1. <var id="81co5"><track id="81co5"></track></var>
    <b id="81co5"></b><source id="81co5"></source>
  2. <source id="81co5"></source>
      1. <source id="81co5"><mark id="81co5"></mark></source>
      2. 產品相關信息 Relevant Information

        斑馬魚模型和代謝組學技術在中藥藥理藥效研究中的應用

        發布時間:2023-08-19 18:17:05 | 來源:【藥物研發團隊 2023-8-19】
        分享至:0

        中藥成分復雜,具有作用通路和靶點多、對機體多向調節和整體調節、作用機制復雜等特點。代謝組學作為系統生物學的重要組成部分,其整體性的研究思路與中醫藥作用整體觀相一致,強調了多成分、多靶點、多層次的整體調節。通過現代分析技術手段檢測生物體系內代謝產物的變化,可以更準確、直接地反映生物體系的代謝和表型信息,揭示中醫藥治療復雜疾病的作用機制。斑馬魚模型作為一個整體的動物模型,其體積小、高通量、費用低、周期短,且實驗結果可靠,在藥物研究領域廣泛應用,在中藥藥理研究等方面表現出優越性。

        一、代謝組學

        代謝組學是通過現代檢測手段對生物樣本中的代謝產物進行定性和定量分析,從而進一步分析生物體受到刺激后內源性代謝物的變化規律和影響的代謝通路,以尋找代謝物與生理病理變化之間的相對關系。

        隨著現代分析技術的不斷發展,代謝組學在中醫藥領域取得了不少創新性研究成果。在研究方法上,穩定同位素示蹤代謝組學、質譜成像空間代謝組學等技術的應用為突破代謝表型并深入剖析關鍵代謝物的功能機制提供了新思路。代謝組學與多學科、多組學前沿技術的交叉應用也為中醫藥創造了新的機遇。 目前代謝組學在中醫藥現代化的研究領域仍處于不斷發展階段,尚存在代謝物質功能驗證不足、疾病或藥效標志物代謝物缺乏特異性等問題。因此,代謝組學在中醫藥研究中存在的問題仍需要進一步研究探討,為進一步揭示中醫藥科學內涵和推動中醫藥現代化發展提供參考和指引。

        代謝組學概述

        代謝組學是系統生物學的組成部分,是效仿基因組學和蛋白質組學的研究思想,對生物體內所有代謝物進行定量分析,并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系的研究方式。其研究對象大都是相對分子質量1000以內的小分子物質。先進分析檢測技術結合模式識別和專家系統等計算分析方法是代謝組學研究的基本方法。

        代謝組學是繼基因組學和蛋白質組學之后新近迅速發展起來并滲透到多項領域的一門學科,如疾病診斷、醫藥研制開發、營養食品科學、毒理學、環境學、植物學等與人類生命健康密切相關的領域?;蚪M學和蛋白質組學分別從基因和蛋白質層面探尋生命的活動,而實際上細胞內許多生命活動是發生在代謝物層面的,如細胞信號釋放、能量傳遞、細胞間通信等都是受代謝物調控的。代謝組學正是研究代謝組在某一時刻細胞內所有代謝物的集合的一門學科?;蚺c蛋白質的表達緊密相連,而代謝物則更多地反映了細胞所處的環境,這又與細胞的營養狀態、藥物和環境污染物的作用,以及其它外界因素的影響密切相關。因此有人認為,“基因組學和蛋白質組學告訴你什么可能會發生,而代謝組學則告訴你什么確實發生了”。

        代謝組學的概念來源于代謝組,代謝組是指某一生物或細胞在一特定生理時期內所有的低分子量代謝產物,代謝組學則是對某一生物或細胞在一特定生理時期內所有低分子量代謝產物同時進行定性和定量分析的一門新學科,是以組群指標分析為基礎,以高通量檢測和數據處理為手段,以信息建模與系統整合為目標的系統生物學的一個分支。

        代謝組學的研究范圍

        代謝組學主要研究的是作為各種代謝路徑的底物和產物的小分子代謝物(MW<1000),主要技術手段是核磁共振(NMR)、質譜(MS)、色譜(HPLC,GC)及色譜質譜聯用技術。通過檢測一系列樣品的NMR譜圖,再結合模式識別方法,可以判斷出生物體的病理生理狀態,并有可能找出與之相關的生物標志物。

        代謝組學的發展史

        代謝組學的出現是生命科學研究的必然。在20世紀90年代中期發展起來的代謝組學,是對某一生物或細胞中相對分子量小于1000的小分子代謝產物進行定性和定量分析的一門新學科。代謝組作為系統生物學的重要組成部分,在臨床醫學領域具有廣泛的應用前景。代謝產物是基因表達的最終產物,在代謝酶的作用下生成。雖然與基因或蛋白質相比,代謝產物較小,但是不能形成代謝產物的細胞是死細胞,因此不能小看代謝產物的重要性。研究人員通過對機體代謝產物的深入研究,可以判斷機體是否處于正常狀態,而對基因和蛋白質的研究都無法得出這樣的結論。事實上,代謝組學研究已經能診斷出一些代謝類疾病,如糖尿病、肥胖癥,代謝綜合癥。目前,已經研究清楚的普通代謝途徑包括三羧酸循環(TCA)、糖酵解,花生四烯酸(AA)/炎癥途徑。

