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摘要：肾脏在体液平衡和废物渗透中起着至关主要的作用，肾损伤可对人类的康健和生涯造成严重影响。大大都化学品，肾毒性潜力和相关机制尚不清晰。因此，需要对肾毒性化学品举行快速和迅速的筛查。在文献综述的基础上，评估了斑马鱼在化学诱导肾毒性和相关毒性模式研究中的效用。斑马鱼具有广为人知的生物学特征，以及许多与哺乳动物重叠的心理特征。 其中一个特征是其肾脏，其组织学和功效与哺乳动物相似，但应注重斑马鱼肾脏的奇异差别，例如肾骨髓。别的，斑马鱼肾结构更简朴，易于视察。由于这些优势，斑马鱼越来越多地被用作筛选化学品肾毒性和相知趣关机制的实验模子。斑马鱼模子的多个终点，从功效水平（即肾小球滤过）到要害基因的转录转变已被评估以确定化学诱导的肾脏毒性并剖析潜在的机制。斑马鱼化学诱导肾毒性的最常见研究机制包括氧化应激、炎症、DNA损伤、凋亡、纤维化和细胞殒命。迄今为止，已证实几种药物、氧化剂、自然产品、杀菌剂、酒精和消耗化学品对斑马鱼爆发差别类型的肾脏毒性。本综述批注斑马鱼模子可以有用地用于快速可靠地评估化学品的肾脏损伤潜力以及相关的毒性机制。从该模子获得的毒理学信息可用于判断肾毒性化学品，从而�；す诳到�。
要害词：肾毒性 斑马鱼 高通量 筛选 化学品清静
摘要：肾脏是认真维持体液内稳态和渗透包括人类在内的脊椎动物体内废物的主要器官。肾脏疾病和化学品：肾脏疾病会严重威胁人类的福祉和生涯，因此被以为是重大的公共卫生问题之一。急性肾损伤（AKI）是一种以肾小球滤过率（GFR）突然下降或血清肌酐水平升高为特征的急性疾病。肾灌注障碍或镌汰、肾小球肾炎或毒素（如抗生素和几种化学物质）可能导致急性肾损伤。另一方面，慢性肾�。–KD）被界说为肾功效逐渐退化，最终导致肾功效衰竭。CKD是通俗人群中普遍保存的慢性疾病。盛行病学证据越来越多地支持化学物质加入急性和慢性肾脏疾病的爆发和希望。食用受三聚氰胺污染的牛奶的儿童患上肾结石，其中2.5%的儿童随后成为急性肾功效衰竭的受害者。三聚氰胺及其代谢产品三聚氰酸对肾脏的特征性损害已在其他几项盛行病学研究中获得进一步验证。体内试验也用于肾毒性评估，大大都体内要领涉及啮齿动物模子，包括啮齿动物的重复28 天经口毒性研究�？捎糜诟咄可秆∩龆拘缘谋曜蓟馐砸焓怯邢薜�。由于斑马鱼肾脏易于视察并且具有与哺乳动物很是相似的心理特征，因此斑马鱼已被建议作为一种替换实验模子用于快速可靠地筛选肾毒性化学物质及相知趣关机制。例如，可以很容易地视察到斑马鱼胚胎幼体的前肾结构或功效转变，因此可以用于快速可靠地评估化学诱导的肾毒性。另一方面，成年斑马鱼的中肾结构更重大，已被用于药物或化学物质引起的肾毒性的机理研究。
用于肾毒性评估的斑马鱼模子：作为淡水鱼，维持液体渗透压对斑马鱼的生涯至关主要。在斑马鱼胚胎爆发历程中，前肾发育在受精后约 48 小时 (hpf) 完成。中肾在幼年阶段逐渐发育。斑马鱼的肾脏比人类的肾脏结构简朴。与人类相似，斑马鱼的肾脏包括肾小球、颈部、近端小管、远端小管和荟萃管。在幼龄斑马鱼中，前肾是能够调理渗透压的功效性肾脏。.前肾由两个肾单位组成，前肾管与哺乳动物的近端和早期远端小管相当。与哺乳动物差别，斑马鱼的前肾没有细支和粗上升支结构。成年斑马鱼具有中肾结构，但与人类差别，它不会发育成后肾。斑马鱼的肾脏与哺乳动物的肾脏有几个显着的差别：斑马鱼和所有硬骨鱼类一样，缺乏骨髓和淋投合，其造血爆发在肾骨髓中，肾骨髓的功效相当于哺乳动物的骨髓。斑马鱼肾脏损伤也会影响免疫功效。别的，斑马鱼的肾脏在受伤后可以再生。这与哺乳动物肾脏差别，后者的损伤通常被以为是不可逆转的。 