傳統(tǒng)食品及其營養(yǎng)成分功能評價模型主要有體外細胞實驗和哺乳動物實驗。體外細胞實驗操作簡便、周期短，但因難以完整模擬人體復雜生理環(huán)境，實驗結(jié)果存在假陽性或假陰性問題。哺乳動物實驗結(jié)果較可靠，但成本高昂、周期長，不利于大規(guī)模開展。

斑馬魚模型優(yōu)勢顯著。它繁殖能力強、產(chǎn)卵量大、發(fā)育周期短、胚胎透明、便于觀察、遺傳學操作也相對簡便。研究人員借助轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將增強型綠色熒光蛋白（EGFP）或紅色熒光蛋白（RFP）基因與斑馬魚基因融合，得以構(gòu)建可直接傳代的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系，進而建立快速、準確且高通量的斑馬魚可視化評價模型。

齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）的王朵朵、李濱、張云*等從心血管保護、肝臟保護、神經(jīng)保護等方面簡要綜述斑馬魚模型在食品及其營養(yǎng)成分功能可視化評價方面的研究進展（圖1），旨在為推動斑馬魚模型在食品功能評價中的深入研究與廣泛應(yīng)用提供參考。

01

斑馬魚模型在食品功能可視化評價中的研究進展

1.1 在心血管保護功能評價中的應(yīng)用

斑馬魚胚胎發(fā)育迅速，受精24 h（24 hpf）后胚胎便會出現(xiàn)心跳，48 hpf心臟成形且具備完整功能。其胚胎透明，研究人員可直接在顯微鏡下觀察食品及其營養(yǎng)成分對斑馬魚心臟功能的影響。24 hpf后，斑馬魚的血液循環(huán)系統(tǒng)基本發(fā)育。斑馬魚血管解剖結(jié)構(gòu)與人類高度相似，血小板的黏附、活化、聚集過程及釋放因子形成方式也和人類一致。這些優(yōu)勢讓斑馬魚成為研究心血管保護的新興動物模型。

借助基因編輯技術(shù)可制備多種心血管系統(tǒng)組織特異性表達熒光蛋白的斑馬魚。例如，轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系Tg（myl7:EGFP），利用心肌細胞特異性表達基因myl7的啟動子，調(diào)控EGFP在整個心肌細胞內(nèi)表達，廣泛用于心臟功能研究；Tg（kdrl:EGFP）品系，由kdrl啟動子驅(qū)動EGFP在血管細胞內(nèi)表達，可用于研究血管功能；Tg（gata1:DsRed）品系為gata1啟動子驅(qū)動RFP在紅細胞表達的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系，可用于血液相關(guān)研究等。通過熒光顯微鏡，研究人員能清晰觀察食品及其營養(yǎng)成分對斑馬魚心血管系統(tǒng)的影響，進而展開評價。

在斑馬魚模型中構(gòu)建心血管疾病模型的方法多樣，如使用阿霉素或維拉帕米誘導建立斑馬魚心臟損傷模型；使用血管內(nèi)皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑處理斑馬魚，可抑制血管生成，誘導斑馬魚血管損傷模型；飼喂高膽固醇食物或注射氧化型低密度脂蛋白，模擬人類高脂血癥，誘導斑馬魚高脂血癥模型；利用花生四烯酸處理斑馬魚，誘導血栓形成，構(gòu)建斑馬魚血栓模型。斑馬魚模型用于心血管功能評價時，評價指標豐富，涵蓋心臟形態(tài)、心包面積、靜脈竇-動脈球間距、心率、心輸出量、心肌細胞凋亡情況、血流速度、血管生成情況、紅細胞聚集率和血栓相關(guān)因子表達水平等。

Li Guang等構(gòu)建斑馬魚心臟損傷模型（幼魚暴露于35 μmol/L阿霉素96 h），用從沙棘中提取的4 種苯丙素類化合物（p-香豆酸、綠原酸、咖啡酸和阿魏酸）進行處理，觀察各組斑馬魚心臟形態(tài)，計算心包面積、靜脈竇-動脈球間距及心率，應(yīng)用Western blotting技術(shù)檢測凋亡相關(guān)蛋白（如半胱天冬酶-3）的表達水平。結(jié)果顯示，沙棘苯丙素類化合物可改善阿霉素誘導的斑馬魚心臟損傷，表現(xiàn)為心包水腫減輕、心臟形態(tài)恢復、心臟環(huán)化能力改善、心率增加，且下調(diào)半胱天冬酶-3的表達，抑制心肌細胞凋亡（圖2）。