        代謝組學的研究方法

        代謝組學的研究方法與蛋白質組學的方法類似,通常有兩種方法。一種方法稱作代謝物指紋分析,采用液相色譜-質譜聯用(LC-MS)的方法,比較不同血樣中各自的代謝產物以確定其中所有的代謝產物。從本質上來說,代謝指紋分析涉及比較不同個體中代謝產物的質譜峰,最終了解不同化合物的結構,建立一套完備的識別這些不同化合物特征的分析方法。另一種方法是代謝輪廓分析,研究人員假定了一條特定的代謝途徑,并對此進行更深入的研究。

        對于代謝產物來說,不僅只有質譜峰這個特征。更進一步地說,質譜(MS)并不能檢測出所有的代謝產物,并不是因為質譜的靈敏度不夠,而是由于質譜只能檢測離子化的物質,但有些代謝產物在質譜儀中不能被離子化。采用核磁共振(NMR)的方法,可以彌補色譜的不足。劍橋大學的Jules Griffin博士,正在使用質譜與核磁共振結合的方法,試圖建立機體中的完整代謝途徑圖譜。Griffin用核磁共振檢測高豐度的代謝產物,由于核磁共振檢測的靈敏度不高,所以只用于分析低豐度代謝產物。

        過去,只有毒理學方面的研究使用核磁共振,而質譜只在植物代謝研究中采用。如今,這兩種方法在代謝組學研究中已經普遍使用。為在不同樣品間進行有意義的比較,研究人員必須結合使用這兩種方法獲得的大量數據進行分析。此外,還需要結合基因組學研究獲得的數據。

        Gary Siuzdak博士在美國克利普斯研究院(TSRI)從事生物信息學問題的研究,他設計了一個分析來自不同樣品代謝產物變化的實驗方案。研究人員可以通過生物信息學軟件XEMS比較不同的數據,從而識別出代謝產物。軟件提供了所有代謝產物的分子量數據,這些代謝產物濃度因不同的個體而變化。公眾可以從網上免費獲取這些數據。

        Siuzdak博士表示,他們正采用綜合研究的方法進行代謝組學研究,試圖檢測出盡可能多的代謝產物,超越人們過去使用方法所能達到的目標。通過個體研究,希望能在一定程度上識別出與應激有關的新分子,這些應激物可能是一種疾病,一種敲除酶,或者是其他的物質。

        代謝組學的發展前景

        代謝組學作為后基因時代,系統生物學驅動的新生代組學技術,其核心價值是通過定性描述和定量表征不同生物基質中小分子代謝組以闡明與細胞代謝相關的所有關鍵科學問題,進而可以從代謝維度認識不同的生物化學過程和生物學事件,如疾病的發生/診斷、藥物作用/毒理、營養健康/干預、植物生理/病理、微生物感染/治療,環境毒理/修復,基因突變/修飾等。然而,過去的十年,代謝組學的發展,同其它生命組學一樣,面臨一個巨大困局。由于現有技術手段和生物化學認知的局限性,當下,組學研究仍處于表型數據的高通量采集與初步分析水平,即定義為表型代謝組學研究,若要尋求真正解決上述與代謝相關的關鍵科學問題,功能代謝組學研究勢在必行。

        二、代謝組學在疾病診斷中的應用

        與基因組學和蛋白質組學相比,代謝組學的研究側重于相關特定組分的共性,最終是要涉及研究每一個代謝組分的共性、特性和規律,目前據此目標相距甚遠。盡管充滿了挑戰,研究人員仍然堅信,與基因組學和蛋白質組學相比,代謝組學與生理學的聯系更加緊密。疾病導致機體病理生理過程變化,最終引起代謝產物發生相應的改變,通過對某些代謝產物進行分析,并與正常人的代謝產物比較,尋找疾病的生物標記物,將提供一種較好的疾病診斷方法。

        三、代謝組學在醫療中的應用

        代謝組學研究人員已經對此進行了研究。新生兒是否缺失酶基因,可以在出生時就檢測出來??蓹z測出包括涉及合成途徑中的基本成分(如氨基酸)的酶。酶缺失的結果就是相應的代謝產物過少或過多。苯丙酮尿癥(PKU)是一種常見的嬰兒疾病。這種疾病是由于缺失將苯丙氨酸水解成酪氨酸所必須的苯丙氨酸水解酶基因,導致血液中苯丙氨酸累積造成的。若不能及時檢測出這種天生的代謝缺乏,在嬰兒出生后九個月內,就會引起無法挽救的大腦損傷。這種疾病通過簡單的血樣和尿素化驗就可以確診。而血樣和尿素化驗以后也將成為代謝指紋研究方法的一部分。像苯丙酮尿癥這樣的疾病,研究人員正試圖從疾病的生物化學基礎著手,而不是僅僅檢測生物標記物。他們希望通過代謝組學,可以找到更好的方法去治療這些疾病。

