編者按
斑馬魚，由于其具有與人類視覺系統相似（特別是視網膜和晶狀體的形態結構）、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，隨著基因編輯技術、斑馬魚成像技術等的不斷發展，研究人員利用斑馬魚模型開展了感光細胞再生研究、視網膜疾病研究、基因突變與眼部缺陷研究、視力保護類食品研發及環境污染物研究等，并取得了一系列新進展。本期我們分享近期發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、利用斑馬魚感光細胞探究恢復視力的替代療法
文章題目
Restoration of cone-circuit functionality in the regenerating adult zebrafish retina
雜志：Developmental Cell（IF=11.8）
發表時間：2024年8月19日
作者：Evelyn Abraham，Hella Hartmann等
單位：德累斯頓工業大學德累斯頓再生治療中心等
文章主題：
致盲疾病通過破壞人類無法自然再生的感光細胞導致永久性視力喪失。雖然研究人員正在研究替代或再生這些細胞的新方法，但關鍵問題是這些再生的光感受器能否完全恢復視力。不同于人類，斑馬魚在視網膜受損后仍能再生神經組織。斑馬魚利用其視網膜中的米勒膠質細胞（Müller glia）來再生感光細胞，這使得斑馬魚成為研究感光細胞再生潛力的理想模型。
德累斯頓工業大學德累斯頓再生治療中心的Michael Brand教授帶領的研究團隊通過通過研究斑馬魚——一種天生具備感光細胞再生能力的動物，發現再生的感光細胞能夠正常運作，使斑馬魚恢復視力，這一研究結果為未來的感光細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，借助高端顯微鏡技術追蹤感光細胞在突觸（即感光細胞與其他神經細胞連接并傳遞信號的關鍵部位）處的活動，證實了再生的感光細胞可以恢復正常的生理功能，并能夠響應不同波長的光線，以與原始細胞相同的靈敏度、質量和速度將信號傳遞給鄰近細胞。
圖1
02、利用斑馬魚揭示PABA可調控視網膜再生
文章題目
P-aminobenzoic acid promotes retinal regeneration through activation of Ascl1a in zebrafish
雜志：NEURAL REGENERATION RESEARCH（IF=6.1）
發表時間：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、中南大學湘雅醫院等
文章主題：
利用內源性視網膜 Müller 細胞修復受損神經元對青光眼、視網膜色素變性等諸多視網膜變性疾病的治療具有重要價值。斑馬魚的視網膜Müller細胞是一種潛在的干細胞，在視網膜受損后可自發的進行原位細胞重編程并補充損傷的神經細胞，但其中的修復機制仍有諸多未知。
本研究以NMDA誘導RGCs損傷的斑馬魚為研究對象，進一步通過代謝組學鑒定 RGCs 損傷誘導斑馬魚視網膜再生中的差異代謝物。研究發現，在NMDA損傷的斑馬魚視網膜中，多種代謝物水平發生改變，其中對氨基苯甲酸（PABA）顯著減少。進一步研究表明，PABA通過激活NMDA損傷的斑馬魚視網膜中Ascl1a的表達促進Muller膠質細胞的重編程和分裂，以及Muller膠質細胞來源的祖細胞（MGPC）的增殖，從而促進視網膜再生。
該研究亮點體現在：
1. 率先確定了斑馬魚視網膜再生中的差異代謝物，該研究通過液相色譜-質譜分析及代謝組學測序，首次鑒定了 RGCs 損傷誘導斑馬魚視網膜再生中的差異代謝物；
2. 首次證實差異代謝物之一PABA調控了斑馬魚視網膜再生。PABA通過激活Ascl1a的表達，促進Muller膠質細胞的去分化和分裂以及MGPC的增殖，從而促進視網膜再生。
圖2
03、吡蟲啉斑馬魚視覺毒性效應及機制研究
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）
發表時間：2024年2月1日
作者：付瑞強、張蘭、劉欣剛等
單位：中國農業科學院植物保護研究所等
文章主題：
近年來，環境生物視覺缺陷逐漸被關注。越來越多的研究表明生物視覺缺陷與環境污染物的暴露有關。已有研究證實吡蟲啉對昆蟲果蠅（Drosophila）、東亞飛蝗（Locusta migratoria）和食蚜蠅（Eristalis tenax）的視覺引導性行為存在影響，表明吡蟲啉可造成生物視覺損傷。
視覺系統是水生生物對環境污染物的敏感靶點，吡蟲啉在水體中的普遍存在，對水生生物的視覺系統造成巨大威脅。研究團隊以斑馬魚成魚為動物模型，探討了吡蟲啉對成年斑馬魚的視覺毒性及其分子機制。
環境相關濃度（10和100μg/L）持續暴露21天后，斑馬魚眼睛中吡蟲啉的可檢測含量分別為23.0±0.80和121±1.56ng/mg，成年斑馬魚的視覺行為受損。免疫熒光、熒光定量PCR實驗表明，斑馬魚視網膜中視紫紅質的含量發生了明顯的變化。在成年斑馬魚中，基因表達節律在暗和亮光捕獲中起關鍵作用，以及光轉導的24小時被顯著破壞。靶向代謝組學分析顯示，與神經遞質功能相關的16種代謝物的含量發生了顯著變化，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。
這些結果表明，吡蟲啉暴露通過干擾斑馬魚視蛋白基因的表達影響視網膜的光信號轉導功能，造成斑馬魚的視覺行為受到損害，包括平滑跟蹤和視覺引導的自我運動的能力下降，為全面了解和評估新煙堿類殺蟲劑的生態健康風險提供數據基礎，也為水生生物視覺毒性評估模型建立以及有效預防及控制環境生物及人類視覺障礙提供理論支撐。
圖3
04、利用斑馬魚研究無長突細胞在顏色視覺中的作用
