編者按

當前，功能性食品多糖 (FFPs)備受關注，展現出免疫調節、代謝穩態調節、腸道菌群優化、抗氧化保護等諸多優勢，正成為現代營養和食品科學中的關鍵成分。數據顯示，預計2030年全球功能性食品市場將達到2750億美元，亟需對功能性食品多糖 (FFPs)開展更深入地研究與功效驗證，以滿足消費者對循證健康產品日益增長的需求。然而，傳統的細胞模型對體內功效性預測較差，哺乳動物模型又受到成本高、實驗周期長、倫理限制等局限。斑馬魚模型，作為一種強大的高通量篩選平臺，有效彌合了體外細胞模型和哺乳動物模型之間的鴻溝，為經濟高效的功能性食品多糖篩選提供了可能。

2026年1月12日，南開大學藥學院藥物化學生物學國家重點實驗室和天津市分子藥物研究重點實驗室研究團隊在Carbohydr Polym（IF=12.5）上發表了最新研究成果，該綜述系統闡述了斑馬魚模型在功能性食品多糖研究中的應用價值與發展前景，并匯總了該模型在免疫調節、代謝穩態、腸道健康、神經保護與抗腫瘤活性等關鍵領域中的應用，提出整合斑馬魚、細胞與哺乳動物研究的五層驗證體系，以應對轉化挑戰并降低臨床開發風險。

目前，環特生物已開發了斑馬魚免疫調節、代謝穩態、腸道健康、神經保護與抗腫瘤活性等280多種斑馬魚模型，部分模型如下，歡迎新老客戶咨詢！

01、研究亮點

斑馬魚彌合了細胞模型和哺乳動物模型之間的鴻溝，為經濟高效的功能性食品多糖篩選提供了可能；

利用斑馬魚優勢，實現多糖生物活性的實時、動態觀測，并強調多糖分子量、硫酸化修飾與單糖組成等結構特征對其生物活性的預測價值；

構建了“斑馬魚篩選與驗證、細胞、哺乳動物、臨床實驗”等五層遞進驗證體系，提升應用轉化效率與可靠性；

指出人工智能、多組學分析與基因編輯等前沿技術，將推動多糖研究進入精準設計與機制深挖的新階段。

論文摘要

02、主要應用

1. 斑馬魚在功能性食品多糖（FFPs）研究中的優勢

當前，斑馬魚模型已成為一種革命性的高通量篩選平臺，彌合了體外細胞模型和哺乳動物模型之間的鴻溝。其與人類基因相似度高達80%以上，能可靠模擬關鍵的人類生理過程，如器官發育、免疫功能和新陳代謝。至關重要的是，其獨特優勢使高通量篩選（HTS）成為可能——光學透明性，可實時可視化觀測斑馬魚內部結構和動態過程；發育快速，主要器官在受精后24-120小時內功能成熟；高產卵量，一次交配可產生數百枚胚胎，適合大規模篩選；易于培養，可進行96/384孔板培養，自動化程度高；低成本，每枚胚胎成本僅需10-50美分，遠低于哺乳動物。這種兼具細胞篩選高通量特色、哺乳動物模型的完整生理背景，使斑馬魚成為優秀的體內實驗模型。

為了探究斑馬魚在FFPs研究中的潛力，研究人員對斑馬魚與三種替代方法——傳統的細胞檢測、哺乳動物及新興的類器官共培養模型進行了系統比較——

表1. 用于FFPs篩選的實驗模型對比

如表1所示，斑馬魚在轉化應用研究中具有獨特的優勢，且起到了連接體外與體內研究的橋梁作用。其核心優勢在于能夠在完整的生理背景下，對多糖生物活性進行高通量初步篩選，且保持接近細胞檢測的速度和成本效益，因此，斑馬魚是最優的“首篩”體內過濾器，可以優先篩選出候選物，隨后在細胞和哺乳動物模型中進行驗證，從而提升藥物發現效率。斑馬魚模型在由先天免疫主導的生理病理性疾病研究中優勢顯著，如抗感染反應、急性炎癥、代謝失調、腸道屏障等，也具備實時可視化、基因操作和多組學整合能力，使其也成為了解析復雜構效關系的理想模型。

