斑马鱼模型发展历史和应用现状
斑马鱼早在20世纪30年代就在欧洲用于环境检测研究,但普遍认为斑马鱼正式作为一种模式生物应用于科学研究始于1972年,美国George Streisinge教授在该年开始了斑马鱼发育生物学研究和模式动物建系工作。1989年,George Streisinge教授的同事Monte Westerfield教授出版第一本斑马鱼研究专著The Zebrafish Book第一版。1994年,“斑马鱼发育和遗传”主题会议在冷泉港实验室召开,斑马鱼模型开始被学术界接受。1998年,发生了多件斑马鱼技术发展的大事件,美国国立卫生研究院(NIH)在该年开始大力度支持斑马鱼基因组资源开发,全球首个斑马鱼模式生物数据库ZFIN在该年成立(http://zfin.org),而全球第一家斑马鱼药物研发服务外包公司也是在这一年成立。2000年,欧洲Sanger中心启动斑马鱼全基因组测序工作,并于2年后发布了第一个斑马鱼全基因组序列拼接ZV1。2004年,斑马鱼国际资源中心(ZIRC)在俄勒冈大学成立。2009年,斑马鱼药物毒理学评价技术首次通过FDA和EMA的GLP认证。
中国的斑马鱼技术发展从2010年之后进入了快车道,全国首届斑马鱼学术研讨会该年在杭州召开,同年,中国首家斑马鱼技术服务公司环特生物在杭州成立。2011年,斑马鱼模型和技术研究被列入中国科技部“重大新药创制”专项十二五实施计划。2012年,中国国家斑马鱼资源中心(CZRC)成立,第一本系统阐述斑马鱼模型评价药物安全性技术方法的专著也在同一年由Willey出版社出版。2013年,首个基于斑马鱼研究获得的候选药物进入美国临床Ⅱ期研究,中国国内首次将斑马鱼临床前药理学评价资料用于CFDA创新药物临床试验申报。
斑马鱼模型现已在欧美国家广泛应用于人类疾病模型研究、新药筛选、药物毒性与安全性评价。目前国际上已有19个基于斑马鱼模型研发的药物(包括老药新用)已获得美国FDA的临床试验许可或上市许可,如PGE2、Lenaldekar、Thalidomide和Rosuvastatin等。诺华、辉瑞、罗氏、默克和阿斯利康等跨国医药巨头公司均通过自建或合作方式用斑马鱼进行药物早期研发,极大地推动了斑马鱼模型在药物研发应用中的标准化和规范化进度。由多个不同实验室进行的实验结果表明,斑马鱼模型对药物心血管毒性、发育毒性和胃肠道毒性等的评价结果与人体实验结果的一致性平均达到了80%以上(表2),按照欧洲选择性分析方法评价中心(ECVAM)的评价标准,大部分的预测准确率已达到了良好(75-85%)或优秀(85%)的水平。
表1. 斑马鱼药物毒性与安全性评价指标的验证性实验结果(Eimon, et al., 2009)
斑马鱼实验 | 测试化合物 | 敏感性 | 特异性 |
心脏QT延长 | 13 | 12 / 12 (100%) | 1 / 1 (100%) |
100 | 18 / 23 (78%) | 59 / 77 (77%) | |
6 | 3 / 3 (100%) | 3 / 3 (100%) | |
7 | 4 / 4 (100%) | 3 / 3 (100%) | |
9 | 4 /5 (80%) | 4 / 4 (100%) | |
18 | 7 / 9 (78%) | 9 / 9 (100%) | |
发育毒性
| 18 | 100&50% | 67% |
24 | 94% | 86% | |
12 | 7 /8 (88%) | 3 / 4 (75%) | |
5760 | UN | UN | |
胃肠道毒性 | 10 | 6 / 6 (100%) | 2 / 3 (67%) |
耳毒性 | 5 | 5/5(100%) | ND |
1040 | UN | UN | |
视觉毒性 | 9 | 6/8(75%) | 1/1(100%) |
27 | 13/19(68%) | 6/8(75%) | |
运动紊乱
| 3 | 3/3(100%) | ND |
1 | 1/1(100%) | ND | |
诱发癫痫 | 25 | 13/17(76%) | 5/8(63%) |
ND: 由于缺少阴性化合物,无法确定特异性;
UN: 被测化合物的临床资料不足,无法确定其预测性.
环特多年来一直致力于斑马鱼技术在药物研发领域的应用研究,已经建立了较为完善的斑马鱼药物研发平台。