斑马鱼模型在中药评价中的应用进展.pdf
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1、118综述July,2 0 2 3BasicTrMedicineVol.2,No.7斑马鱼模型在中药评价中的应用进展彭晓丽摘要斑马鱼是一种和哺乳动物有着相似生物结构和功能的实验动物,因其具有体积小、易饲养、发育快速、繁殖力强、便于观察等优势,广泛应用于医药研究领域。斑马鱼模式生物有着体内外模型相结合的优势特点,近些年,将斑马鱼模型用于中药领域的研究逐渐增多,其作为一种模式生物,能够通过高通量筛选,系统地评价中药中的毒性成分及药效活性。本文通过对近五年来相关文献的查阅整理,总结了斑马鱼的优势特点,归纳其在中药毒性和安全性评价、中药活性成分和药效评价及中药药物代谢评价三个方面的研究进展,为中药安全
2、性和有效性评价提供不同的方法和技术。关键词斑马鱼;中药毒性;药效评价;中药代谢DOI10.20065/ki.btcm.20230159Application Progress on Zebrafish Models in Evaluation of Chinese MedicinePENGXiaoli(Iinternational Zhuang Medical Hospital affiliated to GuangxiUniversity of Chinese Medicine,Nanning 530200,China)AbstractZebrafish is an experimental
3、 animal with similar biological structures and functions tomammals.Due to its small size,easy maintenance,rapid development,strong reproductive capacity,and ease of observation,it is widely used in the field of medical research.Zebrafish as a modelorganism combines advantages of both in vivo and in
4、vitro models.In recent years,the use of zebrafishmodels in Chinese medicine research has gradually increased.As a model organism,it can be usedfor high-throughput screening and systematic evaluation of toxic components and pharmacologicalactivities in Chinese medicine.By reviewing and summarizing re
5、levant literature from the past fiveyears,this study highlighted the advantages of zebrafish and summarized its research progress inthree aspects:toxicity and safety evaluation of Chinese medicine,evaluation of active componentsand pharmacological effects of Chinese medicine,and evaluation of Chines