藏茶（TT）是一種風味獨特的傳統(tǒng)茶葉，富含營養(yǎng)，保健功能顯著。Wang Ning等利用花生四烯酸建立斑馬魚血栓模型，通過熒光顯微鏡觀察血流量和紅細胞聚集率，用實時熒光定量聚合酶鏈式反應(yīng)（qPCR）技術(shù)檢測血栓形成相關(guān)因子的表達水平。結(jié)果表明，TT能顯著恢復血栓性斑馬魚心臟紅細胞的流動性，減少紅細胞在尾靜脈的蓄積。同時，TT處理后的血栓斑馬魚體內(nèi)組織因子和凝血酶原等基因的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低。

1.2 在保肝功能評價中的應(yīng)用

斑馬魚是研究食品及其營養(yǎng)成分保肝功能的理想模型。48 hpf后，斑馬魚肝臟初步成形，在60～72 hpf期間迅速生長至合適大小，且此時胚胎透明，便于在顯微鏡下觀察肝臟變化，為開展評價研究創(chuàng)造了有利條件。

目前，已有多種標記熒光蛋白的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系用于肝臟研究。例如，Tg（-1.7apoa2:GFP）和Tg（-1.7apoa2:RFP）斑馬魚，借助啟動子-1.7apoa2，分別驅(qū)動EGFP或RFP在成肝細胞、肝祖細胞和肝細胞中持續(xù)表達；而Tg（L-FABP:EGFP）斑馬魚，將EGFP特異性標記于肝臟脂肪酸結(jié)合蛋白上，使肝臟在熒光顯微鏡下可被實時觀察。這些品系均可用于評估食品及其營養(yǎng)成分對肝臟功能的影響。

實驗室常使用黃曲霉毒素、二乙基亞硝胺、四氯化碳、乙醇和硫代乙酰胺等構(gòu)建斑馬魚肝損傷模型。例如，二乙基亞硝胺可致肝纖維化，四氯化碳引發(fā)急性肝損傷，乙醇誘導酒精性肝損傷，異煙肼導致藥源性肝損傷。這些模型為評估食品及其營養(yǎng)成分的保肝作用提供了關(guān)鍵實驗工具。斑馬魚模型在肝保護活性評價中的檢測指標涵蓋肝臟2D和3D形態(tài)、肝臟面積指數(shù)、肝組織超微結(jié)構(gòu)、肝功能轉(zhuǎn)氨酶、抗氧化體系、肝損傷相關(guān)基因、微小核糖核酸（miRNA）靶基因表達等。

孟瑞媛等用黃曲霉毒素構(gòu)建斑馬魚肝損傷模型，通過評估姜黃素處理組斑馬魚肝臟平均熒光面積及強度、卵黃囊脂肪吸收情況，證實姜黃素能有效修復肝損傷。Zhao Jingcheng等采用硫代乙酰胺誘導的斑馬魚脂肪肝模型，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學分析和分子對接技術(shù)揭示了菊花及其活性成分柚皮苷能夠顯著減輕肝損傷并逆轉(zhuǎn)硫代乙酰胺導致的脂質(zhì)代謝相關(guān)基因表達的變化，發(fā)揮保肝作用（圖3）。

Xia Qing等 則利用肝臟熒光轉(zhuǎn)基因斑馬魚Tg（

L-FABP

1.3 在神經(jīng)保護功能評價中的應(yīng)用

帕金森?。≒D）、阿爾茨海默癥（AD）、焦慮抑郁等常見神經(jīng)精神類疾病嚴重損害患者身心健康。在預防和干預這類疾病方面，食品及其營養(yǎng)成分發(fā)揮重要作用。

斑馬魚因神經(jīng)系統(tǒng)簡單、基因組高度保守，且建模耗時短，為研究食品及其營養(yǎng)成分對神經(jīng)系統(tǒng)的保護作用提供了關(guān)鍵的可視化工具。用于神經(jīng)保護功能評價的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系有多種。其中，Tg（th:EGFP）斑馬魚品系能特異性地在多巴胺神經(jīng)元中表達EGFP，借助它可清晰觀察多巴胺神經(jīng)元的形態(tài)、分布及活動變化。Tg（elavl3:GFP）斑馬魚能夠被清晰標記出成熟神經(jīng)元，有助于研究神經(jīng)元的遷移、分化以及神經(jīng)突觸的形成等過程。而Tg（mito:EGFP）斑馬魚品系在線粒體中表達EGFP，可用于探究神經(jīng)系統(tǒng)疾病中線粒體的功能變化。