圖1

2. 斑馬魚加速功能性食品多糖核心功效的發現

斑馬魚模型憑借其獨特優勢，已在功能性食品多糖（FFPs）的多種生物活性研究方面展現出顯著的應用潛力，如表2——

表2. 利用斑馬魚篩選的代表性FFPs（2017-2025）

2.1 免疫調節：先天免疫的實時可視化

斑馬魚擁有與哺乳動物高度相似的先天免疫系統，使其成為研究多糖免疫調節功能的理想模型。通過實時、動態觀察斑馬魚胚胎，可以用來研究多糖調節先天免疫應答過程）。在機械損傷、細菌感染或化學刺激誘導的斑馬魚炎癥模型中，可以直接觀察中性粒細胞和巨噬細胞等免疫細胞的初始招募、浸潤及炎癥部位，以及后續吞噬、清除病原體的過程，為評估多糖免疫增強或免疫抑制作用提供了高通量、直觀且與生理過程密切相關的平臺。

如，Pérez-Ramos等人利用斑馬魚探究了β-葡聚糖 (微球菌)的免疫調節特性，發現多糖通過抑制促炎細胞因子，減少炎癥部位細胞積累，從而發揮抗炎作用(Pérez-Ramos等，2018)；褐藻多糖通過抑制炎性細胞因子(TNF-α、IL-1β)的表達、減少ROS產生和調節NF-κB信號通路，有效緩解斑馬魚中脂多糖（LPS）誘導的炎癥反應（Wang等，2022）；靈芝多糖和藻類多糖在斑馬魚中也顯示出增強巨噬細胞活化和吞噬功能、提高對細菌病原體的清除效率及增強抗病毒免疫中干擾素表達的潛力（Cai等，2017）；Yue等人從嗜熱鏈球菌XJ53中分離出胞外多糖（EPS53），斑馬魚實驗表明，EPS53通過抑制促炎細胞因子的表達，上調抗炎細胞因子的表達，顯著調節斑馬魚免疫反應，從而顯示出強大的免疫調節作用（Yue等，2024）。

圖2

2.2 代謝調節：高通量疾病建模

斑馬魚與人類在糖脂代謝、胰島素信號通路、內分泌調節等方面高度相似，使其成為研究多糖代謝調節作用的絕佳模型。通過快速誘導斑馬魚代謝紊亂表型，如肥胖、高脂血癥、胰島素抵抗和脂肪肝等，建立穩定且易于篩選的斑馬魚代謝綜合征模型，可以高通量評價多糖改善糖脂代謝功效。

Lan等人發現，沙棘多糖（SP）顯著降低了高脂飲食（HFD）誘導的斑馬魚脂質積累，SP改善了肝臟和腸道健康，提高了斑馬魚存活率（Lan等，2022）；Suo等人在2型糖尿?。═2DM）斑馬魚模型中，發現了杏多糖 (DAP-2)的降血糖作用機制，DAP-2可以有效調節腸道菌群結構，改善腸道微環境(Suo et al., 2025)；在高脂飲食誘導的斑馬魚模型中，羊棲菜多糖 (SFPS)及其超聲降解羊棲菜多糖(SFPSUD)表現出顯著的降血脂效果， SFPSUD效果更佳(Wu等, 2024)；斑馬魚實驗表明，當歸多糖(ASP)通過調節腸道菌群組成、增加有益菌的相對豐度，來改善脂質代謝。ASP作為一種潛在的益生元，可能通過調節腸道菌群，來預防脂質代謝紊亂(Chen等，2025)。

圖3

2.3 腸道健康：微生物群-宿主相互作用研究

斑馬魚的腸道結構相對簡單，但其腸道菌群組成、屏障功能及與宿主的相互作用模式與哺乳動物高度相似。通過給藥或與益生菌/病原體共培養，可以研究多糖對腸道形態發育、腸道屏障完整性、炎癥反應及腸道菌群結構、功能的影響，以及初步探索對“腸-腦-免疫”軸的潛在調節作用。

例如，研究表明，多糖對斑馬魚腸道炎癥具有緩解作用。研究發現，乳酸菌發酵的多糖類物質能通過調節腸道菌群、減輕氧化應激及調控NF-κB/MAPK等信號通路來緩解腸道炎癥，為開發治療腸道炎癥的功能性產品提供了理論依據(Su等,2025;Zhang等,2025)；斑馬魚實驗也發現，多糖可以作為益生元，促進乳酸桿菌、雙歧桿菌生長，產生短鏈脂肪酸（SCFAs），維持腸道微生態平衡并增強腸道屏障功能（Suo等，2025）；Li等人從板藍根中分離的酸性多糖IRPS-TE-3，通過激活TLR4/MAPK通路，顯著緩解了氯霉素誘導的斑馬魚腸道炎癥，減少免疫細胞凋亡，降低炎癥因子，恢復屏障功能（Li等，2025）；Wang等人利用斑馬魚結腸炎模型發現，從駱駝刺蜜中分離出的新型果膠樣多糖AH-H4-1，可以有效減少中性粒細胞浸潤，恢復杯狀細胞分泌和屏障完整性，首次證實了植物多糖可以通過調節先天免疫，來緩解腸道炎癥，為開發針對結腸炎的功能性食品提供了新的理論依據(Wangetal.，2025)。

