斑马鱼颅面异常。这些图像显示了受精后96小时斑马鱼颅面软骨的发育(通过荧光染色)，将典型发育(最左边)与五种药物的效果进行了比较。©2023刘等
已知药品、家庭用品和环境中的某些物质会影响儿童的产前发育。在《毒理学科学》上发表的一项研究中，研究人员测试了五种药物(包括咖啡因和血液稀释剂华法林)对斑马鱼胚胎生长的影响。他们发现，这五种药物都有相同的效果，即阻碍骨形成细胞的迁移，从而导致面部畸形的发生。斑马鱼的胚胎生长迅速，是透明的，并且在父母的身体外发育，使它们成为研究早期发育的理想选择。基于斑马鱼的系统可以很容易地筛选潜在的有害物质，减少对哺乳动物的动物试验，并在为自己和孩子做出选择时支持准父母。
无论是出生还是生活中发生的事件，许多人的面部外观都存在差异。在世界范围内，超过三分之一的先天性畸形与儿童头部或面部骨骼(颅面特征)的发育有关，一个常见的例子是唇裂和/或腭裂。颅面差异的确切原因尚不完全清楚，但研究人员目前认为可能涉及多种因素。这包括基因、怀孕父母的环境、他们的饮食、某些疾病和某些药物或化学物质。
致畸物是指已知会干扰胚胎或胎儿生长的物质;例如，建议孕妇避免饮酒和尼古丁。潜在的致畸物通常会在啮齿类动物和兔子等动物身上进行筛选。但是研究人员正在寻找更快、更便宜的替代方法，并减少对哺乳动物进行测试的需要。
开发功能。这些活体斑马鱼胚胎的荧光图像显示了受精后48、72和96小时软骨形成细胞的运动、组装和生长。©2023刘等。
这就是斑马鱼的由来。这些微小的2-5厘米的淡水鱼生长得非常快，一天的发育量相当于人类胚胎一个月的发育量。“斑马鱼胚胎是透明的，在母体外生长，所以我们可以监控活细胞发育过程中的行为，”东京大学生物科学系的项目助理教授Toru Kawanishi说。在过去的10年里，几个研究项目已经表明，斑马鱼可以有效地用于检查致畸物。然而，致畸物损害或改变典型胚胎发育的确切机制仍在研究中。
研究小组集中研究了哺乳动物和鱼类颅面发育过程中涉及的一组细胞的特定遗传标记。在人类中，这些被认为是鼻子和下巴的一部分。“我们操纵了斑马鱼胚胎的基因组，使骨形成细胞以绿色荧光可见。然后，我们用已知会导致人类新生儿面部缺陷的化学物质对它们进行处理，并在整个胚胎阶段跟踪骨形成细胞的轨迹，”Kawanishi解释说。
研究小组测试了五种化学物质:丙戊酸(用于治疗神经和精神疾病)、华法林(一种抗凝血剂)、水杨酸(常用于皮肤软膏)、咖啡因和甲氨蝶呤(用于化疗)。他们发现，正如预期的那样，所有被测试的化学物质在受精96小时后都会导致不同程度的颅面异常。然而，他们对导致这种情况发生的机制以及它开始的速度感到惊讶。
出生仅四天的斑马鱼就。这只斑马鱼幼体经过基因改造，面部的骨形成细胞发出绿色荧光。通常，它们是无色透明的，因此在这个阶段几乎看不见。作为胚胎，它们的头和尾在16小时后就开始形成。成年后，它们只能长到2-5厘米长。©2023刘等。
Kawanishi解释说:“头部的骨骼和软骨形成细胞，被称为颅神经嵴细胞(cncc)，通常会从它们最初在颈部周围形成的地方移动很长一段距离，到达它们的预定目的地，如下巴或鼻子。”“我们感到惊讶的是，无论每种化学物质如何在分子上作用于细胞，早期发育中骨形成细胞的迁移受损是导致所有五种化学物质面部畸形的原因。”在斑马鱼和哺乳动物胚胎具有非常相似的形态和分子特征的时候，我们可以在24小时内看到这种迹象。”
这些结果表明，可能存在一种普遍的机制，通过这种机制，致畸化学物质在胚胎早期限制cncc的运动，导致面部差异的发展。研究人员推断，其他物质引起的面部差异也可能遵循相同的机制。Kawanishi说:“我们的目标是揭示细胞迁移受损的分子机制，了解为什么不同的化学物质会导致细胞迁移的共同缺陷。”该团队建议使用这种基于斑马鱼的系统作为测试跨物种致畸物的另一种方法，这样父母和医疗从业者就可以意识到限制或避免使用它们。