在實驗室中，常用化學試劑構(gòu)建斑馬魚神經(jīng)精神類疾病模型，以評價食品及其營養(yǎng)成分的神經(jīng)保護功能。1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）可引發(fā)多巴胺能神經(jīng)元選擇性變性，用于構(gòu)建斑馬魚PD模型；氯化鋁水溶液能促進β-淀粉樣蛋白生成和沉積，可構(gòu)建斑馬魚AD模型；鏈脲佐菌素也能誘導斑馬魚出現(xiàn)AD癥狀，從而建立AD模型。神經(jīng)保護相關(guān)評價指標包括斑馬魚行為學、應(yīng)激反應(yīng)、學習記憶能力、求偶行為、多巴胺神經(jīng)元形態(tài)、腦血管和神經(jīng)功能相關(guān)基因表達等。

Qin Fengqin等用MPTP溶液處理構(gòu)建斑馬魚PD模型，檢測了芒果苷（MGF）處理組PD斑馬魚的體長、眼距，計算胚胎孵化率和死亡率，記錄運動軌跡、游泳速度，測定超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性和谷胱甘肽含量并進行轉(zhuǎn)錄組分析，評估MGF抗PD活性。結(jié)果顯示，MGF有助于恢復PD斑馬魚的行為障礙，降低胚胎死亡率，促進其正常發(fā)育，減輕氧化應(yīng)激程度，還能通過調(diào)節(jié)神經(jīng)活性配體-受體相互作用、鈣信號通路等發(fā)揮抗PD功能。楊亞楠等通過測量斑馬魚多巴胺神經(jīng)節(jié)長度、分析幼魚行為學運動軌跡，評估二甲基姜黃素的神經(jīng)保護作用。結(jié)果顯示，二甲基姜黃素可改善異煙肼導致的多巴胺神經(jīng)元長度缺失，恢復斑馬魚運動能力，表明其對異煙肼所致斑馬魚神經(jīng)損傷有顯著保護作用（圖4）。

1.4 在骨骼發(fā)育調(diào)節(jié)功能評價中的應(yīng)用

斑馬魚模型在評價食品及其營養(yǎng)成分對骨骼發(fā)育調(diào)節(jié)的功效上優(yōu)勢顯著。斑馬魚與哺乳動物的骨骼生長發(fā)育機制極為相似，關(guān)鍵基因的功能和作用途徑高度保守。在細胞形態(tài)、功能以及對生長因子和激素的反應(yīng)上，斑馬魚體內(nèi)的成骨細胞和破骨細胞與哺乳動物存在諸多相似之處。例如在受到甲狀腺激素刺激時，斑馬魚和哺乳動物的成骨細胞均能通過特定信號通路促進骨形成。

在研究應(yīng)用中，Tg（sox9a:EGFP）和Tg（sp7:EGFP）這兩種轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系被廣泛用于評價食品及其營養(yǎng)成分對骨骼發(fā)育的影響。其中，Tg（sox9a:EGFP）借助EGFP標記軟骨發(fā)育中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Sox9a，而Tg（sp7:EGFP）則標記成骨細胞中的特異性轉(zhuǎn)錄因子Sp7。研究人員可通過檢測斑馬魚骨骼熒光面積和強度、脊椎骨數(shù)量與發(fā)育狀況，以及骨骼發(fā)育相關(guān)基因表達水平等指標，評估食品營養(yǎng)成分對骨骼發(fā)育的影響。

骨質(zhì)疏松癥作為一種全身性骨代謝疾病，嚴重影響人類生活質(zhì)量。潑尼松龍能夠誘導斑馬魚成骨細胞凋亡、破骨細胞增殖，致使組織骨化減少，進而引發(fā)骨質(zhì)疏松癥。因此，潑尼松龍誘導的骨質(zhì)疏松斑馬魚模型在相關(guān)研究中應(yīng)用普遍。比如，夏海建等使用25 μmol/L潑尼松龍構(gòu)建骨質(zhì)疏松斑馬魚模型，以此評價淫羊藿素（icaritin，IT）對斑馬魚頭骨染色深度與面積、骨礦化面積和累積光密度、體內(nèi)鈣磷含量以及Runt-相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（RUNX-2）表達水平的影響。研究結(jié)果表明，IT處理顯著增加了礦化骨面積、累積光密度以及鈣、磷含量，IT可通過與RUNX-2結(jié)合促進斑馬魚骨形成（圖5）。