        四、代謝組學在中藥研究中的應用

        人類對復雜生命體的認識循著從器官/組織、細胞到基因的方式,現在又回到了以整體性研究為特點的系統生物學的時代,其鮮明的特征是各種“組學”研究的繁榮。代謝組學是繼基因組學、轉錄組學和蛋白質組學后新興的一種組學方法,是系統生物學的重要組成部分,由nicholson于1999年首次提出。代謝組學研究的核心思想在于利用現代分析技術定量測定生物體液(如尿液、血漿、組織提取液等)中的內源性代謝產物,考察生物體在不同狀態下(生理病理狀態、給藥前后等)其代謝產物的變化,通過代謝物圖的整體分析直接認識生理病理及生化狀態,結合化學信息學分析方法確定內源性小分子代謝物成分的變化模式,獲得相應的生物標記物群,表征或揭示生物體在特定時間、環境下整體的功能狀態。其后又出現了針對植物的代謝組學研究。如今代謝組學已在藥物毒性及安全性評價、疑難疾病診斷、新藥研發及藥物作用機制研究等生命科學的多個領域展示了廣闊的應用前景。

        完整的代謝組學分析流程應包括樣品的采集、預處理、儀器分析與鑒定、數據分析及生物標記物意義解讀,最終認識機體生化反應機理和生命現象。主要研究手段包括核磁共振譜(NMR)、氣相色譜-質譜(GC/MS)和液相色譜-質譜(LC/MS)等各種高通量、高分辨、高靈敏度的譜學技術,特別是UPLC-Q-TOF-MS以其靈敏度高、分析速度快、樣品無需衍生化等優點,受到眾多研究者的關注。主成分分析及偏最小二乘判別分析等多元模式識別方法是代謝組學常用的數據降維和信息挖掘方法。

        中藥“多組分、多靶點、整合調節作用”的特點及中醫藥理論的“整體觀、動態觀、辨證觀”與代謝組學整體性、系統性、綜合性相吻合。因此,以代謝組學為主體的系統生物學研究方法可能是現代科學中可以概括中醫藥抽象整體觀思想的重要途徑。

        代謝組學技術在現代中藥研究中的應用

        1、代謝組學與中醫證候模型的研究

        辨證論治是中醫藥的特色與精華,“證”是機體在疾病發展過程中某一階段的病理概括。建立中醫“證”動物模型是開展符合中醫藥理論藥效評價的重要前提,由于中醫“證”的主觀不確定性,缺乏合適的動物模型建立與評價方法,根據不同種屬、不同品系動物模型與人的代謝狀態的差異,以特征性標記物為參考,尋找模擬人類疾病且適用于藥效和毒性等研究的動物模型,將成為代謝組學的重要應用領域之一。例如,對慢性束縛應激大鼠(肝郁脾虛模型)的血漿代謝表型改變的研究發現:模型組大鼠醋酸、乳酸、酪氨酸、低密度脂蛋白等發生較大變化,提示動物能量代謝及脂肪、蛋白質代謝功能異常,與已知的應激狀態動物體內代謝的調節過程及結果相一致。

        2、代謝組學與中藥整體療效、藥效物質基礎及作用機制的研究

        對中藥療效的評價、物質基礎及作用機制的研究基本上都是沿用化學藥的方法,即使引入了細胞分子生物學的研究加深了認識,但從目前的研究結果分析,中藥基本上沒有優于化學藥的作用特點可言,可能是我們忽視了其“君臣佐使”、“升降沉浮”等理論和整體性作用機制很難在單一機制的藥理模型和分子水平加以詮釋,這就需要建立適用于中藥多組分、多靶點整體綜合效應的藥效評價體系。采用代謝組學的方法來對比分析服用中藥前后機體內體液之間所存在的不同,來證實中藥的療效,可能成為未來系統生物學研究中藥的重要手段。

        3、代謝組學與中藥安全性和毒性研究

        由于歷史、習慣、地域等原因,同一種藥材可能來自不同的植物,不同的藥材間也存在代用、混用等問題,這為中藥的安全性埋下了隱患,但長久以來并未引起足夠的重視。在20世紀90年代初出現了在比利時服用含中藥廣防己的減肥藥導致腎功能衰竭的報道,中草藥的安全性問題引起了國內外的廣泛關注,而且對中草藥的聲譽造成極大的損害。利用代謝組學技術可以觀察到中藥可能對機體能量代謝、蛋白質代謝、糖代謝、脂肪代謝、氨基酸代謝和腸道菌群產生“擾動”的作用,對中藥的毒性進行分析評估。

        4、代謝組學與中藥質量控制研究

        同一種中藥材由于生長環境、采收季節及加工方式等的不同,其所含化學成分可能有很大差異?,F階段中藥的質量控制主要是對一個或幾個指標成分或活性成分進行定性鑒別和定量測定,這種方式的缺點是顯而易見的。近年來國家大力推廣指紋圖譜技術,但對中藥的質量控制仍然存在局限性?;?/span>NMR和MS技術的中藥質量控制的代謝組學技術,可以定性和定量地鑒定出不同產地、不同采收季節、不同產地加工方式等的中藥材化學成分的差異。