圖4

2.4 神經保護：氧化應激與行為表型分析

斑馬魚模型對環境毒素敏感，通過快速建立氧化應激、神經炎癥或神經退行性疾病模型，可以直接觀察多糖對活性氧（ROS）清除、神經元存活、膠質細胞激活及其行為指標（如運動能力、感覺知覺）的影響。

例如，在斑馬魚氧化應激模型中，Wang等人發現，羊棲菜高硫酸化多糖HFPS能降低ROS生成并減少細胞死亡，提高存活率，具有顯著的抗氧化潛力(Wang等, 2018)；在斑馬魚帕金森病模型中，Farias等人評估了黃柏硫酸化多糖（SPs）對帕金森?。≒D）的潛在治療作用，發現SPs處理的斑馬魚視動反應(OMR)正常，表明其對中樞神經系統并無顯著不良影響，展現出良好的生物相容性和安全性，不會引起胚胎毒性、神經毒性（Farias等，2025）；Yan等人利用斑馬魚發現，決明子低分子量半乳甘露聚糖（LMW-GM）顯著提高了斑馬魚的存活率和SOD活性，表現出顯著的抗氧化特性和神經保護作用，有望開發為新型神經保護劑和抗氧化劑（Yan等，2023）。

圖5

2.5 斑馬魚異種移植模型揭示抗腫瘤活性

斑馬魚因其胚胎透明、免疫缺陷幼魚及與人類相似的后天性免疫系統而常被用于腫瘤建模。常見的斑馬魚腫瘤模型包括三種類型：誘導型、轉基因型和移植型。在斑馬魚誘導模型中，肝癌模型最常見，常使用NDMA和DBP作為誘導劑；轉基因模型，常采用基因編輯技術敲除特定遺傳性腫瘤抑制基因，建立高侵襲性黑色素瘤模型；腫瘤移植模型通常通過將標記的腫瘤細胞注射到胚胎中，但也有成魚腹腔注射實例。

Cai等人證實，在B16F10黑色素瘤細胞和斑馬魚模型中，從羊肚菌中提取的多糖FMP-1通過抑制CREB/p38MAPK通路，降低了酪氨酸酶（TYR）活性和黑色素含量，展現出顯著的抗黑色素生成作用(蔡等，2018)；Feng等人發現，源自紅藻龍須菜的新型雜多糖GLHP，能夠阻斷α-黑色素細胞刺激素(a-MSH)/黑皮質素-1受體(MC1R)信號通路，顯著抑制斑馬魚黑色素生成(馮等，2023)。Chen等人從紅景天根莖中分離純化了一種阿拉伯糖多糖（HJBP85-1），研究結果顯示，HJBP85-1在斑馬魚異種移植模型中，通過抑制腫瘤細胞遷移和血管生成，并通過促進巨噬細胞M1極化和誘導樹突狀細胞成熟與激活，來調節免疫反應，從而顯著抑制腫瘤進展（Chen等，2025）。He等人研究了從東方栓菌中分離的水溶性多糖（TOP-2），在斑馬魚異種移植模型中，TOP-2顯著抑制了肝癌細胞擴散和增殖。其抗腫瘤作用是通過抑制腫瘤細胞遷移和血管生成實現的，也通過調節免疫反應發揮作用（He等，2025）。鑒于斑馬魚成本低、可視化、免疫缺陷等獨特優勢，其在腫瘤研究中的重要性日益凸顯。

圖6

2.6 多糖的心血管保護及其他功效研究

除了上述核心應用外，斑馬魚模型在其他新興領域也展現出巨大的應用潛力。研究人員正利用斑馬魚探究多糖對心血管的保護作用，如血栓形成、血管生成、心臟功能及內皮細胞保護等。大量研究表明，植物多糖通過多種機制改善心血管疾病，包括對抗氧化應激、恢復大分子代謝、調節細胞凋亡級聯反應，以減少細胞死亡（Dong等，2021）。它們還可以抑制炎癥信號通路，以減輕炎癥反應。在抗腫瘤活性方面，斑馬魚腫瘤異種移植模型在研究多糖抑制腫瘤血管生成、誘導癌細胞凋亡或抑制腫瘤轉移等方面具有獨特優勢。此外，斑馬魚模型也可用于抗病毒活性研究，評估多糖對病毒復制和宿主免疫反應的影響。

