編者按
實(shí)現(xiàn)中國在太空培養(yǎng)脊椎動物的突破，創(chuàng)造了國際上空間水生生態(tài)系統(tǒng)在軌運(yùn)行最長紀(jì)錄；首次檢測到空間微重力環(huán)境下骨骼肌細(xì)胞的自噬現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致肌萎縮的可能機(jī)制……
近日，中國空間站空間應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)與應(yīng)用進(jìn)展情況介紹會上，我國首次“太空養(yǎng)魚”的成績單分外亮眼，實(shí)現(xiàn)了多個國際“首次”。因此，在2024年“太空養(yǎng)魚”的基礎(chǔ)上，今年，“魚航員”斑馬魚有望再次“出征”中國空間站，協(xié)助科學(xué)家開展太空環(huán)境對脊椎動物肌肉和骨骼發(fā)育影響的研究工作。
“水中小白鼠”斑馬魚緣何成為深空探索的鑰匙？斑馬魚在微重力環(huán)境中的最新研究及應(yīng)用進(jìn)展如何？這種不足5厘米的透明模式生物，又將如何幫助科學(xué)家破解太空微重力環(huán)境下骨骼流失、免疫抑制等威脅宇航員健康的終極難題？本期我們一起來揭秘——
01、“太空養(yǎng)魚”項(xiàng)目最新進(jìn)展
“水中小白鼠”斑馬魚，作為國際公認(rèn)的、繼小鼠、大鼠之后的第三大模式生物，成魚體長僅3—4cm，紡錘形，因體側(cè)長有像斑馬一樣縱向的暗藍(lán)、銀色相間的條紋而得名。其與人類基因同源性高達(dá)87%，生理、發(fā)育、代謝與哺乳類動物高度相似，能可靠模擬和預(yù)測人類生理、病理過程，并具有飼養(yǎng)成本低、發(fā)育周期短、繁殖能力強(qiáng)、透明易觀察等優(yōu)勢，是開展生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、臨床醫(yī)學(xué)研究的理想選擇。
2024年4月25日，空間水生生保系統(tǒng)攜帶4條斑馬魚和4克金魚藻進(jìn)入中國空間站，并安裝在問天艙的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜開展在軌實(shí)驗(yàn)。以斑馬魚和金魚藻為研究對象的在軌水生生態(tài)研究項(xiàng)目收獲頗豐，包括以下幾方面：
成功在軌培養(yǎng)
2025年1月8日，《中國日報》報道中指出，該生態(tài)系統(tǒng)在中國空間站穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)43天，創(chuàng)造了國際上空間水生生態(tài)系統(tǒng)在軌運(yùn)行的最長時間紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了中國在空間培養(yǎng)脊椎動物的突破；
觀測到斑馬魚行為異常
研究人員發(fā)現(xiàn)，斑馬魚在微重力下表現(xiàn)出腹背顛倒游泳、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、轉(zhuǎn)圈等定向行為異常現(xiàn)象，解析了空間環(huán)境對脊椎動物生長發(fā)育與行為的影響，為空間密閉生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)研究提供了理論支撐。
實(shí)現(xiàn)在軌產(chǎn)卵
斑馬魚在太空環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了在軌產(chǎn)卵，為研究太空生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)奠定了基礎(chǔ)，這表明我國在軌建立的空間自循環(huán)水生生態(tài)系統(tǒng)可以成為斑馬魚協(xié)助科學(xué)家進(jìn)行航天員空間健康研究的實(shí)驗(yàn)平臺。后續(xù)科學(xué)家將利用返回的回收水樣、魚卵等樣品，結(jié)合斑馬魚空間運(yùn)動行為視頻等，開展空間環(huán)境對脊椎動物生長發(fā)育與行為的影響研究。
02、斑馬魚在微重力環(huán)境中的研究
