摘要：本文综述了斑马鱼动物模型的营养生物学研究现状。斑马鱼动物模型已广泛应用于疾病发生、发展及相关分子变化的研究。在这篇综述中，我们提供了使用斑马鱼动物模型的营养学概述。肥胖和血脂异常的研究描述了饮食诱导的肥胖与高脂/高热量饮食有关的基因组学。炎症和心血管研究描述了饮食对急性炎症标志物表达的影响以及由此引起的慢性炎症问题，包括动脉粥样硬化。我们还评估了与代谢紊乱相关的生物活性膳食化合物的基因组反应。碳水化合物代谢和β细胞功能研究描述了高碳水化合物饮食挑战对营养规划的影响。我们还报告了与饮食致癌物暴露研究相关的肿瘤发生，这可能导致永久性的基因组变化。维生素和矿物质缺乏的研究表明，微量营养素对饮食和时间表达变化的跨代遗传影响。昼夜节律研究描述了代谢与影响健康的基因表达的自然时间周期之间的关系。骨形成研究描述了饮食成分对骨骼重吸收调节的影响。 最后，本综述为斑马鱼模型在营养学和营养遗传学研究中的使用提供了未来的方向。

 

 

肥胖和血脂异常：肥胖症在西方世界和现在的世界范围内越来越受到关注。2015年至2016年间，肥胖的年龄标准化患病率为39.6%。肥胖常与心血管疾病、糖尿病、高血压和血脂异常等多种疾病并存。具有肥胖表型的个体显示出多个基因的失调，这些基因被报道与代谢过程和炎症反应有关。摄入卡路里过多（通常通过高碳水化合物或高脂肪饮食）导致储存脂肪的动物被认为是饮食诱发肥胖症（DIO）的模型。Oka等人首次报道了斑马鱼DIO的开创性研究。本研究通过过量或不足喂养卤虫（斑马鱼养殖中常用的一种活体饮食）或过量喂养后的热量限制来研究DIO。过度喂食斑马鱼（随意喂食）导致雄性和雌性的鱼类体重指数、血浆甘油三酯和肝脏脂肪变性增加。连同这些生长和代谢健康指标，失调了168个基因。 受热量限制后，鱼的体重和血浆甘油三酸酯显著下降，并且将失调的97个基因恢复正常。受过度喂养影响的基因存在于凝血、甘油三酯代谢、血小板活化、脂肪酸代谢和胆固醇外流等方面。在斑马鱼、大鼠、小鼠和人类中，DIO改变的基因与表达的比较表明，这些物种之间的代谢途径有很强的相似性。这仅在成年雄性斑马鱼中进行评估，并且在8周后，两种治疗方法与非过度喂养对照组（NFD）相比都增加了体重并增加了体脂百分比。然而，与NFD-OF相比，HDF-OF增加的体重较少，且体脂百分比无差异。与NFD-OF或NFD相比，HDF-OF显示了代谢健康标志物的差异，即空腹血糖、血浆甘油三酯和胆固醇升高。根据血糖的变化，肝内western blot显示，人Thr 307pAKT/AKT比值升高，提示早期胰岛素抵抗。与NFD-OF相比，HFD-OF中调节肝脏胆固醇生物合成的pparg和lpl、脂肪中的脂质代谢基因和srebf1的表达减少。与NFD-OF相比，HDF-OF中fabp11a、脂质代谢基因和导致肝纤维化的胶原基因col1a1a的表达增加。本研究证明斑马鱼模型对不同日粮诱导的不同代谢和体成分表型的研究是有效的。目前的证据有力地支持ppar亚型在调节脂质代谢机制上具有相似性，并且在人类、小鼠和斑马鱼中具有高度的结构相似性（67-74%的同源性）.作为一种评估具有DIO表型斑马鱼的替代方法，禁食实验可以用来确定能量和营养物质是如何分配和吸收的。人类的禁食对那些热量受限或间歇性禁食的肥胖者有好处. 除了已证明的临床益处之外，对人类禁食的研究还提供了对调节能量摄取和分配的基因的更好理解。 斑马鱼模型的使用也可能如此。禁食3周的斑马鱼的体重，血糖和肝糖原，胆固醇，甘油三酸酯和磷脂减少。禁食斑马鱼的mtor、ampk和crebp3l3的基因表达也发生了变化，这些都是已知的细胞能量和生长调节因子。再次喂食后，大多数效果得到明显改善，而有些仅趋向于初始禁食状态。 相似的斑马鱼研究已经评估了饮食限制（DR）。DR，无论是限制卡路里、大量营养素还是限制喂食时间，都是唯一已知的有效的跨物种干预措施之一，可以延长生命周期。