1.5 在免疫調(diào)節(jié)功能評價中的應(yīng)用

斑馬魚的免疫系統(tǒng)，包括其免疫細胞、免疫分子及免疫應(yīng)答方式均與人類高度保守，使得斑馬魚模型成為研究食品對免疫功能影響的理想模型。斑馬魚幼魚機體透明的特性使得研究人員能夠?qū)崟r、直觀地觀察免疫細胞在體內(nèi)的遷移、分化以及免疫應(yīng)答過程。應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，已成功構(gòu)建巨噬細胞標記EGFP的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系Tg（coro1a:EGFP）和淋巴細胞標記RFP的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系Tg（rag2:DsRed），可實現(xiàn)活體實時觀察不同食品及其營養(yǎng)成分對巨噬細胞和淋巴細胞等免疫細胞的影響。

在免疫調(diào)節(jié)研究中，常用酒石酸長春瑞濱構(gòu)建斑馬魚免疫力低下模型，以模擬人體免疫低下狀態(tài)。斑馬魚模型在免疫調(diào)節(jié)功能評價中的檢測指標包括巨噬細胞和中性粒細胞的數(shù)量與功能、T淋巴細胞和B淋巴細胞相關(guān)基因的表達情況等。

史珅等通過向Tg（coro1a:EGFP）和Tg（rag2:DsRed）斑馬魚靜脈注射酒石酸長春瑞濱，成功構(gòu)建斑馬魚免疫功能損傷模型。通過分析巨噬細胞數(shù)量和吞噬功能，探討3 種常見加工方式乳制品（低溫酸奶、常溫純牛奶和冷漿酸奶冰淇淋）對斑馬魚免疫功能的影響。結(jié)果表明，3 種常見加工方式乳制品對巨噬細胞數(shù)量和吞噬功能均有改善作用，并且常溫純牛奶和冷漿酸奶冰淇淋對低免疫力斑馬魚的巨噬細胞吞噬功能改善作用更明顯。

1.6 在抗炎功能評價中的應(yīng)用

借助轉(zhuǎn)基因技術(shù)，研究人員構(gòu)建了中性粒細胞特異性表達熒光的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系Tg（zlyz:EGFP）。利用體視熒光顯微鏡可直觀觀察中性粒細胞對炎癥的實時應(yīng)答過程。通過該轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系對中性粒細胞的炎癥行為進行活體示蹤，從而直觀、深入地了解其抗炎功能。構(gòu)建斑馬魚炎癥模型的方法多樣，常見的模型類型包括脂多糖（LPS）誘導的全身性炎癥模型、硫酸銅（CuSO4）誘導的神經(jīng)性炎癥模型以及機械損傷炎癥模型等。研究人員通過測定中性粒細胞聚集遷移情況、炎癥因子與趨化因子表達水平及脂質(zhì)氧化產(chǎn)物含量等關(guān)鍵指標，可準確評估食品及其營養(yǎng)成分的抗炎能力。

例如伍露露等用LPS誘導斑馬魚炎癥模型，以斑馬魚活性氧（ROS）水平、丙二醛（MDA）含量以及炎癥因子水平等指標，評價游離蝦青素（F-Asta）及蝦青素二十二碳六烯酸（AST-DHA）單酯的抗炎功能。研究顯示，二者都能顯著降低炎癥斑馬魚體內(nèi)的MDA含量。在保護胚胎正常發(fā)育以及減少ROS產(chǎn)生方面，AST-DHA單酯比F-Asta效果更顯著。AST-DHA單酯能顯著下調(diào)腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細胞介素-1β（IL-1β）的表達水平，表明AST-DHA單酯可調(diào)節(jié)斑馬魚體內(nèi)炎癥因子表達水平，發(fā)揮抗炎作用。

李風玲等利用CuSO4處理轉(zhuǎn)基因斑馬魚Tg（zlyz:EGFP），構(gòu)建斑馬魚炎癥模型，評價菊花的抗炎功能。通過檢測ROS含量以及遷移到斑馬魚側(cè)線部位炎癥細胞的數(shù)目等指標，發(fā)現(xiàn)菊花水提物處理后，炎癥斑馬魚側(cè)線部位的炎癥細胞數(shù)量明顯減少，ROS含量降低，有力證實了菊花具有抗炎功能。

