管發育中的必要性;也有研究發現凝血酶受體Parl能調控斑馬魚淋巴管發育,并揭示了發育關鍵因子VEGF-C/VEGFR3、CCBE1、CXCL12/CXCR4等,以及軀干、腸道、面部等不同部位的淋巴管遺傳異質性方面的核心作用。

圖2 斑馬魚軀干淋巴管發育的階段(TS Mulligan & BM Weinstein. Microvas Res. 2014 )
2. 血管系統發育:斑馬魚也是研究血管生成與再生的理想模型,其軀干節間血管(ISV)已成為篩選促/抗血管生成藥物的經典評價指標。已有研究利用斑馬魚鰭再生實驗,證明了在組織再生的生理性血管形成過程中,存在一個與腫瘤血管擬態非常相似的過程,并明確了VEGFA/VEGFR2信號軸在血管出芽、遷移及管腔形成中的核心驅動作用,揭示了Notch、Wnt及凝血酶受體Parl等信號通路對血管新生時空秩序的精細調控;2025年,法國留尼旺大學Nicolas Diotel團隊首次在生理/組織學層面證明了斑馬魚血管再生與神經發生之間的相關性。

圖3 血管擬態抑制劑CVM - 1118抑制斑馬魚尾鰭再生血管生成,Angiogenesis,2024.3.
二、斑馬魚:人類疾病的“替身”與機制解析平臺
1. 炎癥性疾病研究:斑馬魚保留了復雜的免疫系統和相關基因表達,為研究炎癥性疾病與淋巴管的相互作用提供了直觀的實驗平臺。已有研究利用斑馬魚炎癥性腸病(IBD)模型(DSS 誘導),首次在斑馬魚中揭示了IL-22/TGF-β/Mmp9 信號軸在IBD中的關鍵作用;也有研究表明,激活斑馬魚VEGFR3信號轉導可促進心臟再生和炎癥消退,揭示了巨噬細胞通過分泌VEGFs驅動炎癥性淋巴管新生的細胞機制。

圖4 常用斑馬魚炎癥模型示意圖,Zanandrea R,et al. Drug Discov Today. 2020 Dec;25(12):2201-2211.
2. 心血管疾?。喊唏R魚模型在心血管疾病研究中具有不可替代的優勢,為疾病機制探索、藥物研發和再生醫學研究提供了重要平臺。已有研究首次構建出斑馬魚心臟再生全過程的高分辨率時空動態圖譜,也有研究將擴張型心肌?。―CM)與心臟淋巴管新生障礙聯系起來,并有多項研究證實中藥及活性成分可促進斑馬魚血管新生,如丹酚酸B、阿魏酸通過調節VEGF信號傳導發揮作用;異甜菊醇、山參和園參的血管生成活性與缺氧誘導因子-1α/VEGF信號傳導相關。
3. 腦血管疾?。阂延醒芯繕嫿税唏R魚腦血管發育時空圖譜,揭示了內皮細胞異質性及血腦屏障調控新基因;也有研究發現,腦膜淋巴管能侵入腦實質,作為“生長軌道”引導新生血管,并清除腦水腫液,為理解腦卒中后修復機制和開發新療法提供了全新視角;而“神經-膠質-成纖維細胞”調控軸的揭示,則表明神經活動可通過放射狀星形膠質細胞動態調控Vegfc表達,精準調控腦膜淋巴內皮細胞(muLECs)的發育。
4. 免疫系統再生:斑馬魚作為研究免疫系統再生的模型生物,其保守的免疫和致癌信號通路,使得在體內對腫瘤-免疫相互作用進行高分辨率、實時成像成為可能,共同推動組織再生。已有研究針對斑馬魚胸腺淋巴細胞損傷后再生機制,構建了斑馬魚胸腺損傷模型,揭示了CXCL12b/CXCR4b信號軸引導造血前體細胞遷移至胸腺,實現T細胞再生的關鍵作用,對免疫缺陷病治療有重大意義。

圖5 斑馬魚異種移植模型中腫瘤-免疫相互作用
三、斑馬魚:中藥現代化研究的“加速器”
斑馬魚憑借高通量、直觀可視及成本低等優勢,可同時評價促淋巴管/血管生成等藥效指標,發育、心臟等多器官毒性等,完美契合中藥“多成分、多靶點、整體調節”的研究特點。
已有多項研究證實了中藥的調控潛力:擴心方及其主要成分丹酚酸B通過上調VEGF-C/VEGFR-3表達促進淋巴管生成,改善擴張型心肌病;三七總皂苷經ERK、PI3K及p38 MAPK信號通路上調VEGF-C,發揮促淋巴作用;獨活寄生湯可促進胸導管形成并改善淋巴引流功能;苓桂術甘湯則通過IL-17通路調控淋巴管生成,首次利用斑馬魚證實“促進淋巴管生成”是LD改善心肌重構的必要且充分條件,為心梗治療提供新策略;苦玄參在緩解代謝性炎癥中的機理也通過斑馬魚模型得以揭示。