 

炎症与心血管疾病：正常的急性炎症反应是局部的，通常是对组织损伤或感染的反应。毛细血管扩张，热，发红，细胞因子和/或趋化因子释放，肿胀和白细胞浸润都是该反应的特征。 相反，慢性低度全身性炎症正在使人衰弱，但可能是由于不良的代谢健康所致。饮食对炎症反应的影响是营养界的争论之一，尤其是在饮食脂质中的作用。饮食中的脂质成分会影响斑马鱼的炎症指标。提供不同n3:n6比率（1:2、1:5或1:8）的等热量饮食的鱼类，随着饮食中n3:n6比率的增加，卵黄蛋白原（仅雄性）、c-反应蛋白和血清淀粉样蛋白A的表达降低低n3:n6比值和高水平花生四烯酸（ARA）的饮食导致氧化应激和脂质过氧化增加。代谢组分析显示，与较高水平的二十烷酸相比，全身n3:n6脂肪酸比率较低。虽然ARA-衍生物被认为是促炎性的，但在这些鱼类中没有炎症反应的标记物。斑马鱼的饮食引起的肥胖已显示出影响炎症途径。 斑马鱼和哺乳动物（大鼠，小鼠和人类）内脏白色脂肪的比较转录组学研究表明，肥胖症中负责凝血和血小板活化的基因失调. 这些基因的调节子包括il-6，il-1β和apoh，它们充当促炎细胞因子，导致慢性炎症。 这些细胞因子在某些类型的癌症的引发和促进中也起作用。接受炎性刺激的非肥胖斑马鱼与非肥胖对照组之间的比较显示，pamp，tlr5b，促炎细胞因子il-1β和il-8以及趋化因子cxcl-c1c和cxcl-11 l的表达增加。与肥胖对照组相比，注射炎症刺激对肥胖斑马鱼没有任何改变。这些数据表明，在存在肥胖鱼类的刺激因素的情况下，肥胖鱼类无法支持适当的炎症反应。 与非肥胖对照组相比，肥胖斑马鱼中表达增加的基因之一是tac4。 该基因在斑马鱼中仍被归类为未知功能，但该基因的旁系同源物在慢性炎症中起作用。

 

生物活性膳食化合物：斑马鱼最近被用来研究影响疾病发生和发展的膳食生物活性化合物。从小鼠研究中报道的作为抗肥胖治疗药物的鹅绒碱和肌酸被提供给过度喂养的斑马鱼DIO模型，以探讨肝脏基因表达导致肥胖表型与相关共病的脂质代谢改变。这些具有生物活性的食物化合物可减轻致肥胖症饮食对诸如高血糖，血脂异常和肝脂肪变性等代谢紊乱症状的影响，并使与脂质代谢相关的基因表达正常化。当斑马鱼被提供一个增加卡路里和含有绿茶提取物（GTE）的促肥胖饮食时，观察到保护作用。在雄性和雌性中，向鱼类提供致肥胖症饮食时，内脏和全身脂肪都会增加，但是，加入GTE会降低内脏和全身脂肪的含量。 在成脂饮食中，雄性和雌性均增加了总体重，但是当饮食中包含GTE时，与DIO鱼相比，只有雌性降低了体重。雌性中饮食中GTE含量最高，会增加脂质分解代谢基因acox1，acadm和ppara的肝脏表达，并降低socs3脂肪表达，从而影响瘦素水平。另一项关于GTE影响的研究表明，与不添加GTE的高脂饮食的雌性相比，补充GTE的高脂饮食的雌性柠檬酸合酶和3-羟酰基辅酶A脱氢酶活性增加。斑马鱼被提供了一种含甘巴里番茄（富含番茄红素和β-胡萝卜素）的促肥胖饮食，显示体重增加减少，甘油三酯减少。在肝脏中，与脂质代谢，碳水化合物转运和细胞周期有关的许多基因的表达发生了变化。 含有几种生物活性化合物的日本柑橘类水果柚子的果皮还通过减少甘油三酸酯和肝脂肪变性而影响DIO鱼。咖啡因已被证明可以改善过量喂养的肝脏效应，并减轻体重，减少甘油三酯循环和脂肪变性。咖啡因还调节脂肪生成基因aco、srebp1、acc1、cd36和ucp2的表达；内质网应激基因perk、ire1、atf6和bip；炎症细胞因子基因il-1β和tnfa；自噬基因g12和beclin-1。