Lanzarin等通過測定炎癥斑馬魚損傷部位中性粒細胞遷移、ROS含量、細胞凋亡及抗氧化酶活性等，評價薄荷活性成分百里香酚的抗炎功能。結(jié)果顯示，薄荷活性成分百里香酚可通過抑制中性粒細胞遷移、降低ROS含量、減少細胞凋亡等發(fā)揮抗炎作用（圖6）。

1.7 在抗氧化功能評價中的應(yīng)用

食品及其營養(yǎng)成分主要是通過降低體內(nèi)ROS含量，提高超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，幫助機體抵御自由基，減輕氧化應(yīng)激，從而保護細胞免受氧化損傷。斑馬魚氧化損傷模型在評價抗氧化功能方面至關(guān)重要。實驗研究中常用2,2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽、丙烯酰胺或甲萘醌溶液等構(gòu)建斑馬魚氧化應(yīng)激模型。研究人員以ROS含量、抗氧化酶活性以及脂質(zhì)過氧化程度等為檢測指標，評價不同食品及其營養(yǎng)成分的抗氧化能力。

以麩皮為例，它作為小麥種皮，富含多種營養(yǎng)成分，具有多種潛在功能。尹娜等使用2,2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽建立斑馬魚氧化應(yīng)激模型，通過檢測氧化應(yīng)激斑馬魚胚胎細胞內(nèi)ROS含量和脂質(zhì)過氧化程度等指標，對發(fā)酵麩皮水提物在斑馬魚體內(nèi)的抗氧化作用進行評價。結(jié)果顯示，發(fā)酵麩皮水提物能顯著降低氧化應(yīng)激斑馬魚體內(nèi)的ROS含量，緩解脂質(zhì)過氧化程度，從而發(fā)揮抗氧化功能。

1.8 在糖代謝調(diào)節(jié)功能評價中的應(yīng)用

糖代謝是機體能量供應(yīng)的核心，在維持細胞功能、調(diào)控信號傳導等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。食品及其營養(yǎng)成分可通過降低血糖濃度、調(diào)節(jié)糖代謝過程，穩(wěn)定血糖水平，對預防和治療糖尿病具有重要意義。斑馬魚體內(nèi)己糖激酶、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白等糖代謝相關(guān)基因表達活躍，且其糖代謝調(diào)控機制與人類高度相似，這使其成為研究糖代謝調(diào)節(jié)的理想模型。熒光轉(zhuǎn)基因斑馬魚技術(shù)為可視化評價食品及其營養(yǎng)成分對糖代謝的調(diào)節(jié)功能提供了有力支持。例如，胰島素啟動子驅(qū)動EGFP表達的斑馬魚品系Tg（ins:EGFP），能直觀觀察胰島素分泌細胞的位置和數(shù)量，方便探究食品及其營養(yǎng)成分影響糖代謝的機制。

將特定濃度的葡萄糖和四氧嘧啶聯(lián)用，可誘導斑馬魚進入高血糖狀態(tài)，構(gòu)建出兼具生理狀態(tài)與病理生理特征的糖代謝異常斑馬魚模型。利用鏈脲霉素等誘導劑可構(gòu)建糖代謝調(diào)節(jié)失衡斑馬魚模型。評價食品及其營養(yǎng)成分調(diào)節(jié)糖代謝功能的指標包括葡萄糖含量、胰島素敏感性、糖基化終末產(chǎn)物以及糖代謝相關(guān)基因表達情況等。沙棘葉含有豐富的多糖、黃酮類物質(zhì)，具有降血糖功效。為證明沙棘在降糖方面的廣泛作用，劉均等在高糖誘導的斑馬魚模型中，通過評價沙棘葉水提物處理后高糖斑馬魚模型體內(nèi)葡萄糖濃度的變化，證實了沙棘葉具有降糖效果。

1.9 在皮膚美白功能評價中的應(yīng)用

實驗室在研究不同食品及其營養(yǎng)成分的皮膚美白功能時，常構(gòu)建多種斑馬魚模型。例如，用高滲溶液浸泡構(gòu)建斑馬魚脫水模型以評價食品及其營養(yǎng)成分對皮膚屏障的保護及保濕功能；利用十二烷基磺酸鈉誘導斑馬魚皮膚損傷模型以評價食品及其營養(yǎng)成分對皮膚損傷的修復能力；通過注射黑色素細胞刺激素建立斑馬魚黑色素增加模型用于評價食品及其營養(yǎng)成分的美白功能。

