摘要:近年來,斑馬魚憑借其出色的遺傳操作便利性已逐漸走在了眼疾病臨床前治療發(fā)展的前沿。下文主要介紹的就是斑馬魚模型和眼疾病間的關系,包括其優(yōu)勢、原理、具體應用和治療方法等，希望能為眼疾病研究盡一份心力。.
斑馬魚(Danio rerio)作為一類脊椎類模式生物，在發(fā)育和疾病的遺傳機制研究中日益流行，兩個主要的原因就是基因操作便利性以及高人類同源性。今天給大家介紹的主題是眼疾病的治療，因此，這里就先和大家聊一聊斑馬魚在眼疾病研究中的優(yōu)勢。
大眼、感光、易操作
斑馬魚的眼睛占了斑馬魚整體體積很大的一部分，這使得早期的胚胎發(fā)育過程中的眼部操作成為了可能。在受精后72小時，斑馬魚的視網(wǎng)膜便接近成熟，且其形態(tài)不論是解剖學還是功能上都與人類的視網(wǎng)膜類似（圖1）。斑馬魚視網(wǎng)膜上的不同類型的感光器官形成了一種高度組織化的異型感光器官嵌合體。由于晝間活動的生活習性，斑馬魚視網(wǎng)膜上的視錐細胞很豐富，類似于人的視網(wǎng)膜黃斑部位，其視錐細胞的密度也和人非常接近。
視力影響膚色——科研“變色龍”
斑馬魚表型是測定視覺功能的寶貴工具，因為在不同強度的光照下，斑馬魚會擴大或收縮其體內的黑色素水平來改變他們的皮膚顏色。比如斑馬魚視力受損，它會認為自己是在低強度的光照環(huán)境中從而表現(xiàn)出不同的表型。其他更具體的視覺檢測方法就是利用視覺反射，如視動或驚恐反應，還可以變化周圍環(huán)境來實時監(jiān)測斑馬魚的視覺反應能力。
眼發(fā)育圖示——高人類相似性
斑馬魚的眼發(fā)育與人類和其它脊椎動物非常相似（下圖），都是從三個不同的胚胎組織發(fā)育起來的。像神經(jīng)外胚層會分化成神經(jīng)視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜色素上皮細胞、視神經(jīng)稈、虹膜擴張器、括約肌和睫狀體;外胚層會分化形成晶狀體，接著形成結膜和角膜上皮;而間充質則是形成角膜內皮和基質、虹膜基質、睫狀肌和血管、鞏膜和外管系統(tǒng)。
妊娠第22天，前腦兩邊視神經(jīng)溝的形成標志著人類胚胎眼發(fā)育的初步建立。在接下來的一周，視溝外翻會形成視窩，接著形成視神經(jīng)囊泡。斑馬魚的眼發(fā)育和人類的主要區(qū)別就在于此，斑馬魚的神經(jīng)管會發(fā)展為一種被稱為神經(jīng)龍骨細胞的固體物質，進而發(fā)育出視神經(jīng)原基和視神經(jīng)管腔等（12個體節(jié)階段）。和人眼發(fā)育類似，在受精后16-20小時后，斑馬魚視泡會形成由視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮和色素上皮（上圖a和e）組成的兩層視杯。
血管
和哺乳動物解剖面的玻璃體血管很相似，斑馬魚的血管是大約在受精后24-29小時，視網(wǎng)膜中央動脈血管開始生成原始的斑馬魚視網(wǎng)膜脈管分支，并從視神經(jīng)動脈腹側通過視神經(jīng)裂縫，形成在眼內的玻璃體動脈。大約60小時后，晶狀體和視網(wǎng)膜之間的血管內皮細胞就會產(chǎn)生第一條明顯的基本血管。在哺乳動物中，玻璃體血管重塑涉及玻璃體回歸和視網(wǎng)膜血管發(fā)生整個協(xié)調過程。而在斑馬魚，血管是慢慢遠離晶狀體，然后偏轉到視網(wǎng)膜變成玻璃體的形式;而且血管的重塑建立在斑馬魚視網(wǎng)膜脈管的基礎上就夠了，不需要血管重新進行生長。
視網(wǎng)膜神經(jīng)
人眼視網(wǎng)膜的神經(jīng)從妊娠后的第六個星期開始，而神經(jīng)節(jié)細胞分化視網(wǎng)膜的最內層則是出現(xiàn)在妊娠第20周。和人類一樣，斑馬魚視網(wǎng)膜上也是先形成神經(jīng)節(jié)細胞，進而分化出視網(wǎng)膜。斑馬魚在受精72小時后具有視覺功能，會在視網(wǎng)膜中央出現(xiàn)一類重要的極易識別的細胞。有趣的是，由72-74 小時后，斑馬魚會形成一個以高密度視錐細胞和在視桿細胞為特征的區(qū)域——顳肌區(qū)，而這個區(qū)域和人類的視網(wǎng)膜十分相似，只是這個區(qū)域對斑馬魚的作用是增強其視覺能力。
成熟的視網(wǎng)膜解剖
和人眼結構相似，成熟的斑馬魚視網(wǎng)膜是由兩個網(wǎng)狀層分開的三個核層組成的。感光體和視錐細胞體存在于外核層;無長突神經(jīng)細胞和膠質細胞體占據(jù)著內核層；神經(jīng)節(jié)細胞體均存在于神經(jīng)節(jié)細胞層內；這些核層之間的染色體聯(lián)會發(fā)生在網(wǎng)狀層。幼魚的視覺完全可以說是通過錐感光細胞控制的，擁有藍色、紫外線敏感錐體，而人的視網(wǎng)膜缺乏紫外線敏感錐體。
基因的發(fā)現(xiàn)
斑馬魚模型之所以成為眼發(fā)育研究中的重要模型，不僅是因為人類和斑馬魚胚胎之間的眼部有明顯的解剖相似性，還是因為斑馬魚的遺傳可操作性。首次大規(guī)模正向遺傳學在1990年，用乙基亞**脲誘變的大規(guī)模正向遺傳學突變篩選得到2000余種突變體，包括多個患有眼疾的突變體。最近，一些有針對性的遺傳篩選已經(jīng)用于分離具體的影響眼睛發(fā)育的突變，具體涉及行為檢測、眼部形態(tài)檢查或使用轉基因標志物。
斑馬魚突變技術
由于復雜誘變技術的快速發(fā)展，一些技術如嗎啉反義寡核苷酸基因沉默技術、轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALENS）或規(guī)律成簇間隔短回文重復（CRISPR）系統(tǒng)，都促進了多種斑馬魚人類眼疾病突變體的建立。斑馬魚突變體可以通過簡單地將純化的質粒DNA注射到新的受精卵來實現(xiàn)，這些方法雖然仍有缺點，但卻大大促進了眼疾病研究的進程。
下周我們將繼續(xù)講解一些和人類眼部疾病相關的斑馬魚模型，敬請期待！
參考文獻：The zebrafish eye—a paradigm for investigating human ocular genetics