当斑马鱼用作肾毒性模子生物以推断或转化人类效果时应仔细思量这些特征差别。只管保存这些差别，斑马鱼作为肾脏毒理学实验模子具有几个奇异的优势。 肾功效相似是斑马鱼最主要的优势之一。：肾小球过滤血液，肾小管段渗透或重吸收溶质和水，荟萃管将尿液倾轧体外。与人类和其他哺乳动物相比，斑马鱼肾脏的肾单位片断模式和细胞组成更容易获得和视察。别的，随着对替换试验要领的需求增添，胚胎-仔鱼斑马鱼模子被以为是一种有用的模子，可以增补现有的体外实验模子。胚胎期和幼体期斑马鱼被以为是一种快速肾毒性评估筛选模子。成年斑马鱼被以为对机制研究更有用，更容易获得器官或组织特异性反应。别的，斑马鱼导致肾脏毒性的主要途径的基因，例如细胞凋亡、氧化应激和炎症，以与人类相似的方法表达。斑马鱼已被用作评估化学诱导肾毒性的实验模子。凭证文献综述，评估了斑马鱼在研究化学性肾毒性和研究毒性模式方面的效用。
肾毒性评估的视察终点：为了评估化学诱导的肾脏毒性和相关机制，许多视察终点已应用于斑马鱼模子。这些可以凭证生物学水平（如功效、组织学、分子、卵白质和基因）的视察终点举行分类。
图 1. 斑马鱼差别生命阶段丈量到的化学性肾损伤。胚胎、仔鱼和成年斑马鱼袒露于化学品后的形态、功效、组织学、细胞、分子或转录水平转变。
肾脏滤过功效改变：滤过是肾脏在肾小球中的一项基本功效，已被用于评估肾脏的功效损害。接纳了直接和间接要领丈量斑马鱼肾小球滤过的转变。直接丈量包括丈量肾扫除的标记物。标记间隙减小被以为是滤过功效受损。荧光标记的葡聚糖或菊糖是最常用的标记物质。将这些标记物微量注射到斑马鱼心脏，并随时间推移通过荧鲜明微镜量化标记物的肾脏扫除率。许多研究中使用了差别的标记：异硫氰酸荧光素（FITC）标记的右旋糖酐用于丈量肾小球滤过强度。罗丹明标记的葡聚糖要领用于丈量肾小球滤过强度。斑马鱼模子使用直接要领丈量的过滤功效改变提供了化学诱导的肾脏毒性的直接指示。直接丈量功效转变需要熟练的操作，例如，将荧光物质微量注射到很是细小的斑马鱼胚胎或幼体中。若是仔细应用，幼鱼可用于高通量筛选。将斑马鱼的视察效果转化为人类效果应思量斑马鱼和哺乳动物肾脏之间的结构差别，例如缺少细支段、粗升支和膀胱。由于结构差别可能导致功效差别，因此可能需要特另外证据来将斑马鱼的视察效果与哺乳动物的潜在肾脏效果联系起来。，尿液中倾轧的过量卵白质已被作为肾功效的间接丈量。由于大分子如卵白质的保存可能批注肾小球不可过滤和维持循环中的大分子。通过量化袒露后水中的卵白质间接丈量斑马鱼的卵白尿。该要领的有用性可能会受到介质潜在外部污染的挑战，例如饲料或渗透物�；故褂昧俗虬呗碛隳Ｗ诱闪可鲈嗟墓πё�。在转基因斑马鱼中丈量了绿色荧光卵白 (GFP)，作为卵白尿和维生素 D 团结卵白 (VDBP) 的间接示踪剂，这是与哺乳动物白卵白最靠近的同源物。虽然转基因斑马鱼模子可能会在未来取代更多劳动麋集型的古板要领但迄今为止只有少数研究接纳了转基因模子。
形态和组织学转变：斑马鱼肾脏的一些形态学转变已被用作肾脏毒性的终点。包括肾小球、前肾小管和导管的形态学改变。 别的，据报道，在袒露于多种化学物质后会泛起肾水肿或肾积液。具有特定组织荧光标记的转基因斑马鱼模子也已用于证实肾脏的形态转变。例如，斑马鱼Tg（wt1b:GFP）模子用绿色荧光标记肾小球、前肾小管和导管，并检查其形态转变。转基因斑马鱼，如 Tg(PT:EGFP)、Tg(wt1b: GFP) 和 NTR-mCherry 模子划分用于评估近端小管、前肾管和足细胞缺陷的结构转变。使用转基因斑马鱼模子可以直接视察肾脏的结构转变，纵然在生命的早期阶段也是云云。与野生型斑马鱼相比，转基因斑马鱼模子有一些局限性，例如难以饲养到成年阶段，以及生命阶段之间的遗传或结构差别。许多研究丈量了斑马鱼作为化学品肾毒性标记物的肾小球、肾小管或导管的特定组织病理学转变。组织学视察通常接纳石蜡牢靠和染料染色或免疫组织化学要领。 已报道肾小球足细胞的囊肿形成和组织学转变。已评估了肾小管血液积累、管腔扩张、溶酶体磷脂病和其他异�；蛟勇倚巫吹纳鲂」堋⒛抑缀图涑渲氏赴�。