斑馬魚模型在皮膚美白功能評價方面，涵蓋多項指標，包括皮膚屏障保護能力、損傷修復能力、抗氧化能力、衰老抑制作用以及美白效果等，為食品及其營養(yǎng)成分在皮膚美白領(lǐng)域的功能可視化評價方面提供了全面有效的手段。

在皮膚美白研究方面，斑馬魚模型優(yōu)勢顯著。斑馬魚胚胎和幼魚透明，便于在顯微鏡下直接觀察黑色素生成情況。黑色素細胞啟動子驅(qū)動EGFP表達的轉(zhuǎn)基因斑馬魚品系Tg（mitfa:EGFP），使評價食品及其營養(yǎng)成分的美白功能更加清晰、準確。目前，食品及其營養(yǎng)成分的美白效果研究是熱點。多數(shù)食品及其營養(yǎng)成分的美白效果取決于對黑色素合成的調(diào)節(jié)。在黑色素細胞內(nèi)，以酪氨酸為底物，在酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）催化下合成黑色素，TYR在這一過程中起關(guān)鍵作用。因此，斑馬魚體表黑色素含量變化可用于評估不同食品及其營養(yǎng)成分對黑色素的抑制效果。曾貝貝等以斑馬魚為實驗模型，通過卵黃囊注射黑色素細胞刺激素建立斑馬魚黑色素增加模型，評價牡丹花酶解肽的美白效果。統(tǒng)計牡丹花酶解肽處理后斑馬魚頭部黑色素信號強度，計算黑色素抑制率。結(jié)果顯示，牡丹花酶解肽可顯著減少斑馬魚頭部黑色素沉積，表明其具有美白功能。

02

應(yīng)用斑馬魚進行食品功能評價的前沿探索

隨著科研的不斷深入和現(xiàn)代技術(shù)的迅猛發(fā)展，熒光標記、基因編輯、高通量得選與大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)已成為現(xiàn)代生物學研究的關(guān)鍵工具，在斑馬魚模型用于食品及其營養(yǎng)成分功能評價中發(fā)揮著重要作用。

2.1 斑馬魚基因編輯技術(shù)

借助基因編輯工具，如成簇規(guī)律間隔短回文重復序列及其相關(guān)蛋白9（CRISPR/Cas9），學者能夠構(gòu)建出特定基因缺陷或過表達特定基因的斑馬魚模型，例如通過敲除衰老細胞抗原樣結(jié)構(gòu)域蛋白1基因構(gòu)建斑馬魚心衰模型，敲除N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白β基因構(gòu)建斑馬魚自閉癥及癲癇模型，這些斑馬魚模型的成功構(gòu)建為精準研究食品及其營養(yǎng)成分功能的分子機制提供了可能。實際應(yīng)用中，基因編輯技術(shù)常與熒光標記技術(shù)協(xié)同使用。熒光標記技術(shù)可將熒光蛋白或染料標記到食品及其活性成分上，或者利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使斑馬魚體內(nèi)特定細胞或組織表達熒光蛋白。該技術(shù)操作簡便、靈敏度高，且能進行實時原位檢測。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)和熒光標記技術(shù)，研究者可借助熒光顯微鏡直接觀察食品及其營養(yǎng)成分對斑馬魚模型的影響，實現(xiàn)功能的可視化評價。

以蔓越莓為例，其富含多種抗氧化物質(zhì)，能減輕細菌感染引發(fā)的炎癥反應(yīng)。付式杰等以中性粒細胞標記熒光的斑馬魚為實驗動物，采用標記熒光染料的大腸桿菌處理斑馬魚，構(gòu)建斑馬魚細菌感染模型。通過統(tǒng)計腸腔中細菌的平均熒光強度和中性粒細胞數(shù)量，評價蔓越莓果汁粉、全果粉、提取物粉與高濃度蔓越莓精華這4 種蔓越莓制品的抑菌和抗炎能力。結(jié)果顯示，高濃度條件下4 種蔓越莓制品對斑馬魚的細菌感染和炎癥反應(yīng)均有顯著抑制作用。