        在長期的用藥實踐中,中藥形成了自己獨特的炮制工藝。中藥炮制的主要目的是增強或改變藥物的性能,同時降低中藥的毒性,這必然涉及化學成分的變化。借鑒代謝組學的思路與技術,結合多變量統計分析方法,就可能識別并鑒定炮制過程中發生變化的成分甚至是微量成分。

        5、代謝組學與中藥活性成分代謝產物研究

        藥物代謝產物的研究主要有體外(主要利用肝細胞、微粒體和重組人細胞色素p450等)和體內(主要利用放射性同位素標記)方法,對于中藥這樣復雜的體系而言,這些方法都存在明顯的缺陷。正常動物給藥前后其體液成分會發生明顯的變化,這種變化來自于兩個方面,一方面是藥物代謝的產物,另一方面是藥物引起機體內源性成分的變化。利用代謝組學技術可以檢測并鑒定這些變化。

        代謝組學在中藥研究中應用的現狀和發展趨勢

        目前,已利用代謝組學技術法對中醫證候動物模型、中藥的整體療效及作用機制、安全性及質量控制等進行了一定的研究,獲得了相關“證模型”的生物標志物,為闡釋中醫證候的生物學本質和病癥治療提供了證據;初步建立了適用于中藥多組分、多靶點整體綜合效應的藥效評價及作用機制研究、安全性評價及質量控制的方法。將代謝組學技術的高通量、高分辨率、高靈敏度的現代儀器分析技術和多變量統計分析方法引入中藥炮制和代謝產物的研究,可以發現中藥材炮制過程中發生變化的微量活性成分和微量代謝產物,在中藥研究方面顯示了巨大的潛力。

        從當前的現狀來看,中醫藥認識疾病的方法、理論等尚缺乏合適的現代科學表達體系,目前仍是一種不能與現代醫學相兼容、相通的“語言”。中醫藥和代謝組學的整體觀學術思想方法具有內在相通性,因而,以代謝組學為主體的系統生物學研究方法可能是認識中醫藥抽象整體觀思想的重要途徑。長期以來,對中藥藥效和作用機制的研究一直沿用化學藥物的方法,試圖證明哪些成分在起作用,作用于哪個靶點,但是傳統中藥用藥一般是口服,藥物首先要經過胃腸道的吸收才能發揮作用,腸道微生態菌群有可能是一個被忽略的區域,中藥有可能通過非直接作用對機體產生效應,引入反映整體觀念的代謝組學有可能解開中藥作用的神秘面紗。運用代謝組學研究技術,根據不同種屬、不同品系動物模型與人的代謝狀態的差異,以特征性標記物為參考,結合傳統的中醫理論,探索新型中醫證動物模型的制作方法將具有十分重要的科學意義。

        與傳統方法比較,代謝組學方法能更快、更準確、更全面、更系統地發現毒性物質和毒性反應規律,尤其是多層次、多靶點的綜合毒性反應,結合經典的分子生物學手段,將對中藥毒性進行整體-局部-系統的全面理解,進而指導中藥臨床安全用藥?!渡褶r本草經》中記載的“下品”多有毒性,中藥所致毒性與化學品是否相同?還是有自己獨特的特點?我們能否利用代謝組學技術,借鑒已經取得的相關研究成果,建立具有中醫藥特色的中藥毒性專家預測系統用于指導中藥研發和臨床應用。

        應用代謝組學技術將中藥材不同生長狀態下的不同代謝物組作為一個整體來進行考察,用于中藥材質量控制,注重中藥指紋圖譜所忽視的分子本質和初生代謝物的影響,更具全面性和優越性,將更進一步解決中藥質量控制的復雜性難題,占領中藥整體質量評價體系構建和中藥整體質量技術標準制定的制高點。

        代謝組學為廣大從事中藥研究的科研工作者提供了嶄新的思路與視角,在現有化學、藥理或毒理的研究基礎之上,引入系統生物學尤其是代謝組學的研究思路,伴隨著各種高分辨率、高靈敏度的分析技術、多變量統計分析方法和代謝網絡數據庫的不斷完善及各種技術標準的建立,有可能搞清楚中藥藥效作用的物質基礎、作用機理、配伍規律、代謝產物和毒副作用等,有可能使有著幾千年歷史、以經驗為基礎的中藥治病向以科學的方法和標準為基礎的現代化中藥治病轉變,從而對中醫藥事業長遠可持續健康發展產生深遠的影響。     

        雖然代謝組學技術在中藥研究中的應用已經取得了可喜的成果,但也應看到,當前代謝組學的研究還處于模式識別和生物標記物鑒定的層次,即無效或有效、對哪些代謝通路產生了影響,如何基于代謝組學研究結果,對中藥整體藥效作用進行定量表征,闡明中藥整體藥效作用區別于相應單靶點化學藥物的作用特點,如何與經典的形態、功能學相關聯,如何與基因組學、轉錄組學、蛋白質組學整合獲得中藥作用的全面綜合的認識,可能是下一步需要我們思考、探索、解決的問題。

        五、斑馬魚

        斑馬魚是鯉形目鯉科短擔尼魚屬的魚類,又名藍條魚、花條魚、斑馬擔尼魚。體呈紡錘形。背部橄欖色,體側從鰓蓋后直伸到尾末有數條銀藍色縱紋,臀鰭部也有與體色相似的縱紋,尾鰭長而呈叉形。雄魚檸檬色縱紋,雌魚的藍色縱紋加銀灰色縱紋。具暗藍與銀色縱條紋。斑馬魚的壽命一般在2~3年,最長達5.5年。

