以斑馬魚作為脊椎動物模式生物

在 1960 年代晚期，美國俄勒岡大學的噬菌體遺傳學家 George

Streisinger ²⁹，開始尋找能夠作為模式系統（model systems）研究脊椎 動物神經發育基因（the genetic basis of vertebrate neural development）

的生物，首次將斑馬魚引進實驗室中，觀察魚胚胎發育過程並詳細定 義各個發育階段，方便後來的學者參考研究，也奠定了使用斑馬魚作 為發育模式動物的基礎²³。

近十年來，斑馬魚已成為目前研究脊椎動物的發育生物學和基因 功能的最佳模式動物之一，圖1－4為斑馬魚的研究用途與目前的檢測 工具。斑馬魚具有許多優點，包括：體型小容易飼養²⁵、養殖花費少 易於大量飼養、性成熟期短約3個月、體外受精、具有光週期誘發產 卵、受精卵單細胞在12小時內便可看出脊椎動物的雛型、48到72小時 後即發育成可覓食逃亡的魚體³⁰，卵黃囊位於中央易於辨識以及胚胎 透明－神經、肌肉、消化道、心臟、血管、血球在可見光顯微鏡下可 直 接 觀 察 發 育 過 程 ， 而 此 特 性 是 老 鼠 、 黑 腹 果 蠅 （ Drosophila

melanogaster）、秀麗線蟲（Caenorhabditis elegans）等模式生物所沒 有的³¹。而且胚胎發育上的機制與哺乳動物是非常相似，許多重要的 調控蛋白質的表現位置與時間也都與哺乳動物相似³²。

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圖 1－4 斑馬魚的研究用途與目前的檢測工具 ³³

另一項研究優勢，就是斑馬魚的全基因組已經定序完成，該計畫 始於2001年，由英國桑格研究院（Sanger Institute）及世界眾多斑馬 魚實驗室合作完成。

此外，斑馬魚容易進行誘發突變³⁴，可以機械性（迦瑪射線照射³⁵） 或化學方法（突變劑N-ethyl-N-nitrosourea³⁶）來產生變種供發育與分 化的遺傳研究，用分子生物學方法改變特定基因的表現³⁷及產生基因 轉殖魚³⁸。在1996年德國杜賓根大學Christiane Nusslein-Volhard和美國 哈佛大學的W. Driever藉由大規模的化學誘導突變，篩選出2,000 種 以上斑馬魚突變種，相關的表現型變異遍及發育各個階段³⁹。對一些

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變種的研究已顯示在一些器官或組織如肌肉⁴⁰、眼睛⁴¹、耳朵⁴²、心臟

43、血液⁴⁴、胰臟及腎⁴⁵等所產生的缺陷，與人類這些器官所產生的一 些疾病之病理特徵相似，且為相同或同源基因變異所造成。另外，以 一些小分子的化學物質浸泡處理斑馬魚胚胎，亦可觀察到明顯的器官 及發育上的變化，且有些化學物質所引起器官的改變與特定基因缺陷 所產生的變種相類似³³。因此，以上諸多特點使得斑馬魚成為研究胚 胎發育分子機制、人類遺傳學、基因表現調控機制以及人類疾病方面 良好的實驗物種。

同時近幾年來，斑馬魚也用來探討藥物作用的機制，如一些心血 管、抗血管形成及抗癌症等藥物，發現在斑馬魚胚胎及哺乳類系統皆 能產生相似的生理及形態的反應⁴⁶。因此斑馬魚可用來從事下列的藥 物研究（圖1－5），例如化學藥物庫的篩選、藥物毒性及畸型的預測、

藥理及毒物基因學等研究。同時，更可以做為測試人類治療新藥的一 個介於細胞培養及昂貴的老鼠活體測試系統的橋樑。

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圖 1－5 斑馬魚在藥物設計中的效用和發展過程 ³³

然而，近幾年隨著奈米粒子廣泛被應用於生醫和臨床治療上，斑 馬魚也被作為評估奈米毒性（nanotoxicity）的測試生物，用以檢視奈 米粒子對於生物健康和環境的影響。有許多奈米材料皆針對此議題進 行研究，如量子點⁴⁷、金⁴⁸、銀⁴⁹、銅⁵⁰、二氧化矽⁵¹、氧化鋅⁵²等奈米粒 子，顯示如何藉由測試奈米材料在生物體的分佈與毒性，以找出一種 生物毒性低的奈米探針是十分重要的課題。

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