6、e medicine metabolism.These findings provide different methods and techniques for the safety and efficacy evaluation ofChinese medicine.Keywordss zebrafish;toxicity of Chinese medicine;efficacy evaluation;metabolism of Chinesemedicine基金项目:广西科学研究与技术开发计划项目(桂科能12 2 37 0 0 7)作者单位:广西中医药大学附属国际壮医医院(广西南宁530
7、 2 0 0)通信作者:彭晓丽,E-mail:p e n g x i a o l i 8 7 q q.c o m1192023年7 月第2 卷第7 期基层中医药斑马鱼(Danio rerio)是一种辐鳍纲鲤科短担尼属观赏性的淡水鱼【1,产于印度、孟加拉等热带国家的溪流中,因身上类似斑马的条纹而被取名斑马鱼。其最早被用于检测各种环境中的有毒物质【2 。从2 0 世纪7 0 年代,斑马鱼就得到了环境毒理学家的重视,19 8 1年,Streisinger等3在Nature上发表了开创性的文章,将斑马鱼引人遗传和发育生物学领域,提示了科学家们将斑马鱼建立成为连接无脊椎动物和哺乳动物模型之间的桥梁。而后
8、斑马鱼被应用于化学物质的检测,经济合作与发展组织于19 9 8 年将斑马鱼胚胎发育方法列为测定单一化学品毒性的标准方法【4。斑马鱼具有繁殖能力强,胚胎发育快,胚胎透明度高,筛选周期短,与人类有高度相关性,支持活体动物实验等优势。斑马鱼模式动物开展了许多方面的研究,2 0 世纪9 0 年代,斑马鱼模型开始应用于医药领域,为人类疾病模型的建立与研究,药物毒性及机理检测及新药筛选和机理探究等研究方向提供新型的平台。近些年,将斑马鱼模型用于中药领域的研究逐渐增多,其作为一种模式生物,能够通过高通量筛选,系统地评价中药中的毒性成分及药效活性。本文通过对近五年来中国知网相关文献的查阅整理,总结了斑马鱼的优
9、势特点和其在中药毒性和安全性评价、中药活性成分和药效评价及中药药物代谢评价三个方面的研究进展,为中药安全性和有效性评价提供不同的方法和技术。1斑马鱼在中药毒性与安全性评价中的应用中药是由多种较复杂的天然药物成分组成,临床上有着较多的配伍变化,随着中药引起的不良反应日益增多,中药的安全性受到越来越高的重视。斑马鱼模型在毒理学研究中的应用始于2 0世纪7 0 年代,斑马鱼的独特优势作为药物安全性评价的动物模型受到药学研究者的青睐,近年来探究较多的主要有中药对斑马鱼胚胎急性发育、心脏、肝肾、神经等的毒性反应。1.1中药的急性毒性大多数常用中药或中药制剂含有的毒性成分和含量尚未被了解清楚,其毒性靶器官
10、、安全剂量范围并不完全明确,各种毒理学深人研究数据缺乏,因此研究急性毒性对于发现中药的毒性意义重大。急性毒性是中药安全性评价的重要指标之一,药物的初期毒性反应和其毒性作用部位的探讨具有重要意义。斑马鱼胚胎在受精后7 2 h(7 2 h p f)大部分器官发育完成,9 6 hpf全部器官发育完成,3个月左右性成熟,因此利用斑马鱼胚胎进行毒性试验,可快速得出中药的毒性效果强弱,为临床毒理学提供指导【6 。袁文琳等【7 利用斑马鱼模型研究山豆根提取物的急性毒性,发现山豆根酮为山豆根潜在的毒性成分之一。樊红艳等 8 评价红景天苷对斑马鱼胚胎发育及幼鱼的急性毒性作用,结果提示,红景天苷在受试剂量下对斑马