        斑馬魚分布于孟加拉、印度、巴基斯坦、緬甸、尼泊爾的溪流。被引進美國、斯里蘭卡、菲律賓、毛里求斯等地。斑馬魚是雜食性動物,主要攝食浮游動物、浮游植物和昆蟲幼蟲等。斑馬魚容易大規模飼養,3個月可達性成熟。雌魚可每周產卵一次,每次幾百枚卵。斑馬魚的胚胎發育是在體外完成的,并且透明可見。

        由于斑馬魚養殖方便、繁殖周期短、產卵量大、胚胎體外受精、體外發育、胚體透明,已成為生命科學研究的新寵。全球范圍內有超過1500個斑馬魚實驗室。利用斑馬魚,可以研究生命科學的基礎問題,揭示胚胎和組織器官發育的分子機理;可以構建人類的各種疾病和腫瘤模型,建立藥物篩選和治療的研究平臺;可以建立毒理學和水產育種學模型,研究和解決環境科學和農業科學的重大問題。

        斑馬魚的科研價值

        斑馬魚的主要體現在以下幾個方面:

        1、研究目的基因在脊椎動物中的表達和功能

        利用斑馬魚胚胎透明的特點,構建綠色熒光蛋白(GFP)與內源性靶蛋白的融合蛋白,通過觀察融合蛋白的熒光分布情況,借以確定目的基因或目的蛋白的功能和表達特點。同時,還可通過檢測綠色熒光的分布,監測外源蛋白的表達在斑馬魚中的表達與分布情況。斑馬魚具有繁殖能力強、體外受精和發育、胚胎透明、性成熟周期短、個體小易養殖等諸多特點,特別是可以進行大規模的正向基因飽和突變與篩選。這些特點使其成為功能基因組時代生命科學研究中較重要的模式脊椎動物之一。

        2、免疫學研究

        斑馬魚作為免疫學新實驗動物的優點在于:

        (1)與傳統的免疫學實驗動物小鼠相比,斑馬魚體型小,子代數量多,培育要求低,易于養殖,飼養成本低,便于開展大規模研究。

        (2)斑馬魚個體發育過程是在全透明狀態下完成,使得整個心血管系統的發育過程能十分完整地被觀察。特別是免疫系統個體發育的相關資料,是無法從小鼠上所進行的實驗中輕易獲得的。

        (3)先期對斑馬魚的遺傳學研究積累的豐富突變庫也為研究免疫相關基因的功能提供了條件。

        (4)在已知生物中,魚類是最早具備獲得性免疫系統的綱。這就使得對斑馬魚免疫系統的研究成為人們了解非特異性免疫系統和獲得性免疫系統進化與功能相互關系的重要工具。這個獨特的免疫系統進化地位還賦予了斑馬魚作為免疫學研究實驗動物的另一重要優勢,即其成體可以在沒有胸腺、淋巴細胞生成的情況下存活傳代,這又是小鼠無法比擬的。

        3、人類疾病研究

        斑馬魚的基因組中約有30000個基因,數目與人差不多,而且許多基因與人類存在一一對應的關系。斑馬魚的中樞神經系統、內臟器官、血液以及視覺系統,在分子水平上85%與人類相同,尤其是其心,血管系統的早期發育與人類極為相似,故斑馬魚是研究心血管疾病基因的最佳實驗動物。斑馬魚中的腫瘤發生情況與人類亦極為類似。斑馬魚的基因特點使它可以成為一種很好的人類腫瘤模型。

        4、新藥研發

        斑馬魚模型既具有體外實驗快速,高效、費用低等優勢,又具有哺乳類動物實驗預測性強、可比度高等優點,可以有效彌補體外實驗和哺乳類動物實驗之間的巨大生物學斷層,完善現有藥物研發體系。斑馬魚模型既可以像體外實驗那樣對作用靶點明確的候選化合物進行靶向篩選和藥效學評價,進行單個或多個作用靶點的篩選和驗證,也可以像哺乳動物一樣對靶點不明或致病機制復雜疾病的治療藥物進行基于藥效學的篩選和評價,能夠提高藥物早期藥效學評價的靈敏性和可靠性,有助于在藥物研發早期淘汰那些體內藥效學評價結果不佳的候選化合物。斑馬魚模型能夠早期發現化合物毒性、早期鑒別化合物毒性靶器官,從而做到“早期評價,早期淘汰”。將斑馬魚模型體外實驗和哺乳動物實驗相結合,可以從整體上縮短藥物臨床前早期研發的實驗周期,降低實驗成本,提高實驗預測的準確性,進而提高藥物研發效率,降低藥物研發風險。