2.2 高通量得選與大數(shù)據(jù)分析

研究者借助高通量得選結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可對斑馬魚模型的基因轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組及代謝組變化進行可視化，進而快速解析食品成分的作用靶點與分子機制。以基于GeneMatcher平臺的數(shù)據(jù)分析為例，Efthymiou等得選出攜帶人類tRNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（TRMT1）基因變異的個體存在神經(jīng)發(fā)育障礙問題。后續(xù)通過基因編輯技術(shù)構(gòu)建TRMT1基因敲除斑馬魚模型，結(jié)果顯示，缺失TRMT1基因的斑馬魚出現(xiàn)腦體積縮小、神經(jīng)元增殖減少以及行為異常等表型。這一結(jié)果證實TRMT1基因在神經(jīng)發(fā)育過程中具有關(guān)鍵作用，同時也為健腦益智功能食品的研發(fā)提供了重要參考依據(jù)。依據(jù)斑馬魚攝入食品或其營養(yǎng)成分前后基因轉(zhuǎn)錄組的變化，研究者能找出與食品功能相關(guān)的差異表達基因，進而明確不同食品或其營養(yǎng)成分的作用靶點及分子機制。例如，鐘雅韻等通過轉(zhuǎn)錄組學分析，探究脈紅螺LLTRAGL多肽緩解肝臟損傷的作用機制?；虮倔w論分析顯示，LLTRAGL處理的斑馬魚差異表達基因主要與細胞凋亡過程相關(guān)；京都基因與基因組百科全書通路分析表明，差異表達基因涉及絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路和凋亡等，表明LLTRAGL肽可能通過調(diào)控MAPK信號通路誘導凋亡，發(fā)揮抗肝損傷作用。

代謝組學技術(shù)能夠通過檢測斑馬魚體內(nèi)小分子代謝物的動態(tài)變化，進而推斷食品及其營養(yǎng)成分對斑馬魚體內(nèi)代謝途徑的調(diào)節(jié)作用。例如，Liu Junli等采用基于超高效液相色譜-四極桿飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用的非靶向代謝組學技術(shù)，對人參皂苷Rg5處理的心力衰竭斑馬魚模型展開代謝組學分析。研究結(jié)果鑒定出膽堿、磷酸膽堿等22 種差異代謝產(chǎn)物，并發(fā)現(xiàn)花生四烯酸代謝等8 條受干擾的代謝途徑。這一成果有助于深入揭示人參皂苷Rg5在心力衰竭治療中保護心功能的作用機制。

2.3 多學科交叉融合

微流控芯片、超分辨率顯微成像、小分子熒光探針與數(shù)據(jù)處理及人工智能等多學科的交叉融合，為精準高效探究食品及其營養(yǎng)成分在斑馬魚體內(nèi)的生理機制與相互作用提供了先進技術(shù)手段。

通過將微流控芯片技術(shù)與斑馬魚培養(yǎng)、檢測體系相結(jié)合，研究者可構(gòu)建包含不同濃度食品或營養(yǎng)成分的微流控芯片模型。當斑馬魚在芯片內(nèi)培養(yǎng)時，芯片上的實時檢測裝置可動態(tài)監(jiān)測其行為變化與生理指標，實現(xiàn)實驗的微型化、自動化操作，從而快速得選具有特定功能的食品成分，或解析功能性食品成分的作用機制。例如，Shao Junran等將液體芯片技術(shù)與斑馬魚體內(nèi)實驗結(jié)合，發(fā)現(xiàn)梔子中的酸性多糖能顯著促進巨噬細胞分泌多種IL、TNF-α和趨化因子，有效激活免疫應(yīng)答；同時在斑馬魚模型中證實，梔子多糖可促進一氧化氮釋放并增加中性粒細胞數(shù)量。該研究為梔子多糖在保健食品中的應(yīng)用提供了科學依據(jù)。

為深入研究作用機制，研究者引入更先進的可視化技術(shù)及分析工具。如超分辨率顯微成像技術(shù)，將結(jié)構(gòu)照明顯微鏡與小分子熒光探針技術(shù)或聚合物納米顆粒結(jié)合，能可視化食品及其營養(yǎng)成分對斑馬魚單個細胞中細胞器的作用。數(shù)據(jù)處理和人工智能技術(shù)的融合促進了快速、高通量的統(tǒng)計分析技術(shù)發(fā)展，為食品及其營養(yǎng)成分在斑馬魚體內(nèi)的作用研究提供了更精確精細的檢測方法。