细胞和分子标记：在细胞水平上，细胞凋亡或坏死被用来证实化学袒露的肾毒性和相关机制。TUNEL 试验已用于显示肾小球或肾小管细胞的凋亡。Pax2a是一种在某些哺乳动物AKI模子中损伤后重新激活的转录因子，在袒露于这种肾毒性药物后，Pax2a被证实保存于斑马鱼仔鱼的近端小管中。Bax/Bcl2 比率的增添也用于指示斑马鱼的促细胞凋亡。通过激活聚ADP核糖聚合酶（PARP）或使用细胞殒命检测试剂盒检测肾细胞殒命。丈量了几个分子终点以指示肾脏中的氧化应激。量化斑马鱼肾脏中的过氧化氢酶、谷胱甘肽-s-转移酶（GST）、谷胱甘肽还原酶（GR）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等抗氧化酶以及活性氧化物种（ROS）的增添以批注袒露于三氧化二砷和微囊藻毒素LR等化学物质后，肾脏爆发氧化损伤。脂质过氧化的副产品，例如硫代巴巴多斯酸反应物质（TBARS），也可以用作氧化应激的生物标记物。斑马鱼幼体中嘌呤、谷胱甘肽和氨基酸（腺苷、肌酸、谷氨酰胺、谷胱甘肽、鸟苷、次黄嘌呤、酪氨酸、黄嘌呤）的代谢产品可能与袒露于某些药物引起的肾小管损伤有关。
其他细胞损伤的分子标记物已用于评估肾毒性。例如，顺铂诱导的DNA损伤标记物γH2AX增添。由于这些标记物中的许多并非仅在肾脏中特异表达，因此通常在疏散的肾组织中丈量这些标记物以支持肾毒性：示例包括在斑马鱼肾脏中定量组卵白变体H2AX（γH2AX）的磷酸化Ser-139残基，这是一种DNA损伤标记。肾小管中的免疫染色定量α-平滑肌肌动卵白（α-SMA），肌成纤维细胞标记物。细胞和分子标记都可用于填补转录和形态视察之间的空缺，并可能提供机制明确和与不良肾脏效果相关的证据。
基因的转录转变：已经提出与肾毒性相关的基因的转录转变来筛选和剖析化学诱导的肾毒性的机制。经常使用与正常肾功效和肾爆发相关的基因。 Nephrin 编码一种卵白质 nephrin，它是肾小球滤过屏障的主要组成部分，用于破损肾小球滤过屏障。与胚胎斑马鱼的肾脏发育相关的 wt1a 和 wt1b 被用来体现肾脏发育异常：这些基因在袒露于化学物质（例如阿霉素）后爆发转录转变。cadherin-17 (cdh17) 基因是肾脏发育的另一个标记物。在袒露于氯化镉和赭曲霉毒素 A 后，在斑马鱼仔鱼中视察到 cdh17 的下调。肾损伤分子-1（kim-1）是一种不但在人类中并且在斑马鱼中编码kim卵白的基因。KIM卵白是一种上皮吞噬细胞受体，经常用于指示肾小管损伤。因此，kim-1 基因的上调可以诠释为 AKI 的一个指征。注射庆大霉素后，斑马鱼幼体中kim-1基因表达上调。虽然已知kim-3和kim-4基因在斑马鱼中表达，但kim-1（kim1-s和kim1-l）通常是首选标记，由于该基因主要在肾脏而不是其他器官中表达。肾损伤标记基因的调控类型和模式因化学物质而异，这批注这些标记基因的调控转变模式可用于剖析或区分差别化学物质的肾毒性模式。由于成年斑马鱼肾脏的疏散更容易所中更频仍地丈量到基因转录的组织特异性改变。胚胎仔鱼肾脏的疏散禁止易完成，因此通常使用全身匀浆举行丈量。其他终点与胚胎仔鱼视察一起丈量，以支持肾毒性的可能性。