圖6 淋巴管生成是LD改善斑馬魚心肌重構的重要途徑
此外,斑馬魚正與網絡藥理學深度融合,通過預測靶點后,借助基因敲降/敲除、抑制劑及轉基因品系進行驗證,形成了“預測-驗證”的閉環研究體系,為中藥活性成分篩選、藥效驗證及機制解析提供了高效平臺。
四、斑馬魚:信號通路的“體內驗證場”
斑馬魚憑借其活體成像與遺傳操作優勢,能夠研究關鍵基因與信號通路在血管、淋巴生成中的調控作用,已成為解析血管與淋巴系統信號通路的理想平臺。已有許多研究利用斑馬魚模型,聚焦于以VEGF家族(VEGF-A、-C、-D)及其受體(VEGFR2、VEGFR3)為核心的調控軸,同時涉及CXCL12/CXCR4趨化因子信號、G蛋白偶聯受體及MAPK/ERK級聯反應等多條通路的協同參與。
這些通路在不同生理和炎癥、損傷等病理背景下,被很多研究反復驗證,不僅揭示了相關關鍵信號通路在血管生成與淋巴管形成中的核心地位,也為解析中藥復方及活性成分的作用靶點、篩選通路特異性調節劑提供了兼具高通量與高內涵的“體內驗證場”。
02、淋巴/血管核心標記物及轉基因品系斑馬魚
淋巴管標志通常指的是淋巴內皮細胞特異性的標志物,LYVE-1、podoplanin、Prox1和VEGFR-3等是最常用于淋巴管顯微成像的核心標記物。
淋巴/血管的關鍵信號軸包括:
1. VEGF-C/VEGFR3:驅動淋巴管生成的最核心通路;
2. VEGFA/VEGFR2:驅動血管生成的最核心通路;
3. CXCL12/CXCR4:引導細胞,如淋巴管前體細胞、造血前體細胞等遷移的關鍵趨化信號;
4. Angiopoietin/Tie:參與血管和淋巴管成熟與穩定。

圖7 淋巴管生成的細胞內信號傳導途徑
一些主要的細胞類型:
1. 淋巴管內皮細胞(LECs):淋巴管的基本構成單位;
2. 巨噬細胞(Macrophages):在炎癥條件下,可分泌VEGF-C/A促進淋巴管/血管新生,是連接炎癥和淋巴管新生的關鍵紐帶;
3. 造血前體細胞(HSPCs):在胸腺損傷后,其從腎臟(相當于哺乳動物的骨髓)遷移至胸腺,分化為T細胞。
常用的轉基因品系斑馬魚:
1. Tg(fli1:EGFP)轉基因品系:觀察斑馬魚血管最成熟的品系,eGFP在體節發生早期就可在側板中胚層被檢測到,且其表達持續存在于所有血管、造血細胞類型以及頜間充質中;
2. Tg(flk1:EGFP/DsRedEx):血管內皮標記;
3. Tg(lyve1b:DsRed2) sj319Tg:淋巴管(及部分靜脈)標記;
4. Tg(mpeg1:EGFP)巨噬細胞轉基因品系;
5. Tg(mpx:GFP)中性粒細胞轉基因品系。
03、淋巴/血管課題方案設計思路
示例課題:探究某中藥單體X對心肌梗死后的淋巴管新生及心功能保護作用
背景:心梗后心肌水腫、炎癥和纖維化是導致心衰的主要原因。淋巴管能清除水腫和炎癥因子,促進修復。已有研究表明促進淋巴管新生可改善心功能。
研究目標:明確中藥單體X是否能促進心梗后淋巴管新生,并改善心功能。
實驗設計:
1.體外篩選:在人淋巴管內皮細胞(HDLEC)上,檢測單體X對細胞增殖(CCK-8)、遷移(劃痕實驗)和成管能力的影響;Western Blot/qPCR檢測其對VEGF-C、VEGFR3、PROX1等淋巴管生成關鍵蛋白/基因表達的影響。
2. 斑馬魚模型驗證(核心):
(1)模型構建:利用Tg(lyve1b:DsRed2) sj319Tg或Tg(fli1:EGFP; gata1:DsRed)斑馬魚構建模型;
(2)損傷誘導:使用斑馬魚心肌特異性損傷模型(如Tg(cmlc2:eGFP)品系,通過異丙腎上腺素誘導心肌細胞凋亡,模擬心?;蚋ㄓ玫腣EGFR3抑制劑MAZ51誘導軀干淋巴管損傷。
3. 給藥與分組:設置對照組、模型組、單體X低/中/高劑量組、陽性藥組,如重組VEGF-C蛋白);
4. 藥效評價:
(1)淋巴管新生:共聚焦顯微鏡觀察并量化心臟區域(或軀干TD)的淋巴管數量、長度和覆蓋率;
(2)心功能評價:通過測量心室收縮舒張面積、心率等指標,評估心功能改善情況;
(3)水腫與炎癥:觀察心包水腫面積,利用中性粒細胞(mpx:EGFP)或巨噬細胞(mpeg1:EGFP)轉基因系,評估炎癥細胞浸潤情況。
5. 機制驗證:
(1)RT-PCR檢測整體斑馬魚中vegfc、vegfr3、prox1a、vegfa等mRNA水平;
(2)利用VEGFR3抑制劑(如MAZ51)進行挽救實驗,驗證單體X的作用是否依賴于VEGFR3通路。
目前,環特已建立斑馬魚淋巴/血管等系列模型及200多種各類疾病斑馬魚模型,腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺,并利用積累深厚的基因編輯技術,為醫生和科研工作者提供疾病模型構建、發病機制研究、分子標志物與靶點發現和安全性研究等多種疾病的深度科研服務,內容涵蓋從課題項目咨詢、實驗方案設計、實驗開展、數據整理分析等一系列全面技術支持,歡迎有需要的讀者垂詢!