眾所周知，太空中的微重力環(huán)境作用（如月球、火星表面重力為1/6 g和1/3 g），會對宇航員的身體產(chǎn)生諸多不利影響，如心血管功能障礙、免疫力下降、骨質(zhì)流失、肌肉萎縮及內(nèi)分泌紊亂等，但具體的影響機(jī)制及防治“太空病”的方案仍有待完善，一直是空間生物學(xué)效應(yīng)研究的核心課題。
2025年，斑馬魚有望再次“出征”中國空間站。據(jù)悉，第二批進(jìn)入中國空間站的斑馬魚預(yù)計(jì)有6條，同時還將有6克金魚藻一同進(jìn)入中國空間站。通過斑馬魚，科研人員將重點(diǎn)研究微重力對脊椎動物肌肉和骨骼的蛋白質(zhì)造成的影響。
近年來，作為一種新興的研究工具，斑馬魚在微重力環(huán)境中的研究及應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。通過研究太空中的斑馬魚，不僅有助于揭示空間環(huán)境對脊椎動物生長發(fā)育與行為的影響，為空間密閉生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)研究提供支撐，而且將幫助人類更好、更全面地了解太空環(huán)境對基因、細(xì)胞和生命整體的影響，為我國在太空的研究提供了有益的參考。
利用斑馬魚揭示微重力先天性免疫新機(jī)制
目前，已有多項(xiàng)研究證明微重力在機(jī)體免疫細(xì)胞發(fā)育和增殖、細(xì)胞因子分泌、信號傳導(dǎo)、先天性免疫應(yīng)答、獲得性免疫應(yīng)答和記憶等方面均有顯著影響，其中先天性免疫系統(tǒng)功能的紊亂是造成人體對自身或航天器攜帶病原的抵抗能力減弱以及感染性疾病風(fēng)險增加的重要因素。
2021年1月，《Cell Reports》雜志上發(fā)表了國防科技大學(xué)文理學(xué)院生物與化學(xué)系合成生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)題為“Attenuation of antiviral immune response caused by perturbation of TRIM25-mediated RIG-I activation under simulated microgravity“的研究成果，通過建立模擬微重力下先天性免疫研究的斑馬魚模型，揭示TRIM25介導(dǎo)的正反饋免疫調(diào)節(jié)環(huán)路受阻是模擬微重力下先天免疫功能失調(diào)的關(guān)鍵因素。
該研究利用斑馬魚模型，在模擬微重力條件下進(jìn)行免疫學(xué)研究。通過全基因組表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境下抑制了斑馬魚胚胎中與先天性免疫相關(guān)的炎癥免疫響應(yīng)、先天免疫應(yīng)答、NF-κB信號通路和病毒響應(yīng)機(jī)制，且經(jīng)典的病原模式識別信號通路RLR和TLR也受到顯著抑制。這些研究結(jié)果闡明了微重力引起機(jī)體抗病毒免疫功能紊亂的一種新的分子機(jī)制，有助于深入理解微重力條件下免疫系統(tǒng)的調(diào)控機(jī)制，為航天微重力生物學(xué)效應(yīng)的研究提供了新的視角和理論依據(jù)。
目前，環(huán)特生物也利用斑馬魚構(gòu)建了調(diào)節(jié)免疫、評價免疫毒性等一系列免疫相關(guān)模型，包括但不限于：（點(diǎn)擊以下鏈接查看模型詳情）
1. 利用斑馬魚模型評價調(diào)節(jié)免疫功效（中性粒細(xì)胞）
2. 利用斑馬魚模型評價調(diào)節(jié)免疫功效（巨噬細(xì)胞）
3. 利用斑馬魚模型評價調(diào)節(jié)免疫功效（T細(xì)胞）
4. 利用斑馬魚模型評價免疫毒性
利用斑馬魚開展微重力骨疾病研究
航天員在微重力環(huán)境下長期執(zhí)行任務(wù)，難免出現(xiàn)肌無力、骨骼肌萎縮等骨疾病癥狀。斑馬魚作為骨疾病研究的模式生物，其骨組織中包含與哺乳動物類似的成骨細(xì)胞（osteoblasts）、破骨細(xì)胞（osteoclasts）和軟骨細(xì)胞（chondrocytes）等多種骨相關(guān)細(xì)胞，這些細(xì)胞在骨骼的形成、吸收、再生和維持過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，又因其胚胎透明、發(fā)育快速等特性，非常適合研究在微重力環(huán)境下的體內(nèi)器官變化，關(guān)注其受輻射影響的骨骼退化和肌肉萎縮等癥狀，辨識出受太空環(huán)境影響的基因變化。