        5、發育生物學研究

        斑馬魚卵子體外受精,體外發育,胚胎發育同步且速度快,胚體透明。其細胞標記技術、組織移植技術、突變技術、單倍體育種技術、轉基因技術、基因活性抑制技術等已經成熟,且有數以千計的斑馬魚胚胎突變體,是研究胚胎發育分子機制的優良資源,斑馬魚已經成為最受重視的脊椎動物發育生物學模式動物。斑馬魚具有繁殖能力強、體外受精和發育、胚胎透明、性成熟周期短、個體小易養殖等優點,尤其是可以進行大規模的正向基因飽和突變與篩選,使其成為功能基因組時代生命科學研究中重要的實驗動物。

        6、眼、耳、肌無力疾病動物模型

        斑馬魚還特別適合于眼部疾病的研究,是耳聾和眼盲人的福音。由于斑馬魚幼蟲的眼睛占身體的很大一部分,這使操作起來很容易。斑馬魚突變體中有一些與人的視網膜退化綜合征相似。美國Hopkins教授實驗室鑒定了11種發生多囊腎的斑馬魚突變體,fleer和elipsa突變體表現出腎、眼發育不良,類似于人類眼腎綜合征;Mariner和sputnik突變體表現耳聾,類似發生耳聾的人類視網膜色素變性綜合征。

        斑馬魚的基因圖譜

        2022年7月5日,英國伯明翰大學發育遺傳學教授費倫茨·穆勒作為斑馬魚基因圖譜研究負責人之一,與瑞典卡羅林斯卡學院生物科學與營養系副教授卡斯騰·道博等在《自然·遺傳學》雜志上發布了迄今最全面的斑馬魚基因圖譜。這一成果將幫助科學家們更好地研究各種癌癥、心臟病和神經退行性疾病,以及在研究中用斑馬魚模型取代哺乳動物模型。

        斑馬魚的應用研究現狀

        在國際上,斑馬魚模式生物的使用正逐漸拓展和深入到生命體的多種系統(如神經系統、免疫系統、心血管系統生殖系統等)的發育、功能和疾?。ㄈ缟窠浲诵行约膊?、遺傳性心血管疾病、糖尿病等)的研究中,并已應用于小分子化合物的大規模新藥篩選。中國利用斑馬魚開展相關研究,取得了一系列成果。2012年10月,國家重大科研計劃斑馬魚資源中心(即國家斑馬魚資源中心)在中國科學院水生生物研究所(武漢)正式掛牌成立,這無疑對中國的斑馬魚研究具有標志性意義。

        六、斑馬魚模型的研究應用

        斑馬魚早在20世紀30年代就在歐洲用于環境檢測研究,但普遍認為斑馬魚正式作為一種模式生物應用于科學研究始于1972年,美國George Streisinge教授在這一年開始了斑馬魚發育生物學研究和模式動物建系工作。1989年,George Streisinge教授的同事Monte Westerfield教授出版了第一本斑馬魚研究專著The Zebrafish Book第一版。1994年,“斑馬魚發育和遺傳”主題會議在美國冷泉港實驗室召開,斑馬魚模型開始被學術界接受。1998年,發生了多件斑馬魚技術發展的大事件,美國國立衛生研究院(NIH)在這一年開始大力度支持斑馬魚基因組資源開發,全球首個斑馬魚模式生物數據庫ZFIN在這一年成立(http://zfin.org),而全球第一家斑馬魚藥物研發服務外包公司也是在這一年成立。2000年,歐洲Sanger中心啟動斑馬魚全基因組測序工作,并于2年后發布了第一個斑馬魚全基因組序列拼接ZV1。2004年,斑馬魚國際資源中心(ZIRC)在俄勒岡大學成立。2009年,斑馬魚藥物毒理學評價技術首次通過FDA和EMA的GLP認證。

        中國的斑馬魚研究應用技術發展從2010年之后進入了快車道,全國首屆斑馬魚學術研討會于2010年在杭州召開。2011年,斑馬魚模型和技術研究被列入國家科技部“重大新藥創制”專項十二五實施計劃。2012年,中國國家斑馬魚資源中心(CZRC)成立,第一本系統闡述斑馬魚模型評價藥物安全性技術方法的專著也在同一年由Willey出版社出版。2013年,首個基于斑馬魚研究獲得的候選藥物進入美國臨床Ⅱ期研究,中國國內首次將斑馬魚臨床前藥理學評價資料用于創新藥物臨床試驗注冊申請。

        斑馬魚模型現已在歐美國家廣泛應用于人類疾病模型研究、新藥篩選、藥物毒性與安全性評價。目前國際上已有多個基于斑馬魚模型研發的藥物(包括老藥新用)獲得美國FDA的臨床試驗許可或上市許可,如PGE2、Lenaldekar、Thalidomide和Rosuvastatin等。諾華、輝瑞、羅氏、默克和阿斯利康等跨國醫藥巨頭公司均通過自建或合作方式用斑馬魚進行藥物早期研發,極大地推動了斑馬魚模型在藥物研發應用中的標準化和規范化進度。由多個不同實驗室進行的實驗結果表明,斑馬魚模型對藥物心血管毒性、發育毒性和胃腸道毒性等的評價結果與人體實驗結果的一致性平均達到了80%以上,按照歐洲選擇性分析方法評價中心(ECVAM)的評價標準,大部分的預測準確率已達到了良好(75%~85%)或優秀(≥85%)的水平。