Li等人以斑馬魚為模型，發現通過膳食補充0.01%的黃芪多糖（APS）可以改善生長表現和腸道健康，增強對鯉春病毒血癥的抗病毒免疫力（Li等，2021）；Wang等人研究了靈芝多糖（GLP）在心血管疾病中的治療潛力。研究表明，GLP通過多種機制發揮心血管保護作用，特別是在分子水平上通過Nrf2/Keap1通路調節氧化應激，在細胞水平上調節動脈粥樣硬化中的巨噬細胞極化，直觀展示了GLP在心血管疾病中發揮干預作用的關鍵機制（Wang等，2025）。

此外，斑馬魚屬于硬骨魚類，與哺乳動物在骨骼結構、骨化機制、骨基質組成等方面存在許多遺傳相似性特征。在骨骼健康領域，已有研究探究多糖對骨骼發育、鈣磷代謝、骨質疏松癥等問題的干預作用；在皮膚健康與抗衰老方面，利用斑馬魚皮膚損傷和抗衰模型，可以來評估多糖的抗氧化和抗炎作用（Li等，2025）。這些多樣化的應用進一步突顯了斑馬魚模型在功能性多糖研究中的廣闊前景。

圖7

3. 構建五級轉化的分層驗證體系

為了充分發揮臨床應用成功的潛力，需要對斑馬魚篩選結果進行多層次系統驗證，通過逐步增強生理相關性，并保持成本效益。這種分層策略有效平衡了斑馬魚的高通量篩選優勢與哺乳動物、細胞、類器官、臨床實驗等的生理相關性，建立了一條從化合物篩選發現到臨床應用的可重復、機制驅動的路徑。

圖8

第一層：斑馬魚高通量篩選，快速評估大量候選物：這一綜合的五級轉化體系始于斑馬魚高通量篩選(HTS)，在3-6個月內，通過多孔板浸漬試驗快速篩選評價100-1000種多糖，篩選出10-50個活性候選物，其典型命中率為5-10%；

第二層：斑馬魚實驗驗證，開展疾病模型機制研究：隨后，這些候選物將進入斑馬魚驗證階段，持續時間為6-12個月。利用基因編輯及多組學技術，在斑馬魚疾病模型中評估10-20種化合物的作用機制，最終篩選出5-10種具有可重復活性、安全的先導化合物；

第三層：細胞、類器官實驗驗證相關活性：有潛力的先導化合物隨后將進入基于細胞實驗的驗證階段，在6-12個月內，在Caco-2單層細胞(人類結腸腺癌)、原代PBMCs(外周血單個核細胞)、腸道類器官等模型中測試5-10個候選物，重點評估在模擬消化過程中的生物活性，并確認人類相關機制。此階段通常產生3-5種候選物，其在人體中的活性保留率超過50%。

第四層：哺乳動物實驗評估化合物療效、藥代動力學和安全性：接著，2-5種候選物將歷時1-2年，接受嚴格的哺乳動物實驗驗證，開展疾病療效評估、藥代動力學分析及為期90天的毒理學研究，最終，產生1-2種具有可靠生物利用度和安全性的臨床候選物。

第五層：經過I期-III期的臨床試驗，獲得監管批準：最后階段將進行3-5年的臨床試驗，從I期安全性研究到III期驗證性試驗，最終獲得監管批準并上市一款具有科學證實的、健康的功能性食品。

近年來，環特生物深耕健康美麗產業，開創性地提出“循證功效”研究理念，并自主建立了以細胞、類器官、斑馬魚、哺乳動物、皮膚外植體和人體臨床為特色的多維生物技術解決方案。目前，環特已開發了斑馬魚免疫調節、代謝穩態、腸道健康、神經保護與抗腫瘤活性等280多種斑馬魚模型，部分模型如下，歡迎新老客戶咨詢！

03、編者點評

本綜述系統探討了斑馬魚模型在功能性食品多糖FFPs研究中的應用潛力，概述了建立斑馬魚模型的方法，并全面展示了在免疫調節、代謝紊亂、腸道健康、抗氧化與神經保護作用、抗腫瘤活性等五大研究領域的多場景應用價值，還提出了系統性的驗證方案以應對轉化瓶頸，概述了精準營養和可持續食品開發的未來方向，將斑馬魚模型確立為功能性食品研發的關鍵技術，揭示了斑馬魚是加速開發功能性食品多糖類的循證功能食品的一種經濟高效的工具。

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，環特生物基于多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務，歡迎有需要的讀者垂詢！

參考文獻：

Liu, Y., Che, S., Xu, J., & Guo, Y. (2026). Unlocking the potential of functional food polysaccharides: The zebrafish model as a revolutionary high-throughput screening platform. *Carbohydrate Polymers*, *124917*.