編者按
資源增量是實驗動物科技發展的核心任務，是實驗動物對生命科學研究提供支撐和服務的基礎和保障。自上世紀80年代以來，我國老一輩實驗動物科學家苦心孤詣，在實驗動物資源研發工作中取得的多項開創新成果。
《實驗動物管理條例》的發布實施，在實驗動物工作規范化、法制化管理，保障實驗動物和動物實驗的質量，推動我國科技發展和民生保障等方面發揮了重要作用。特別是在實驗動物資源標準化、新品種/品系開發和動物模型創制方面，取得了令人矚目的成果。
今天，我們一起來解讀環特生物執行總經理張勇發表在《國家實驗動物專家委員會簡報》（被北京大學實驗動物中心轉載）上的題為“斑馬魚在藥物研發中的應用現狀與展望—寫在《實驗動物管理條例》發布實施三十周年系列篇之三十五”的研究論文——
一、斑馬魚的生物學特征及優勢
斑馬魚是一種原產于南亞地區的小型熱帶淡水魚，成魚體長只有3厘米左右。斑馬魚發育速度快，受精后3天左右主要組織器官發育已經完成，5天左右開口進食，約3個月達到性成熟，壽命可達2年以上。斑馬魚是體外受精發育而且胚體透明，組織器官的發育和變化、血流、心跳等都可以在顯微鏡下直接進行觀察。
跟哺乳動物相比，斑馬魚具有飼養密度高（100㎡可養殖2-3萬尾成年斑馬魚、養殖成本低（小鼠的1/10）、實驗通量高（可在96孔板中進行高通量分析）、所需要的樣品量少（100mg以內）、便于活體觀察透明、實驗周期短（大部分實驗5天以內可以完成）、繁殖能力強（每隊親本一次可繁殖200枚左右胚胎）。斑馬魚也更符合動物福利保護的要求。歐盟2003年頒布法令，要求從2013年起在歐盟禁止開展化妝品動物實驗，而在2010年歐盟頒布的法令中明確指出，對于可以自由進食之前的斑馬魚（受精后5天以內）胚胎和幼魚的使用不受歐盟有關動物實驗禁令的限制。
此外，不少低毒中藥或保健食品因哺乳動物胃容量的限制，給樣劑量有限，常常在在實驗周期內難以發現受試樣品的功效或毒性。斑馬魚實驗通常是將藥物直接溶解到養魚水中，斑馬魚可以持續從養魚水中攝取藥物，從而能夠在較短時間內觀察到受試樣品無法在哺乳動物上觀察到功效或毒性。目前，在中藥、天然藥物、保健食品以及功能性食品的研究開發當中，斑馬魚的使用越來越廣泛。
二、國際上斑馬魚的應用現狀與發展趨勢
斑馬魚作為一種脊椎類模式動物在二十世紀九十年代開始進入新藥研發領域，現已在歐美國家廣泛應用于人類疾病模型研究、新藥篩選、藥物毒性與安全性評價，應用領域覆蓋了腫瘤、心腦血管疾病、神經系統疾病、代謝系統疾病以及抗炎與免疫系統疾病等幾乎所有的人類疾病領域。
腫瘤領域：眾多的研究成果表明斑馬魚模型在癌癥發病機理研究和抗癌藥篩選方面具有自身獨特的優勢,Stoletov等人用斑馬魚研究清晰地揭示了腫瘤細胞通過血管向遠端轉移的機制。斑馬魚模型目前已被廣泛應用于篩選抑制血管形成的靶向抗癌藥，斑馬魚人類腫瘤移植模型也被大量用于抗腫瘤藥物功效評價心血管疾病領域。
圖2：斑馬魚用于抗腫瘤藥物研發，已進入臨床試驗階段
研究發現，斑馬魚心臟功能和心電圖與人的高度相似性，斑馬魚模型在篩選和評價心律不齊藥物方面的結果具有很好的特異性和可靠性。斑馬魚在研究心衰和篩選治療心衰藥物方面同樣具有很大的價值，筆者所在的研究團隊分別用特非那定和維拉帕米建立了兩種不同機制的斑馬魚心衰模型，并且評價了芪藶強心膠囊、參麥注射液、厄貝沙坦、沙庫巴曲纈沙坦鈉片（LCZ696)等八種已上市心衰治療藥物，發現斑馬魚實驗結果與臨床結果具有很好的一致性。