 

碳水化合物代谢与β细胞功能：在斑马鱼中，碳水化合物代谢会受到暴露途径的影响。不同的研究方法对碳水化合物代谢的影响存在变化。暴露可通过饮食、葡萄糖注射或在高糖环境中经皮暴露来实现，所有这些都可导致高血糖。虽然非饮食研究与营养基因组学的直接关系不大，但基因调控的变化是重要的，有些可以讨论，因为代谢紊乱的相关调控变化和营养规划，以及斑马鱼目前缺乏胰岛素抵抗的饮食模型。在高血糖环境下，血糖会升高。从高葡萄糖环境中移出后，在干净的系统水中，在为期7天的冲洗期间，血糖保持较高水平。 格列美脲和二甲双胍的药物治疗是2型糖尿病的流行临床治疗方法，可将血糖降低至正常水平。随着血糖的升高，经皮葡萄糖暴露增加了骨骼肌中insra-1、insrb-1和insrb-2的表达。另一项研究表明，格列吡嗪也被证明能有效降低经皮暴露引起的血糖升高。幼虫经皮暴露于葡萄糖会降低pepck的表达并增加insa的表达。注射致糖尿病药物链脲佐菌素可减少胰岛素分泌和血糖水平，与1型糖尿病相似，斑马鱼可在注射后14天内从这些作用中恢复。尽管发生了从环境葡萄糖暴露中恢复的现象，但全基因组CpG岛甲基化变化和表达的差异仍然存在。 环境葡萄糖暴露后的尾鳍截断表明组织的再生受到损害，新组织的表达和甲基化模式的相似变化被认为是代谢记忆。

 

肿瘤发生与膳食致癌物暴露：甲基汞是一种环境污染物，可以通过多种途径进入人体，包括饮食污染。甲基汞污染饲料暴露25天导致斑马鱼骨骼肌基因表达差异。影响一般细胞代谢、脂质代谢、细胞周期调节和参与蛋白质合成的核糖体成分的基因表达改变。本研究中评估的多个核糖体基因表达变化与结直肠癌、腺癌和DNA完整性相关。用TCDD污染饲料的斑马鱼导致剂量和时间依赖性的生物蓄积和多器官病变的形成。含有致癌物质甲基亚硝基亚硝基胍的饮食对斑马鱼的体重、存活率或肿瘤的形成没有影响。

 

昼夜节律：最近，斑马鱼已与更传统的动物模型一起用于了解昼夜节律。 昼夜节律主要由内源性分子驱动，该驱动在24小时周期内发生，并受环境因素（例如能量摄入和光照）的影响。与典型的14h：10h光照和黑暗周期相比，在24h恒定光照下生活的斑马鱼的基因表达发生了变化，这些基因对于维持昼夜周期很重要，例如per1，per2和cry1a。

 

结论：斑马鱼模型在营养学研究中的重要性是有充分理由的。斑马鱼模型已经开发了几乎所有的人类疾病，其中营养是一个混杂因素。这些研究的结果很容易转化为其他动物模型或人类干预试验，以解决广泛的公共卫生问题。斑马鱼作为营养学模型的价值刚刚被发现。 我们希望更多的研究将集中在斑马鱼模型在基因-饮食相互作用中的应用，并且我们相信这些信息将对人类健康有帮助。