使用斑马鱼（Danio rerio）作为模型研究人类疾病的时代始于20世纪60年代，由分子生物学家George Streisinger的先驱性工作开启，他确立了斑马鱼作为遗传性脊椎动物模型的角色 [1]。在他的开创性研究之后，斑马鱼在人类疾病建模中的大规模应用逐渐显现，并在20世纪90年代推动了广泛的发育遗传学筛选，这些筛选检测到了斑马鱼基因与人类疾病基因的突变匹配 [2，3]。此外，斑马鱼基因组的测序结果显示，斑马鱼中大约70%至84%的基因与人类基因相似，这加强了斑马鱼作为特定人类疾病模型的实用性。
斑马鱼从一种简单的淡水观赏宠物转变为现代生物医学研究中最为强大且广泛使用的替代模型之一，这是一段了不起的科学校旅（图1）。斑马鱼模型具有诸多重要优势，如繁殖力高、发育迅速以及维护成本低。每条雌鱼可产下数百枚体外受精且透明的卵，从而增加了实验样本量，使纵向评估发育器官发生和外源报告基因表达成为可能，同时也能以较低成本进行实验。斑马鱼胚胎是一种与人类相关的模型，约84%的基因与人类疾病相关。尽管属于低等脊椎动物，但它们的各大器官系统、发育通路以及细胞/分子机制高度保守，其功能与人类相似。
图1. 使斑马鱼作为人类疾病模型得以具体应用的发现时间线。
作为有价值的替代动物模型，斑马鱼与3R原则（减少、优化和替代）完美契合，支持生物医学研究中动物的人道使用。因此，多个由不同实验室通过斑马鱼筛选发现的化合物已进入临床试验阶段 [4]。当前研究中对动物替代方法的重视使斑马鱼模型处于新方案方法学（NAMs）的核心位置。美国联邦机构，包括国家卫生研究院（NIH）和食品药品监督管理局（FDA），将早期斑马鱼胚胎视为非哺乳动物整体生物替代模型。
本特刊"斑马鱼：人类健康与疾病的模式生物：第二版"收录了五篇论文，包括四篇原创研究论文和一篇综述。这些特色论文强调了斑马鱼模型在重现特定人类病理状态和阐明潜在机制方面的效用，从而为战略性的干预途径提供依据。这些论文的研究人员使用了野生型和基因修饰斑马鱼，探讨了组织/器官特异性疾病，并涵盖了神经系统、炎症和伤口愈合等广泛主题。最终，这些论文利用斑马鱼模型的卓越能力，为特定病理过程提供了关键的细胞和分子见解。这些见解可以推动我们进一步了解人类疾病状态和潜在的干预策略。
在综述论文中，Lemos等人描述了使用啮齿动物以及鱼类和线虫等替代动物模型作为实验模型研究炎症的相关性 [5]。这些模型便于有效研究炎症的急性和慢性阶段，同时也提供了机会，尤其是通过低等门类生物的使用，来阐明那些在人类中无法研究的炎症机制。与线虫相比，啮齿动物和斑马鱼与人类具有更高的基因组相似度。线虫缺乏适应性免疫，但它们一直是研究天然免疫反应的强大模型，尤其是涉及宿主-病原体相互作用的研究。这篇综述文章强调了替代动物模型在理解人类炎症方面的效用，突出了伦理关注减轻和财务限制缓解的重要性。
在Uppalapati等人的论文中，他们描述了MMP13和促迁移性基质金属蛋白酶在斑马鱼角膜细胞集体细胞迁移（CCM）中的作用，这一过程与伤口愈合相关 [6]。MMP2、MMP9、MMP13和MMP14是基质金属蛋白酶家族的独立成员，这些酶能够分解细胞周围的支持性蛋白网络 [7]。作者使用野生型斑马鱼建立了所有实验所需的培养物。结果表明，MMP13表现出抗迁移效应，而MMP2、MMP9和MMP14在斑马鱼角膜细胞中作为促迁移分子发挥作用。作者总结道，他们的研究揭示了MMP调控CCM的一种新型抑制作用，这对理解此类复杂的生物学过程具有重要意义。
在Lee等人的研究中，作者使用了一个多层次筛选平台，筛选斑马鱼胚胎以鉴定能改善运动神经元生长的短肽 [8]。在Tg(mnx1:GFP)转基因品系中，绿色荧光蛋白（GFP）在运动神经元和轴突中表达，便于实时监测运动神经元的发育 [9]。由于补充Pgk1已被证明可改善运动神经元生长（综述见[10]），作者合成了一系列源自重组磷酸甘油酸激酶1（Pgk1）的肽。基于斑马鱼运动神经元表型筛选，作者证明在所有17个突变体中，一个突变短肽（M039）对改善神经突生长的效果最为显著。这些短肽的治疗潜力可能导致进一步研究这些发现应用于人类运动神经元疾病的研究。
在Gu等人的另一篇论文中 [11]，作者使用斑马鱼胚胎作为替代动物模型，研究了无机砷对人类的潜在不良影响。他们此前曾报道亚砷酸钠在斑马鱼胚胎中引起多余运动神经元发育和凋亡，以及一种膳食补充剂乙酰左卡尼汀（ALCAR）仅消除凋亡但不消除异常运动神经元发育的现象 [12，13]。凋亡的原因之一是氧化应激。为了阐明砷诱导凋亡和多余运动神经元发育的机制，作者探讨了另一种抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）的效果。与ALCAR类似，NAC减少了斑马鱼胚胎中砷诱导的凋亡，但未能防止亚砷酸钠诱导的多余运动神经元发育。这些数据表明，砷诱导的凋亡和多余运动神经元发育是通过不同的途径介导的。他们还揭示了蛋白氧化（羰基化）和p53信号——一个关键的凋亡调节因子——并不参与砷诱导的凋亡和多余运动神经元发育。这些结果增进了对砷毒性和人群中相关疾病的研究理解。
Mardhekar等人 [14]研究了与颅内动脉瘤相关的COL22A1（胶原XXII）变异体在斑马鱼脑血管结构和屏障完整性中的作用。颅内动脉瘤（IA）是一种脑血管疾病，其特征是颅内动脉上出现脆弱的气泡状隆起，影响约2%至5%的人口 [15]。尽管已知环境因素和遗传因素共同导致IA易感性，但IA的遗传基础仍不清楚。作者此前在IA患者中鉴定出几个COL22A1单核苷酸变异体。本研究在斑马鱼胚胎模型中测试了这些变异体的功能效应。他们的研究表明，与过表达野生型COL22A1无显著影响相比，诱导过表达六个人类COL22A1单核苷酸变异体中的每一个都增加了斑马鱼胚胎颅部出血的发生率。过表达特定COL22A1变异体破坏了颅内神经血管结构完整性。利用计算机模拟，作者提出了一个潜在的机制，表明特定变异体可能干扰了COL22A的三螺旋形成，导致蛋白错误折叠，从而引发其功能障碍。这些发现为IA提供了遗传学基础，可能适用于理解人类中的此类病理状况。
总之，本特刊汇集了一系列论文，有力地证明了斑马鱼模型在研究人类疾病和病理方面的成功应用。斑马鱼模型为高通量药物发现和临床前测试提供了强大平台 [16，17]，从而将实验室研究整合到转化医学流程中。此外，鉴于向NAMs方向发展的势头日益增强，该方向优先使用能够替代或减少哺乳动物模型的工具和技术，斑马鱼胚胎作为推进人类健康/疾病研究的伦理和高效关键模型脱颖而出。