來源：《中國空間站科學(xué)研究與應(yīng)用進(jìn)展報告》
2015年，日本實(shí)驗(yàn)艙曾利用18條斑馬魚進(jìn)行肌肉實(shí)驗(yàn)，為制定航天員保健策略提供了參考和指導(dǎo)；2021年，德國宇航中心（DLR）、慕尼黑大學(xué)研究人員在題為《Simulated microgravity alters osteogenic gene expression in zebrafish larvae via the Wnt/β-catenin pathway》的研究中，在模擬微重力環(huán)境下，通過Wnt/β-catenin通路改變斑馬魚幼體成骨基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)器模擬微重力導(dǎo)致斑馬魚幼體成骨相關(guān)基因（如 runx2、 sp7）表達(dá)下調(diào)30%-50%；添加Wnt信號激活劑可部分逆轉(zhuǎn)骨骼礦化缺陷等。
目前，環(huán)特生物也利用斑馬魚構(gòu)建了強(qiáng)健骨骼、骨質(zhì)疏松、促進(jìn)生長發(fā)育、軟骨修復(fù)、骨毒性等一系列骨疾病相關(guān)模型，包括但不限于：（點(diǎn)擊以下鏈接查看詳情）
1. 利用斑馬魚模型評價骨毒性；
2. 利用斑馬魚模型評價強(qiáng)健骨骼功效；
3. 利用斑馬魚模型評價骨質(zhì)疏松功效；
4. 利用斑馬魚模型評價促進(jìn)生長發(fā)育功效；
5. 利用斑馬魚模型評價軟骨修復(fù)功效
利用斑馬魚開展心血管疾病研究
太空飛行過程中，由于長時間微重力的影響，航天員的心血管系統(tǒng)面臨著心肌萎縮、心律不齊、心血管重塑、心臟早衰等風(fēng)險，并可能加速心血管疾病的發(fā)展。斑馬魚被廣泛應(yīng)用于心血管疾病研究領(lǐng)域，并在太空微重力環(huán)境中研究心血管病理機(jī)制、毒性作用、營養(yǎng)保健食品及藥物篩選等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
2022年，意大利米蘭大學(xué)、歐洲空間局（ESA）研究團(tuán)隊(duì)在Frontiers in Physiology上發(fā)表題為《Cardiac remodeling in zebrafish under simulated microgravity: Role of mechanotransduction and oxidative stress》的研究，模擬微重力下斑馬魚的心臟重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)微重力暴露7天后，斑馬魚心室壁厚度減少18%，心肌細(xì)胞排列紊亂；氧化應(yīng)激標(biāo)志物（如MDA）水平上升2倍，抗氧化劑NAC可緩解心臟損傷。
目前，環(huán)特生物也利用斑馬魚構(gòu)建了促進(jìn)血管再生、疏通血管、抗血管內(nèi)皮損傷性血栓作用等一系列心血管疾病相關(guān)模型，包括但不限于：（點(diǎn)擊以下鏈接查看詳情）
1. 利用斑馬魚模型評價促進(jìn)血管再生作用；
2. 利用斑馬魚模型評價疏通血管（抗血小板聚集性血栓）功效；
3. 利用斑馬魚模型評價心血管毒性；
4. 利用斑馬魚模型評價抗血管內(nèi)皮損傷性血栓作用；
5. 利用斑馬魚模型評價高血糖高血脂血管壁增厚改善功效
中國斑馬魚技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用史就是環(huán)特生物的發(fā)展史。致敬偉大的航天員與科學(xué)家們！環(huán)特生物依托于“細(xì)胞+類器官+斑馬魚+哺乳動物+離體皮膚+人體”等多維生物技術(shù)服務(wù)平臺，基于過去10余年持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐，以專業(yè)、前沿的技術(shù)服務(wù)解決方案，助力科研逐夢之路，共同探索更多未知中的微光，點(diǎn)亮生命之光！
業(yè)務(wù)合作咨詢：成先生 173 6453 1293
