血管特异性荧光转基因斑马鱼构建技术原理

血管特异性转基因荧光斑马鱼能实现体内脉管系统的高分辨率成像,并可以对血管生长和重塑进行长期的跟踪、重复成像,同时体内血管仍持续正常发育。下图中列举了部分血管或血液荧光转基因斑马鱼品系。

Fig1. Zebrafish transgenic lines for time-lapse vascular imaging.(图片来自The Zebrafish: Cellular and Developmental Biology)

其中最为常用的当属fli1a:EGFP和kdrl:EGFP这两种了。fli1a:EGFP转基因斑马鱼中绿色荧光标记血管和淋巴管,而kdrl:EGFP品系仅标记血管内皮细胞。fli1a:EGFP转基因斑马鱼在血管生成、淋巴管生成、肿瘤形成、抗肿瘤药物筛选与评价等领域都得到了广泛的应用。

Fig2. EGFP expression in the vasculature of live TG(fli1:EGFP) larvae and adults. 【图片来自Developmental Biology 248, 307–318 (2002)】

血管生成机制或相关基因功能研究

利用fli1a:EGFP转基因斑马鱼作为模型,应用到血管生成机制研究或血管生成相关基因功能研究中时,我们既可以通过正向遗传学方法,即对斑马鱼基因序列进行大规模的随机诱导突变,根据所获得的突变表型而探寻发生突变的基因;也可以通过反向遗传学方法,即对斑马鱼血管形成基因及相关调控基因等已知的基因片段进行沉默或过表达,由此产生表型,确定基因功能。

例如:对某特定基因进行Morpholino knockdown可抑制斑马鱼血管生成,说明该基因在血管形成过程中发挥重要作用。

Fig3. GeneX  knock down inhibits the trunk angiogenesis in zebrafish. (A-D) Representative fluorescent images of zebrafish embryos at 32h post-fertilization (hpf). (C-E) Compared with wild-type control, embryos injected with geneX-MO present a lower number of incomplete ISVs and only occasional sprouts (asterisk) of dorsal aorta. The boxed regions are shown at higher magnification in the right panels. DLAV, dorsal longitudinal anastomotic vessels; ISV, intersegmental vessels; DA, dorsal aorta; PCV, posterior cardinal vein.

对bmp10基因进行过表达可抑制斑马鱼血管生成,说明该基因具有抑制血管形成过的作用。

Fig4. Nonmutant bmp10 overexpression inhibits the trunk angiogenesis in zebrafish.  (A-F) Representative bright field and fluorescent images of zebrafish embryos at 32h post-fertilization (hpf). Red arrow indicates haemorrhage in the tail (B). (C-H) Compared with wild-type control, nonmutant zebrafish bmp10 mRNA (200pg) injection present a lower number of incomplete ISVs and only occasional sprouts (asterisk) of dorsal aorta. The red boxed regions are shown at higher magnification in the right panels. DLAV, dorsal longitudinal anastomotic vessels; ISV, intersegmental vessels; DA, dorsal aorta; PCV, posterior cardinal vein.

抗肿瘤或抗血管生成药物筛选与评价

血管生成(angiogenesis)是癌症治疗的关键靶点。传统用于抗血管药物高通量筛选的方法主要有体外细胞模型,但是这种方法筛选出的结果和体内实验相关性较差,而体内模型主要有小鼠角膜袋(Corneal Micropocket Assay)和鸡胚尿囊膜(Chick Chorioallantoic Membrane Assay),但这两种方法操作难度大,费时,耗力,成本高,实验周期长,而且筛选药物的通量很低,大量的研究证实,斑马鱼是目前最理想的血管生物学研究以及抗肿瘤血管生成药物评价模型。利用血管特异性EGFP转基因斑马鱼可以成功实现在96孔板或者384孔板中进行抗血管新药或者新药靶点的体内高通量和高内涵筛选。

Fig5. Screening and evaluation of anti-tumor or anti-angiogenic drugs.

例如:

贝伐单抗/Bevacizumab(商品名-阿瓦斯汀/Awastin),2017年销售额71.41亿美元),由罗氏/基因泰克公司最先研发成功,2004年2月26日获得美国FDA批准上市,是全球第一支治疗型抗血管生成单克隆抗体药物,一线治疗结直肠癌。

贝伐单抗至今缺乏体内抗血管生成的药效学数据。

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