        七、斑馬魚模型和代謝組學技術在中藥藥理藥效研究中的應用

        實驗動物對藥物的反應與臨床反應的相似性是評價動物模型可信度的重要因素。斑馬魚模型不但對藥物的反應與臨床反應具有高度的相似性,而且斑馬魚胚胎發育周期短,一般24~30小時就能獲得試驗結果,斑馬魚胚胎通體透明,易觀察試驗結果,供試品用量少,給藥簡單,實驗快,試驗費用低,且為活體動物實驗,與人類疾病具有高度相關性。

        中藥是一個多成分復雜體系,其藥理藥效作用是由中藥復雜的活性成分作為多靶點、多通路藥物對機體作用的結果,中藥藥效物質是中藥發揮臨床治療作用的基礎。中藥藥效成分群中的單體化合物化學分子結構與其作用效果相關,不同分子結構的單體化合物之間往往存在著協同或相加作用,而且有些中藥成分需在體內代謝轉化為代謝產物才能發揮藥理活性,在細胞膜型中無法篩選出這些類型的中藥,必須在整體動物模型完成。但動物飼養周期和造模時間長,成本大,不同胎次的動物之間存在差異,難以用于大規模的高通量篩選。而另一方面,盡管藥物的療效與毒副反應的確定主要依賴動物整體試驗,但為闡明藥物的藥理與毒理作用及其機制,通常還要借助體外與半體內實驗。中藥成分復雜,除有效成分外,還含有非有效成分和雜質,甚至毒性成分等。若將中藥粗制品直接加入離體生物反應體系,可能導致假陽性或假陰性或相反的結果。

        斑馬魚是目前生命科學研究中重要的模式脊椎動物之一,作為一種新的模式動物,斑馬魚既有著與哺乳動物類似的生理生化特征,又具有高效、快速、大規模的特點,已廣泛應用于研究人類疾病和高通量藥物篩選。用斑馬魚既可作為一個整體來同時綜合分析復方及中藥活性成分/組分的生物活性和毒性,然后與體外的分析進行必較,還可以進行器官、細胞和分子水平的研究。斑馬魚體內的代謝酶系高度保守,與哺乳動物的代謝酶系高度相似。斑馬魚幼魚與成魚均較成功地模擬了哺乳動物的I相代謝、II相代謝、腸道菌群代謝及多途徑整體代謝,克服了體外代謝模型作用環節單一的缺陷,彌補了體內代謝研究工作量和供試品用量大的問題,突破了微量成分難以進行在體代謝研究的瓶頸。與經典的在體代謝研究方法比較,斑馬魚模型能最大限度地保留在體動物代謝的系統性;與體外代謝研究方法比較,斑馬魚模型能有效地模擬在體完整代謝體系,克服了體外實驗難以體現中藥作用整體觀的缺陷,為中藥復雜體系的代謝研究提供了一種簡單的、模式化的、生物的、系統的、高效的新研究方法,從而成為中藥藥效、藥理、毒理、藥物代謝等研究的重要工具之一。

        代謝組學作為系統生物學的重要組成部分,其整體性的研究思路與中醫藥作用整體觀相一致,強調了多成分、多靶點、多層次的整體調節。通過現代分析技術手段檢測生物體系內代謝產物的變化,可以更準確、直接地反映生物體系的代謝和表型信息,揭示中醫藥治療復雜疾病的作用機制。因此,斑馬魚模型和代謝組學技術將在中藥研究發揮重要作用,為中藥復雜體系的系統性研究提供快速、高效、可靠的研究工具,特別是在中藥藥效藥理學研究領域發揮重要作用。

        八、斑馬魚模型和代謝組學技術在達立通顆粒整體質量研究中的應用

        中藥復方制劑整體質量是指符合中醫藥理論和中藥特點并能被國際社會認可,涵蓋中藥全生命周期和中藥生產全過程、全要素,能科學、客觀、全面反映中藥內在的、與臨床循證醫學相關聯、具有安全有效可控關鍵質量屬性的中藥復方制劑理化性質和生物學性質及其控制方法和指標。

        中藥復方制劑整體質量評價體系是指在中藥復方制劑整體質量理念的指導下,立足于藥品全生命周期、藥品生產全過程和全要素控制以及源于臨床-證于臨床-歸于臨床的研究策略,充分運用藥物化學、藥理學、藥代動力學、毒理學、組學、譜學、系統生物學、信息學、循證醫學等現代科學技術研究成果,從源頭中藥材生產到中藥飲片炮制、中藥提取、制劑生產全過程研究中藥復方制劑主要藥效成分的演變及其量質傳遞規律,確認并驗證中藥復方制劑質量標志物以及與中藥復方制劑臨床功效有關的生物標志物,建立的以質量標志物和生物標志物為關鍵質量屬性的中藥復方制劑質量控制體系和技術標準體系,并在中藥復方制劑全生命周期和中藥復方制劑生產全過程、全要素質量控制中應用的一系列技術標準和行業規范。