2.4 面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略

斑馬魚模型在基因特征、生理機能及疾病模型構(gòu)建等方面與人類具有高度相似性，在食品及其營養(yǎng)成分的功能評價領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊前景。然而，其應(yīng)用過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)：首先，斑馬魚與人類的生理結(jié)構(gòu)和代謝機制存在種屬差異，實驗數(shù)據(jù)不能直接外推至人類，仍需進一步驗證；其次，盡管基因檢測和編輯技術(shù)的逐步完善推動了斑馬魚模型的基因研究，但單一聚焦基因?qū)用娴难芯看嬖陲@著局限性。目前，針對斑馬魚模型的特異性抗體資源匱乏，嚴重制約了對蛋白水平作用機制的深入探究；再次，斑馬魚個體體積小，實驗環(huán)境的細微變化（如水質(zhì)、溫度等）均可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾；此外，對于水溶性較差的食品成分或營養(yǎng)物質(zhì)，斑馬魚模型存在吸收效率低的問題，可能影響功能評價的準確性。

為克服這些挑戰(zhàn)，研究人員需要進一步優(yōu)化針對斑馬魚模型的實驗設(shè)計，充分考慮斑馬魚的生物學特性和實驗需求。同時，運用先進的設(shè)備和技術(shù)手段，更加嚴格地控制實驗條件，降低環(huán)境因素對實驗結(jié)果的干擾，提高實驗的穩(wěn)定性和準確性，最大程度發(fā)揮斑馬魚模型在食品功能評價中的優(yōu)勢。為彌補斑馬魚與人類生理差異帶來的不足，未來應(yīng)加強斑馬魚模型與其他實驗模型（如體外細胞實驗模型、哺乳動物實驗模型等）的聯(lián)合應(yīng)用。通過多模型相互驗證和補充，綜合分析食品及其營養(yǎng)成分的功能，使研究結(jié)果更加全面、可靠，為食品功能評價提供更堅實的科學依據(jù)。

03

結(jié) 語

本文系統(tǒng)全面地綜述了斑馬魚模型在食品及其營養(yǎng)成分功能可視化評價中的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代分子生物學、分析化學、生物技術(shù)等多學科技術(shù)不斷革新發(fā)展，斑馬魚模型在食品科學研究中的應(yīng)用愈發(fā)深入，能精準、直觀地實現(xiàn)體內(nèi)功能可視化，有力推動食品功能的準確評價。近年來，斑馬魚模型在食品及其營養(yǎng)成分功能評價研究中成果豐碩。本文梳理這些成果，旨在為運用前沿技術(shù)完善斑馬魚評價模型提供參考，也為食品營養(yǎng)成分研究開拓新思路。展望未來，隨著相關(guān)技術(shù)持續(xù)優(yōu)化、研究不斷深入，斑馬魚模型有望在食品科學領(lǐng)域發(fā)揮更重要作用，推動食品功能評價及營養(yǎng)成分研究發(fā)展。

第一作者：

王朵朵，齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）在讀碩士研究生，研究方向為基于斑馬魚模型的藥物及功能食品評價。

通信作者：

張云，研究員，博士生導師。國家重點研發(fā)計劃青年科學家項目首席科學家、山東省泰山學者青年專家、山東省優(yōu)秀青年基金獲得者?，F(xiàn)任齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）生物工程學院副院長、山東省科學院生物研究所副所長。主要從事基于轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型的藥物及食藥同源物質(zhì)的功效與安全性可視化評價研究。主持國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、山東省自然科學基金等國家及省部級科研項目14 項，在國內(nèi)外學術(shù)期刊發(fā)表論文110余篇，授權(quán)專利60余件，制定團體標準16 項，獲地市級以上科技成果獎10 項。兼任中國民族醫(yī)藥學會科研分會常務(wù)理事、中華中醫(yī)藥學會中藥分析分會常務(wù)委員、中國藥理學會海洋藥物藥理專業(yè)委員會委員、中國毒理學會中藥與天然藥物毒理專業(yè)委員會委員、中國毒理學會藥物毒理與安全性評價專業(yè)委員會委員、中國毒理學會臨床毒理專業(yè)委員會委員、山東省醫(yī)藥生物技術(shù)學會青年工作委員會副主任委員、《Chinese Herbal Medicines》《中國藥理學通報》《中國抗生素雜志》《中草藥》青年編委、《藥物評價研究》編委等。

1

本文《基于斑馬魚模型的食品功能可視化評價研究進展》來源于《食品科學》2025年46卷第18期384-392頁，作者：王朵朵，李濱，鄭特，楊靜，王其菲，周家妁，徐慧娟，王玉婷，張云。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250408-069。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)