斑馬魚也被廣泛用于血栓形成研究以及抗血栓藥物篩選，通過苯肼誘發的紅細胞損傷性血栓模型和通過花生四烯酸誘發的血小板聚集性血栓模型在已上市的抗血栓中藥和化藥的藥效評價中都表現出了很好的相關性。
神經系統疾病領域：斑馬魚很早就被用于癲癇研究和抗癲癇藥物篩選，用斑馬魚癲癇模型對已上市的13種抗癲癇進行的藥效評價實驗發現，除了撲米酮之外，其它12種藥物在斑馬魚模型上都有明顯的抗癲癇作用。
此外，斑馬魚在阿爾茲海默癥領域也有較多的研究，包括對乙酰膽堿系統、Tau蛋白磷酸化以及β淀粉樣蛋白對斑馬魚腦部神經和行為學的影響，也用斑馬魚阿爾茲海默癥模型進行了藥物篩選和評價研究。斑馬魚也用于神經生長與保護、帕金森癥、多發性硬化以及焦慮和認知障礙研究。
代謝性疾病領域：研究發現斑馬魚對血糖的調控機制與哺乳動物相似，已上市的幾種Ⅱ型糖尿病治療藥物都能顯著降低斑馬魚高模型的血糖。同時，斑馬魚也被用于研究胰腺β細胞再生的機制并用于篩選促進胰腺β細胞再生的化合物。
斑馬魚在脂肪代謝方面的研究比糖代謝方面的研究更多，斑馬魚被用于研究促進體內脂肪代謝進而開發減肥藥物的研究、用于篩選食物脂肪吸收抑制劑、用于篩選和評價能夠降低體內膽固醇水平的藥物。
毒性評價方面：斑馬魚模型可以快捷、高效、直觀地評價藥物的心血管毒性、肝臟毒性、發育毒性、腎毒性和神經毒性等多個主要組織和器官毒性。斑馬魚對藥物心血管毒性的預測準確性可以高達95%以上，對藥物肝毒性的預測準確性可以達到85%左右，對發育毒性的預測準確性可以達到80%以上。已有的大部分斑馬魚藥物毒性與安全性評價模型的預測準確率已達到了“良好”（good）（75-85%）或優秀（excellent）（85%）的水平。
斑馬魚藥物毒性與安全性評價指標的驗證性實驗結果* Eimon, P.M & Rubinstein A.L. Expert Opinion on Drug Metabolism & Toxicology, 2009, 5(4): 393-401.；ND: 由于缺少陰性化合物，無法確定特異性
斑馬魚藥物毒性評價技術的應用完善了整個臨床前藥物毒性與安全性評價體系，可以加快臨床前毒性評價的速度，降低臨床前毒性評價的費用，提高新藥研發成功率。
斑馬魚高通量、自動化藥物篩選也在不斷創新和發展，無論是斑馬魚高通量病理切片方法的研究、行為學自動分析設備的開發、自動化拍照設備的改進，還是基于斑馬魚體內熒光報告蛋白信號的自動化分析設備的開發，都將極大地推動斑馬魚模型在藥物篩選與研發階段的更廣泛應用。
2009年歐洲的一家斑馬魚藥物篩選技術服務公司Biobide獲得了美國食品與藥品管理局（FDA）和歐洲藥品評估局（EMEA）的GLP認證，標志著斑馬魚藥物毒理學與安全性評價模型已經得到了歐美國家政府的正式認可。美國FDA也在其官網上刊文介紹斑馬魚在藥物安全性評價方面的積極作用和價值。
三、斑馬魚技術在我國藥物研發中的應用現狀
斑馬魚在我國用于藥物研發的時間相對較晚，大概開始于2006年前后，而且主要是以對中藥材為主的天然藥物活性成分的研究為主。這主要跟我國藥物研發的現狀和特色有關，由于我們化藥研發起步較晚，我國的絕大部分化藥企業沒有自己的藥物篩選候選化合物庫，而國外大型醫藥企業通常擁有多達上百萬小分子化合物庫，這決定了我國化藥研發領域對斑馬魚模型需求相對較少。
