摘要：斑马鱼幼虫因其光学透明性，遗传可操纵性和翻译潜力而被广泛用于研究宿主与病原体的相互作用。斑马鱼免疫系统的发展是很清楚的，因此可以利用幼虫在天然免疫的背景下进行研究。斑马鱼感染包括海洋分枝杆菌在内的天然鱼类病原体，大大提高了我们对细菌致病机理和脊椎动物宿主防御的认识。但是，使用多种人类病原体（细菌，病毒和真菌）的新工作阐明了斑马鱼感染模型的多功能性。我们认为，这些知识可以为高等动物模型的研究提供信息，并有助于开发抗人类感染的治疗方法。

 

 

为什么要用斑马鱼来研究人类感染？斑马鱼被用作研究发育生物学的模型已有近30年的历史，因为斑马鱼的幼虫在光学透明，并且发育迅速。斑马鱼在遗传上也很容易处理，可以独立于适应性免疫研究先天性免疫反应，直到受精后4周才能完全发育。尽管斑马鱼和人类在解剖学上存在差异，但斑马鱼可以通过注射最适合研究问题的相应部位来研究人类感染。因此，斑马鱼已成为研究体内宿主-病原相互作用的重要动物模型。海洋分枝杆菌是斑马鱼的一种自然病原体，可引起类似结核病的疾病，是研究体内宿主-病原体相互作用的一个范例，对我们了解人类感染结核分枝杆菌有重要贡献。例如，斑马鱼中的海藻支原体感染已表明，毒性决定簇RD1（差异1区域）诱导受感染的巨噬细胞聚集形成结核性肉芽肿，白三烯A4水解酶（LTA4H）对宿主肿瘤坏死因子（TNF）水平的调节具有保护和病理双重作用，肉芽肿中巨噬细胞坏死依赖于TNF诱导的细胞器间信号通路。斑马鱼与人类有着广泛的基因组同源性，并且> 80％与疾病相关的人类基因中存在于斑马鱼中。重要的是，哺乳动物病原体识别受体的对应物，如Toll样受体和核苷酸结合寡聚结构域样受体以及下游信号成分，已被证明在斑马鱼宿主防御中发挥重要作用。在这篇评论文章中，我们查阅了最近的文献，这些文献表明斑马鱼感染人类细菌、病毒和真菌病原体可以用来发现人类感染的基本概念。

 

斑马鱼研究微生物毒力机制：与其他脊椎动物模型不同，斑马鱼幼虫使研究人员能够在体内从单细胞到整个动物水平上可视化感染过程，揭示了人类宿主内病原体的毒力机制。 洋葱伯克霍尔德菌是囊性纤维化患者的重要机会致病菌。与人类的临床病例相似，斑马鱼对洋葱芽孢杆菌复合物高度敏感，不同的细菌种类可导致不同的感染结果，从持续性非炎症性感染（非致命）到急性促炎性感染（致命）。用斑马鱼研究新生伯克霍尔德菌感染，首次发现巨噬细胞在促进细菌复制和急性炎性感染中起关键作用。B.cenocepacia转录调节因子ShvR及其主要靶点都是重要的毒力因子，参与体内从细胞内持续性感染向急性炎症性感染的转变。

 

斑马鱼体内细菌细胞生物学研究：除了抗生素耐药性外，细菌还开发了多种策略，如持久性细胞和L型转换，这些策略也会导致反复感染。我们已经在斑马鱼身上证明，细菌性芽孢杆菌可以捕食耐抗生素的福氏志贺氏菌，一种革兰氏阴性的肠道病原体，与宿主免疫系统协同工作以控制感染。与捕食者-猎物相互作用的研究类似，斑马鱼的研究表明，细菌竞争也可以在体内进行研究。一项使用荧光显微镜的研究表明，霍乱弧菌是一种非侵入性肠道病原体，它与其他细菌竞争，以一种依赖于VI型分泌系统（T6SS）的方式定植肠道。霍乱弧菌与上皮细胞的相互作用影响斑马鱼肠道的蠕动，置换微生物群并促进其自身定殖。与在致病性中起作用的分枝杆菌中的VII型分泌系统（T7SS）相似，金黄色葡萄球菌有一个T7SS，它分泌对细菌竞争很重要的效应因子。通过对T7SS分泌组的蛋白质组学分析，发现了一种名为TspA的新型毒素。尽管体外实验未能证明TspA的作用，但斑马鱼体内的细菌竞争试验表明TspA对种内竞争很重要。因此，至少对于金黄色葡萄球菌而言，斑马鱼可用于阐明促进细菌竞争的宿主因子。

 

利用斑马鱼研究新发现和被忽视的传染病：为了了解新出现的和被忽视的传染病，研究人员需要具有良好特征的动物模型来概括感染过程的关键方面。斑马鱼能够有效地发现迄今为止未知的决定因素，这些因素是微生物病原体感染的核心。感染诸如基孔肯雅病毒和辛德比斯病毒的阿尔法病毒可引起病毒性脑病；然而，这些病毒进入中枢神经系统（CNS）的机制尚不清楚。斑马鱼体内的系统性病毒感染表明，基孔肯雅病毒和辛德毕斯病毒在脑实质中迅速定居，并在那里持续存在。丰富的斑马鱼转基因品系在吞噬细胞中特异性表达荧光蛋白，这使研究人员独特地研究了它们与侵入性真菌病原体（例如曲霉菌，念珠菌和隐球菌属）的动态相互作用。就烟曲霉菌（一种空气传播的机会性真菌病原体）而言，斑马鱼对慢速和快速发芽菌株具有不同的宿主反应特征。

 

使用斑马鱼发现主机防御中的创新概念：Philippe Herbomel等人描述了巨噬细胞和中性粒细胞的发育，以及它们吞噬斑马鱼胚胎中病原体的能力，这些细胞在斑马鱼细菌感染期间一直是研究的重点。在斑马鱼中发现只有10%的ILC样细胞表达细胞因子受体，这使得它们不同于小鼠和人类ILC（其中100%的细胞表达细胞因子受体）。这些结果表明，斑马鱼可能有助于发现使用ILCs的治疗方法，并强调斑马鱼的免疫系统仍有许多有待发现的地方。自噬是一种细胞内降解过程，对细胞内稳态和宿主防御至关重要，斑马鱼是最早在体内研究细菌自噬的动物模型之一。炎症小体是一种多蛋白复合物，由宿主细胞识别病原体后组装而成。虽然老鼠已经被广泛用于研究炎症生物学，斑马鱼可以从进化的角度来研究从鱼类到人类高度保守的成分和概念。在志贺氏菌-斑马鱼感染模型中，人们发现，细胞骨架中鲜为人知的Septins控制炎症和caspase-1活性。

 

结论：在这篇评论文章中，我们强调了斑马鱼感染的创新应用，以增强我们对人类传染病的理解。对研究斑马鱼感染的微生物学家来说，前景是光明的。尖端的显微镜技术，包括荧光探针技术和超分辨率显微镜，非常适合在斑马鱼中使用。 此外，可以大量获得胚胎，从而可以进行高通量研究。结果，斑马鱼幼虫一直处于体内细胞生物学的最前沿，最近的一项研究很好地证明了这一点，该研究使用自动化的高通量研究结合点阵光片显微镜来显示单细胞器的细胞器（内质网，线粒体）动力学。尽管使用斑马鱼和新颖的显微镜技术获得的数据集将是庞大而复杂的，但同时正在开发高效的数据处理系统。结合RNA测序和其他组学方法的进展，我们预测微生物学家利用这些新方法和大量数据集来研究斑马鱼感染，可以对人类感染提供深刻的见解。