11、鱼胚胎及幼鱼无明显的急性毒性及致畸作用。刘静等 9 采用斑马鱼胚胎模型评价中成药舒筋定痛片的急性毒性,研究表明其毒性作用与其中所含硼砂存在一定剂量依赖性正相关。1.2中药的心脏毒性中药中提取的天然药物化合物虽具有较强的生物活性,但是它们对心脏的潜在毒性限制了它们的临床应用。斑马鱼胚胎受精48 hdf后心房、心室发育完成,心率稳定,心脏透明容易观察,此时将胚胎暴露在不同浓度的药物溶液中,通过显微镜直接观察、记录药物引起的心脏表观和功能改变,可较好发现心脏毒性10.1。冯娅茹等 12】用不同浓度的香加皮水溶液处理受精后6 hdf的斑马鱼胚胎,观察香加皮水溶液对2 4、48、7 2、9 6hpf斑马
12、鱼胚胎/幼鱼心脏的影响,结果显示各暴露组2 4hpf自主抽动次数增加、48 hpf心率以及72hpf孵化率降低,香加皮对斑马鱼具有心脏毒性,且利用48 hpf斑马鱼进行心脏毒性药物的筛选研究比较适合。潘祥龙等【13 利用斑马鱼模型评价海洋中药厚藤水提物和醇提物的安全性,结果显示厚藤水提物及醇提物随着给药剂量增加,明显减慢斑马鱼胚胎的心率,产生一定心脏毒性作用。庄开颜等【14 利用斑马鱼模型结合网络药理学,研究甘草酸拮抗乌头碱心脏毒性及作用机制,甘草酸可以显著拮抗乌头碱心脏毒性。邓银华等【15利用斑马鱼对吴茱碱的心脏毒性进行体内试验,发现吴茱萸碱可导致斑马鱼心率降低,心律无明显变化,心包形态学改
13、变和静脉窦和动脉球直线120July,2023BasicTrMedicineVol.2,No.7距离增大,可能与氧化应激有关。贾哲等16 发现氢溴酸槟榔碱使斑马鱼幼鱼出现心率加快,心律失常,血流量减少等心脏毒性反应1.3中药的肝肾毒性肝脏和肾脏是中药代谢和排泄的重要器官,研究中药对肝肾的毒性有重要意义。斑马鱼的肾在14hdf开始发育,7 2 hdf发育完成,由于基因相近,斑马鱼肝细胞能相对应哺乳类动物大部分肝细胞。张明哲等【17 】以斑马鱼胚胎为研究对象,观察中药交泰丸水提物对斑马鱼胚胎的肝肾毒性,发现交泰丸水提物处理对斑马鱼幼鱼体内肾脏肌酐含量没有明显影响,表明交泰丸水提物对斑马鱼没有明显肾
14、毒性,由此推断中药交泰丸对肝肾毒性较小。赵霞等【18 利用斑马鱼模型探讨马钱子的肝毒性机制,提示马钱子对斑马鱼的肝毒性与氧化应激损伤和脂肪代谢失衡有关。夏玉苹等【19 利用斑马鱼模型研究不同寄主桑寄生水提物的肝脏毒性,桑树寄主桑寄生无肝损伤,漆树、油茶、柳树、苦楝和夹竹桃5种寄主桑寄生均不同程度地表现出一定的肝损伤。马家宝等【2 0 开展毒结清丸对斑马鱼的急性毒性试验及其肝脏毒性评价,发现毒结清丸仅引起卵黄囊吸收延迟;斑马鱼肝脏面积、肝脏不透光度和肝脏病理切片未见明显异常。赵崇军等2 1 研究芜花水提物对斑马鱼幼鱼的肝脏毒性及其机制,芜花水提物诱导斑马鱼幼鱼的肝脏细胞结构改变,出现空泡化、萎缩
15、变形等病理状态;并在肝脏处有脂肪堆积现象,其原因可能与肝脏代谢功能异常有关。李德坤等2 2】应用斑马鱼模型评价注射用益气复脉的肝毒性,得出注射用益气复脉在最小致死剂量下,不诱发斑马鱼心血管毒性和肝脏毒性的结论1.4中药的神经毒性中药作用机制复杂,需长期服用综合调理人体精神和生理状态,中药大部分是生物碱、酸、挥发油等成分比较复杂的天然药物,部分中药使用不恰当容易引起神经系统损害,如洋金花、番木鳖等会引起头昏或头晕,使用曼陀罗、洋金花、人参等易出现烦躁不安,洋金花、乌头类等可引发昏迷,天南星、朱砂等能引起痴呆,使用川乌、草乌等可发生头面及四肢麻木等现象象【2 3。有研究发现,中药不良反应中,神经毒
16、性尤为常见24斑马鱼的中枢神经系统形成的过程以及对药物的反应与其他脊椎动物相似,但其神经系统优势在于简单却能够支配复杂的活动,避免了复杂神经系统对行为的综合调控。胡占英等【2 5】研究长春新碱对斑马鱼神经发育的影响,发现该药物能引起幼鱼呈浓度依赖性的侧卧体位,运动轨迹杂乱,平均运动速度及常规转弯能力下降等,表明可能长春新碱的神经毒性与其下丘脑多巴胺能神经元细胞丢失有关。王昊等 2 6】利用斑马鱼对乌头碱的神经毒性进行研究,发现乌头碱能降低斑马鱼游泳活力和幼鱼的肌节长度,推测其神经毒性与抑制乙酰胆碱酯酶活性有关。李梦婷等【2 7 探讨附子脂溶性总生物碱的神经毒性及机制,发现给药组的幼鱼移动距离、