化学性肾毒性的主要机制：斑马鱼化学诱导肾毒性的主要机制包括但不限于细胞凋亡、细胞殒命、纤维化、炎症和氧化应激。细胞凋亡是一种程序性细胞殒命，是生物体维持的主要机制，但它可能导致急性和慢性毒性：太过的细胞凋亡可能导致细胞萎缩，并可能导致纤维化，最终导致肾功效障碍。因此，细胞凋亡被以为是肾损伤的主要机制之一。成年雌性斑马鱼在袒露于微囊藻毒素 60 天后肾脏样本发明典范的肾毒素凋亡相关基因的调理转变，例如 bcl-2、bax、bid、caspase-3、caspase-8 和 caspase-9 -LR。肾细胞殒命可能导致肾功效损害和肾损害。例如，接触中药马钱子后荧鲜明微镜视察到肾细胞殒命。接触顺铂的斑马鱼肾脏中也检测到细胞殒命标记物聚ADP核糖聚合酶（PARP）。使用 5-溴-2-脱氧尿苷 (BrdU) 标记来丈量转基因斑马鱼 (Tg(podocin:NTR-GFP))肾损伤的恢复--足细胞的增殖情形。虽然最终可能导致斑马鱼殒命，但斑马鱼肾脏中的细胞殒命可以暂时恢复：这就是为什么在成年斑马鱼模子或恒久袒露模子中无法容易视察到细胞殒命的缘故原由。 DNA损伤是细胞殒命的缘故原由之一。在斑马鱼中，通过western blotting测定DNA损伤标记物γH2AX，以确定顺铂袒露的肾毒性。纤维化是导致肾损伤的主要机制。在啮齿动物中证实晰马兜铃酸诱导肾纤维化。斑马鱼肾脏毒性机制的纤维化尚未获得很好的形貌：马兜铃酸袒露既不影响肌成纤维细胞标记物 α-SMA，也不改变纤维化标记基因的转录，例如 col4a1、fn1a、acta2、tgfb1a、 肿瘤坏死因子基因。与上皮-间充质转化（EMT）相关的vim基因和与EMT诱导剂相关的mmp9基因的上调批注斑马鱼也可能爆发肾纤维化。炎症是另一种与肾毒性有关的征象。炎症可能导致器官衰竭。炎症主要由先天免疫细胞介导是一种正常的心理历程，可以扫除受损或坏死的细胞，在肾脏中视察到的炎症相关指标可用于提醒化学袒露引起的急性肾损伤。促炎标记物，例如 cox1、cox2、cox2a、il-1β、il-6、tnfα 和 mpo 基因用于评估斑马鱼胚胎的炎症损伤。胚胎仔鱼炎症标记物通常整体丈量，可能并不代表肾脏特异性损伤�？梢韵喽匀菀椎厥枭⒂啄昊虺赡臧呗碛闵鲈�，因此，可以丈量炎症标记物的肾脏特异性转变并将其用作剖析化学诱导肾毒性机制的一个有希望的工具。
氧化应激是另一种经常研究的机制，可以诠释化学诱导的肾毒性。 据报道，许多化学品或药物会爆发 ROS 并导致肾脏功效改变。袒露于肾毒物后，斑马鱼体内 ROS 和抗氧化酶活性增添。内质网 (ER) 应激可能是斑马鱼中一种主要的化学诱导毒性机制，只管没有实验研究批注斑马鱼中的 ER 应激。ER认真卵白质翻译后的卵白质折叠和分选， ER应激可能导致卵白质未折叠或折叠不当最终导致功效异常。热休克反应 (HSR) 与化学诱导的肾毒性有关。
图2、差别类型化学品引起肾毒性的主要机制。
结论：情形化学物质是肾病的主要危险因素。本文展示了斑马鱼作为化学诱导肾毒性的实验模子的效用。凭证现有文献信息总结了已经或可以在斑马鱼中评估的主要视察终点和肾毒性模式。虽然斑马鱼模子保存一些局限性，例如，差别生命阶段差别的肾脏类型，可影响免疫功效、再生能力的肾骨髓和仔鱼肾脏疏散难题，在研究化学袒露引起的肾毒性和损伤方面斑马鱼是一种很有远景的实验模子。胚胎-仔鱼斑马鱼可以为肾脏毒物化学物质提供高效快速的筛查步伐。成年斑马鱼模子可用于丈量肾脏特异性标记物，从而对化学诱导的肾毒性举行最终确认和机制评估。
原文出自：Zebrafish (Danio rerio) as a model organism for screening nephrotoxic chemicals and related mechanisms - ScienceDirect
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