文章題目
Amacrine cells differentially balance zebrafish color circuits in the central and peripheral retina
雜志：Cell Reports（IF=10.0）
發表時間：2023年2月28日
作者：Tom Baden、Leon Lagnado、王歆瑋等
單位：英國薩塞克斯大學等
文章主題：
脊椎動物的視網膜由光感受器細胞（包括視錐細胞和視桿細胞）接收信號，并將之預處理后傳遞至下游的神經元。已有研究表明，在斑馬魚幼魚中，外層視網膜的神經環路已經通過四類視錐細胞將“顏色”信息從“灰度”信息中分離出來。然而，目前對于內層視網膜神經元如何處理傳入的顏色光譜信息，并以此來形成顏色視覺，目前還不清楚。
無長突細胞 (ACs) 一直被認為是視網膜中最為多樣的細胞類型，其主要功能為對視覺通路上的雙極細胞 (BCs) 和視神經節細胞 (RGCs) 的信號進行調控。本研究通過成對斑馬魚幼魚的無長突細胞和雙極細胞的活體成像，探究了無長突細胞在脊椎動物的顏色視覺中的功能。
通過對無長突細胞的藥物阻斷實驗，研究人員發現，無長突細胞能夠協助建立一些雙極細胞的顏色拮抗，而同時又會消除另一些雙極細胞中已經存在的顏色拮抗，因而，在特定的視網膜區域中，無長突細胞對于雙極細胞顏色反應的總調控作用為零。此外，研究人員還發現，這一動態平衡過程的實現主要是通過對”On pathway” 的調控實現的。與這個發現相吻合的是，“Off layer” 中的無長突細胞絕大多是無法分辨顏色的（achromatic），而大多的顏色拮抗的無長突細胞都在“On layer”中。
本研究為腦內計算如何演化提供了一種潛在的解釋：在脊椎動物和各種無脊椎動物的眼中，顏色計算的演化可能先于復雜時空視覺的演化。
圖4
05、輪胎橡膠添加劑導致斑馬魚嚴重眼部損傷
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）
發表時間：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：中國科學院生態環境研究中心等
文章主題：
輪胎磨損顆粒（TWPs）是通過輪胎和路面之間的摩擦產生的，已成為世界上主要的微塑料之一。輪胎制造過程中使用硫化添加劑、保護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，并最終保留在水或土壤中，這可能對生態系統構成威脅。
輪胎磨損顆粒（TWPs）滲濾液暴露通過抑制甲狀腺過氧化物酶（TPO）活性對魚類造成嚴重眼損傷。本研究中，通過參考文獻搜索、基于QSAR和ToxCast數據庫的模型預測、分子對接和體內測定，將2-巰基苯并噻唑（MBT）確定為TWPs滲濾液中潛在的TPO抑制劑，進一步探討了MBT在環境相關濃度下的毒性機制。
斑馬魚幼魚眼尺寸減小主要是由于視網膜內核層（INL）和外核層（ONL）晶狀體直徑和細胞密度減小。轉錄組學分析表明，MBT暴露后通過抑制感光細胞增殖過程顯著抑制了眼部光轉導功能。MBT暴露后甲狀腺激素信號減弱誘導視蛋白基因表達改變和視蛋白水平降低。這些結果與從已知的TPO抑制劑甲巰咪唑獲得的結果相當。本研究不僅突出了斑馬魚幼魚滲濾液中毒性最強的化合物，還為復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膜功能障礙ADGRV1相關的遺傳疾病機制
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）
發表時間：2023年6月10日
作者：Merel Stemerdink，Sanne Broekman等
單位：荷蘭拉德堡大學醫學中心(Radboudumc)等
文章主題：
Usher綜合征是一種常染色體隱性遺傳疾病，以色素性視網膜炎(RP)引起的聽力損傷和視覺功能進行性喪失為特征。在全球范圍內，約有40,000人因ADGRV1基因致病性變異引起的視網膜色素變性(RP)而逐漸喪失視力，目前尚無治療方案。
斑馬魚被認為是研究Usher綜合征相關視網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在adgrv1外顯子9 (adgrv1rmc22)上引入了一個4bp的缺失，揭示了ADGRV1相關RP的病理機制。
免疫組化分析顯示，Adgrv1在adgrv1rmc22斑馬魚視網膜連接纖毛的光感受器區域缺失。Adgrv1的缺失導致USH2復合體成員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斑馬魚與野生型對照進行比較時，進一步觀察到光感受器細胞體中異常定位的視紫紅質水平升高，視網膜電圖(ERG) b波振幅下降，這表明缺乏Adgrv1會導致視網膜功能受損。基于這些發現，可以將adgrv1rmc22斑馬魚作為第一個顯示早期視網膜功能障礙的ADGRV1突變模型。此外，在評估未來ADGRV1相關RP的新治療策略的療效時，觀察到的表型變化可作為可量化的結果指標。
圖6
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”四位一體的綜合技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立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平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！
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