        達立通顆粒整體質量研究就是立足達立通顆粒全生命周期、生產全過程和全要素控制以及源于臨床-證于臨床-歸于臨床的研究策略,充分運用藥物化學、藥理學、藥代動力學、毒理學、組學、譜學、系統生物學、信息學、循證醫學等現代化科學研究成果,從源頭中藥材生產到中藥飲片炮制、中藥提取、制劑生產全過程研究達立通顆粒主要藥效成分的演變及其量質傳遞規律,確認并驗證達立通顆粒藥效物質基礎和藥效化學標志物以及與達立通顆粒臨床功效有關的藥效生物標志物,建立以藥效化學標志物和生物標志物為關鍵質量屬性的達立通顆粒質量控制體系和技術標準體系,為構建完善的符合中醫藥理論和中藥特點并能被國際社會認可的中藥復方制劑整體質量評價體系提供依據。

        依據南昌弘益藥業有限公司提出的《中藥復方制劑整體質量評價體系的構建及應用》和《達立通顆粒整體質量研究方案》,南昌弘益藥業有限公司與王廣基院士團隊合作,在中國藥科大學江蘇省藥物代謝動力學重點實驗室應用代謝組學技術和斑馬魚等模型,開展達立通顆粒體外指紋圖譜、體內血清指紋圖譜、原型藥物成分與代謝物鑒定、藥物原型成分及代謝物來源、入血成分測定方法學、入血成分藥代動力學、藥物成分吸收與生物利用度、功能性消化不良模型動物的藥效、體外和半體內藥效、病理標志物、藥效標志物、藥效團對藥效標志物的調節作用、藥代動力學-藥效學標志物、藥代動力學-藥效學模型、藥代動力學標志物定量測定方法、病理模型動物藥代動力學標志物的藥代動力學、模型動物藥效標志物與藥代動力學-藥效學模型、腸道內源性分子變化、腸道內分泌細胞受體變化、腸道菌群與活性分子變化、中樞神經系統神經遞質與內源性分子變化等研究,為構建達立通顆粒整體質量評價體系提供科學依據。目前已完成了達立通顆粒體內外指紋圖譜、藥代動力學與藥代動力學標志物、主要藥效團物質與主要藥效成分、藥效化學標志物研究,正在開展達立通顆粒治療功能性消化不良的藥效生物標志物和對腦-腸-菌軸調節的作用機理研究工作。

        文獻資料

        1、xu e y,schaefer w h,xu q. metabolomics in pharmaceutical research and development: metabolites,mechanisms and pathways[j]. curr opin drug discov devel,2009,12(1):40~52

        2、beckonert o, keun h c, ebbels t m, et al. metabolic profiling,metabolomic and metabonomic procedures for nmr spectroscopy of urine,plasma,serum and tissue extracts[j]. nat protoc,2007,2(11):2692~2703

        3、lenx e m, wilson i d. analytical strategies in metabonomics[j]. j proteome res,2007,6(2):443~458

        4、羅和古等,大鼠肝郁脾虛證的代謝組學研究,中西醫結合學報,2007,5(3):307~312

        5、黃欣等,代謝組學方法研究水飛薊賓對四氯化碳致小鼠肝損傷的保護作用,高等學?;瘜W學報,2008,29(4):714~719

        6、趙劍宇等,關木通腎毒性的代謝組學研究,中草藥,2006,37(5):725~730

        7、韋英杰等,基于斑馬魚模型的中藥代謝研究思路與方法,中草藥,2009,40(7)1009~1011

        8、樊嬌嬌等,基于斑馬魚的中藥體內代謝研究,中華醫學會中藥分會第八屆學術交流會論文集

        9、王佑華等,斑馬魚模型在中醫藥研究中的應用,中華中醫學會心病分會 北京中醫藥學會心血管病專業委員會2012年年會論文集

        10、范琦琦等,基于斑馬魚模型的中藥安全性評價研究進展,中草藥,2022,53(1)278~287

        11、秦小妹等,斑馬魚模型在中藥心血管藥理學研究中的應用,世界中醫藥,2021,16(15)2358~2362

        12、于舒婷等,基于腸道代謝組學的中藥藥效物質基礎和作用機制研究,藥學學報,2023,58(7)1742~1750

        13、張孟宇等,功能代謝組學在中藥抗抑郁機制研究中的策略及應用,藥學學報,2023,58(7)1732~1741

        14、邱鉞姿等,基于斑馬魚模型和代謝組學技術的西洋參抗骨質疏松作用機制研究,藥學學報,2023,58(7)1894~1903

         

        本文僅供專業人士參考。


        本文綜合整理自南昌弘益藥物研發團隊,歡迎轉發,禁止轉載,轉載授權請聯系0791-88161315。

        版權所有© 南昌弘益科技有限公司 網站技術支持:云端科技

        贛ICP備15005709號-1 互聯網藥品信息服務資格證書編號:贛A202207910060

        友情鏈接:國家食品藥品監督管理局國家科技部網站 國家食品藥品監督管理局藥品審評中心 江西省食品藥品監督管理局中國生物技術發展中心


        贛公網安備 36010902000143號

        无码人妻Av一区二区_国产AV午夜影院_99九九99九九精品_国产A级毛片高清
        1. <var id="81co5"><track id="81co5"></track></var>
          <b id="81co5"></b><source id="81co5"></source>
        2. <source id="81co5"></source>
            1. <source id="81co5"><mark id="81co5"></mark></source>