精神类药物高通量筛选——斑马鱼实例

现代精神类药物研发的困局 

现在，研究治疗精神类疾病药物的有效方法远远无法满足新药研发的需要。一方面的既是因为缺乏对这些疾病高度复杂的生物机制的理解，也是因为对无法完全概括这种复杂性的体外细胞或化学分析手段的过度依赖。另一方面是在非人精神病药物筛选模型如啮齿类上进行实验的消费是惊人的，不适合用于大型化学药物库的高通量筛选（一个保守的估计是筛选10,000个药物至少需要50,000只小鼠），而且筛出的药物通过临床试验的成功率很低。 

将斑马鱼用于精神类药物高通量筛选实例 

Bruni1和Rennekamp2等人已经证明斑马鱼可以成为一种十分有效的替代脊椎动物模型，适用于高通量筛选。而斑马鱼与人类基因的高同源性以及类似的脑组织，可以用来建模研究人类心理方面的潜在疾病，例如精神分裂症。 

Rennekamp等人通过频闪照明检测实验来刺激迟钝的斑马鱼，再筛选出能够将迟钝行为扭转为逃避行为的药物，结果发现了新型抗精神病药finopidils，finoxetines和finazines，并且发现这三类药物都和σ受体信号通路密切相关。 

有趣的是，finazines和现在流行的治疗精神病药Haloperidol Tablets（非特异性σ1配体）相比，能够更有效地起到扭转行为的效果。借CRISPR-Cas9基因工程的便利性，他还能够识别在体内实际参与此功能的靶点（σ1受体，通过sigmar1编码），因为sigmar1基因被敲除的鱼对finazine没有反应。后来这一发现又在啮齿动物中被证实，并且成为了支持斑马鱼作为化合物库筛选第一道关卡的有利证明。 

许多现有的多靶点的药物疗法都要求在整体动物水平上进行检测，不仅要看该药物的疗效，还要看是否会出现非预期的不良效果。作为一个很好的补充，Bruni等人将斑马鱼放入共刺激（光和声的组合）环境，得到的表型特征是一种复杂的行为反应。 

用Haloperidol Tablets建立一个参考资料库后，他们筛选了24,000多个小分子化合物以期能发现类似的多靶点作用的不典型的抗精神病药物，最后得到了一组新颖的类'finazines'的化合物。随后的靶点研究表明，其作用机理涉及多巴胺、血清素以及令人鼓舞的σ1受体，都在相关实验中得到了验证。Bruni等人在小鼠上的验证实验证明了使用斑马鱼发现的Haloperidol Tablets样候选药物值得走上药物开发的正常流程。 

表型筛选的下一步——行为学库的建立 

这两项研究是历史上首次采用高通量的方法来筛选抗精神病药化合物，并证明了将斑马鱼作为大规模药物筛选的第一步的可行性和临床神经科学（图1）上令人兴奋的前景。这些策略很可能用在减轻精神疾病的药物的筛选上，以确定新的抗焦虑药，抗抑郁药，抗精神病药等。事实上，在96孔板中进行高密度养殖就可以很好地筛选出镇静剂，毕竟斑马鱼一直不停快速游动的特性可以建立一条很好的基线。 

然而，除了焦虑症，其他大部分精神病性状不能仅仅通过移动加快这一指标来建模做筛选。因此用不同的刺激建立不同的行为库是十分关键的，通过丰富平台的分析能力进而拓展精神类疾病的遗传机理，将为了解精神疾病提供一个令人兴奋的前景。此外，在较大的环境观察多条鱼的相互作用，可以将方法提高到更复杂的行为分析，例如社会行为等等，将有助于发挥斑马鱼行为分析在药物筛选上的全部潜力。 

总结 

总的来说，斑马鱼可以用于多层次实用中，从精神类疾病的药物筛选到遗传解剖都有不同的应用。此外，这种方法还受到了改进后的Ca 2+神经影像技术的补充，可用于正常以及异常记录大脑神经回路的活动。

相关文献：
1. Bruni, G. et al. Nat. Chem. Biol. 12, 559–566 (2016).
2 .Rennekamp, A.J. et al. Nat. Chem. Biol. 12, 552–558 (2016).