17、速度、时间百分率呈先增加后抑制的情况,且运动轨迹杂乱无章,由此可见附子脂溶性总生物碱具有神经毒性,且其神经毒性可能与促进细胞调亡和影响乙酰胆碱酯酶活力有关。2斑马鱼在中药活性筛选和药效评价中的应用中药的不同提取液、不同药用部位多为多种化学成分的混合物,筛选药物有效成分比较困难。而斑马鱼由于其优势特点,能够全面快速有效地对中药活性成分进行高通量筛选,更快速准确地评价分析。2.1对中药抗炎作用评价中的应用我国的传统中药制剂在临床治疗中均表现出了较好的抗炎作用,中药抗炎近年来在研究领域成了热门。目前的斑马鱼实验常用三种方法进行炎症模型的建立,分别是断尾炎症模型、脂多糖(LPS)炎症模型和硫酸铜(Cu
18、SO4)炎症模型。斑马鱼断尾炎症模型通过对其断尾处理诱发斑马鱼尾部损伤出现炎症反应,是一种创伤性炎症模型。李学娥等2 8 使用切尾诱导的斑马鱼模型探究中药材瓜子金提取物的抗炎活性,远志山酮III能够减少切尾处的中性粒细胞和巨噬细胞数量,显著抑制细胞的迁移。何林燕等2 9 观察大麻叶提取物作用后斑马鱼尾鳍损伤部位巨噬细胞和中性粒细胞聚集和清除情况,研究大麻叶提取物的抗炎功效,1212023年7 月第2 卷第7 期基层中医药证明大麻叶提取物具有良好的抗炎功效。脂多糖(LPS)炎症模型是由LPS诱导的全身性炎症模型,是哺乳动物炎症模型的常见诱导剂,余景滔等 30 采用LPS诱导斑马鱼炎症模型,评价?
19、膈散及其组分甘草不同极性部位的抗LPS活性,?隔散及其组分甘草的不同提取部位对LPS炎症均有保护作用,浸泡给药方式适用于中药的抗LPS活性筛选。李静等31 在斑马鱼卵黄囊中注射2 nLLPS(2 mg/mL)建立炎症模型,研究中药提取物紫草素的抗炎活性,发现SK可以有效减少卵黄囊中两种细胞的大量聚集,减轻了LPS引起的斑马鱼心率增加的症状。毛丹丹等32 在斑马鱼LPS炎症模型中证明了何首乌中水溶性多糖对LPS所致斑马鱼系统性炎症的保护作用。斑马鱼CuSO4炎症模型是由CuSO4诱导的急性炎症模型,为目前应用较多的炎症模型。李风玲等 33 利用斑马鱼使用了CuSO4浸泡炎症模型,评价三峡阳菊叶水
20、提取物(WELT G Y)的抗炎作用,验证了WELTGY具有抗炎作用。采金金等【34 发现肺热普清散对CuSO4诱导的斑马鱼炎症模型具有抗炎作用,机制与抑制NF-kB、T NF-表达有关。郭新邓等35 用斑马鱼CuSO4炎症模型,筛选白花蛇舌草抗炎活性部位,发现白花蛇舌草三种活性部位均具有显著抗炎作用,其中正丁醇部位的抗炎活性最好,且其抗炎作用可能与抑制MAPK通路有关。2.2对中药抗血管新生的评价中的应用中药在抗肿瘤治疗方面具有悠久的历史,中药在减轻化疗后不良反应、防止肿瘤复发、提高生存质量等方面发挥重要作用。机体调控血管新生能力是肿瘤发病、发展的重要影响因素,如大黄、虎杖等清热解毒药物,在
21、临床上用于恶性肿瘤辅助治疗,研究中通常检验其抗血管新生作用。斑马鱼早期发育极为迅速,在胚胎受精36 hdf血管已完全形成,并开始运输循环血液。相比于其他模式生物,斑马鱼模型早期血管生成模式简单,胚胎透明利于观察,更适用于抗血管新生药物筛选。倪璐等 36 研究补益类中药抗血管生成作用,发现百合、党参、杜仲、甘草、高良姜、黄芪、肉桂、桑寄生、石斛、天冬、五味子对斑马鱼幼鱼的血管生成起到抑制作用。梁文举等37 以血管荧光标记的斑马鱼作为实验模型动物,寻找京大戟提取物中具有抗血管生成作用的有效部位,发现京大戟甲醇提取部位经柱层析纯化后,2 0%、8 0%甲醇洗脱部位对斑马鱼血管新生有明显抑制作用。岳盼
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