包括中醫在內的民族藥在我國有幾千年的使用歷史，積累和形成了包括中醫理論、藏醫理論在內的大量寶貴的天然藥用資源使用經驗和理論，這為我們用斑馬魚進行天然藥用資源提供了得天獨厚的機會。跟國外科學家通常是以從天然藥物資源中分析單體活性成分為目的不同，我國的天然藥用資源開發在中醫理論的指導下，更加注重多種功效成分的協同作用，而基于生物整體反應的功效評價正是斑馬魚的突出優勢。
早期，我國藥物研發領域的科研工作者對斑馬魚的使用主要集中在天然產物的毒性和安全性評價領域，而且所做的工作相對比較簡單，以簡單的死亡率觀察、心臟毒性、明顯的形態學觀察以及病理觀察為主，研究成果主要發表在國內期刊。2010年前后，有一些國內的科研團隊開始用斑馬魚進行發育毒性和神經毒性那個的研究，成果也在國外期刊發表。同時，也開始有科研團隊開始將斑馬魚應用于功效評價，早期的功效評價以抗血管形成活性為主。從2012年之后，國內用斑馬魚進行藥物研發的團隊明顯增多，而且更多的研究方向集中在了功效評價和活性物質篩選上，功效評價的范圍也從抗血管形成擴展到了促血管形成、抗炎、抗骨質疏松、行為學研究、抗血栓以及中藥代謝研究等領域。此外，斑馬魚在中藥生物學質量控制方法方面也已經進行了一些有益的探索。
隨著國家“重大新藥創制”科技重大專項資助項目從十二五開始對斑馬魚藥物研究技術進行資助以來，國內有越來越多的單位開始籌建斑馬魚藥物研發實驗室，特別是在中藥和天然藥物研發領域?！爸卮笮滤巹撝啤睂ｍ椀闹С謱τ谕苿影唏R魚在我國藥物研發領域的應用起到了非常重要的作用，專項支持不僅給更多單位籌建斑馬魚實驗室提供了經費支持，也從國家層面推動了斑馬魚藥物研發技術在國內的認可、接受與應用。
國內已經涌現出了像杭州環特生物科技股份有限公司、山東省醫學科學院、廣東省人類疾病斑馬魚模型與新藥篩選重點實驗室等一批在國內外具有一定學術影響力和產業服務能力的斑馬魚技術平臺。目前，我國已經有多個創新藥物項目將斑馬魚數據用于中國新藥臨床試驗申報，并已有2個項目獲得了臨床批件。
四、展望
目前，國際上化學藥物開發已經逐步并可能完全轉向基于靶向設計的藥物研發思路，斑馬魚在化學藥物研發的應用預計不會出現非常大的增長；隨著斑馬魚毒性替代模型的深入推廣和應用，斑馬魚在化學藥物早期安全性評價中使用應該會有所增加。
從長期來看，多組分、多靶點的多組分藥物開發會成為一個趨勢，這里既包括人為選擇化學單體藥物進行組合，也包括從天然藥物篩選、發現多組分活性成分。而對于多組分藥物而言，體外篩選的結果預測性有限，哺乳動物的時間和費用成本太高，斑馬魚模型能夠發揮更大作用。
此外，隨著國家對中醫藥產業的重視，中醫藥行業提升自身水平，加強對中藥產品質量控制正在逐步成為業內共識。而目前基于化學成分檢測的質量控制體系并不能完全反映出中藥產品的質量好壞與穩定性，生物活性測定方法具有整體可控、藥效相關等技術優勢，作為符合中醫藥特點的適用質量控制方法已成為中藥質量控制和評價的重要發展方向之一，《中國藥典》2020年版編制大綱指出：“重點開展基于中醫臨床療效的生物效價和測定方法研究，探索建立以形態、顯微、化學成分和生物效應相結合的能整體體現中藥療效的標準體系”。
考慮到中藥成分的多樣性和作用機制的復雜性，體外生物學實驗結果的可靠性有限，而哺乳動物實驗并不適合用于大批次的常規檢測，相信斑馬魚在中藥質量控制體系中能夠有自己用武之地。