第 602 期

研究發展
「臺灣斑馬魚核心設施-人類疾病模式資源中心」之建立及服務
Establishment and service of Taiwan Zebrafish Core Facility - Human Disease Model Resource Center

「生理、病理的複雜機制，還是要利用模式動物來回答。」這是許多研究生物醫學相關問題的學者進行動物實驗的原因。然而，傳統上以小鼠等哺乳類動物進行實驗相當困難。除了昂貴的研究飼育設備及快速消耗有限的研究經費之外，以月甚至年來計算的動物生命週期，也使得研究觀測時間大幅增加。為了節省經費與時間成本，一種新興的模式生物—斑馬魚正快速吸引各方注意。有別於大小鼠，斑馬魚飼養簡單且生育能力強。經體外受精後，一隻雌性斑馬魚每次配對最多可產下數百顆卵，其胚胎不僅透明，且可在3天內發育完全，大大提高觀察容易度。幼魚出生3個月後即達到性成熟，世代繁衍快且成本低。相較於果蠅或線蟲，斑馬魚與人類皆屬於脊椎動物，基因圖譜相似度極高，且斑馬魚的基因體定序已接近完成，對於研究人類疾病或相關機制有非常大的幫助。因此，斑馬魚於研究上有其無可取代的優勢。

斑馬魚發育快速，其胚胎在受精後24小時已具備脊椎動物的雛型，心臟開始跳動並具有血液循環，且大部份的器官在受精後120小時幾乎發育完全。最近在一些斑馬魚變異種的研究亦顯示，在部分器官組織如耳朵、肌肉、心臟、眼睛、血液、脊柱、胰臟及腎等所產生的缺陷，與人類器官部分疾病之病理特徵相似，且為相同基因變異所造成，因此，斑馬魚可進一步作為於血管新生作用、神經系統發育、器官形成、老化、毒性、病理、行為、人類疾病包含癌症等研究的動物模式。從基因組比較斑馬魚與人類基因組間高度同源顯示，有70%的人類基因具有至少一個顯而易見的斑馬魚直向同源物，且80%的人類疾病相關基因可在斑馬魚找到對等的基因；此發現更強化了使用斑馬魚研究人類疾病的適用性。

同時，近年來開始運用斑馬魚探討藥物作用的機制，如一些心血管、抗血管形成及抗癌症等藥物，都已發現在斑馬魚胚胎及哺乳類系統皆能產生相似的生理及形態反應。另外，以一些小分子的化學物質浸泡處理斑馬魚胚胎，亦可觀察到明顯的器官及發育上的變化，且有些化學物質所引起器官的改變與特定基因缺陷所產生的變異種相類似，因此斑馬魚可用來從事各種藥物研究，例如化學藥物庫的篩選、藥物毒性及畸型的預測、藥理及毒物基因學等研究。另外，斑馬魚更可以作為測試人類治療之新藥中介於細胞培養及昂貴的老鼠活體測試系統的橋樑。

在過去10年由美國國家衛生研究院（NIH）幾個跨機構的資助下，催生了使用斑馬魚作為動物模型的大量活動；英國威康信託基金會（Wellcome Trust）與NIH資助在美國俄勒岡大學的「國際斑馬魚資源中心（ZIRC）」合作快速完成斑馬魚的基因組測序，建立基因組學、分子遺傳學和胚胎學資料庫，藉由斑馬魚訊息網絡（Zebrafish Information Network）存取相關資料；更新後的序列信息已公布在Sanger研究院/威康信託基金會網站。這些共同的努力形成一個強大網絡，提供豐富的資料、技術和工具給斑馬魚的研究人員，特別是簡化了不少啟動工作。如果沒有各方面的幫助，今日斑馬魚的研究就不會如此活躍，無私和慷慨的資源共享，鼓勵越來越多的研究人員使用斑馬魚，這使得斑馬魚的研究無論在品質和數量上均有顯著地提升。許多國際斑馬魚資源中心的成立，證明了斑馬魚研究資源的重要性。

多年來台灣地區的學術界也意識到斑馬魚研究的重要性，行政院國家科學委員會（現為科技部）在2010年設置兩個斑馬魚種源中心：「中研院分支」和「衛清分支」，對台灣斑馬魚研究社群提供斑馬魚種資源；醫師及工程領域與生物資訊學的專家們，也與斑馬魚的研究者合作，並在近年獲得了豐碩成果。此外，本院分子與基因醫學研究所（基因所）喻秋華副研究員實驗室在斑馬魚研究領域有很深入的研究經驗，包括在胚胎發育基因調控網絡、神經發育、肝臟發育與肝癌的關連，以及細胞凋亡。利用斑馬魚動物模式研究肝癌並開發肝癌藥物篩選平台，再加上本院生技與藥物研究所（生技藥研所）擁有的小分子藥物庫，研究團隊整合了轉基因斑馬魚種資源，建立了一系列斑馬魚高通量藥物篩選平台。透過合作與努力，研究團隊可以為肝癌發現更加有效和安全的藥物。藉由本院基因所江運金副研究員及中央研究院細胞與個體生物學研究所黃聲蘋副研究員，近年來開發TALEN及CRISPR-Cas介導的基因敲除魚技術所累積的豐富經驗，以及本院基因所游美淑高級技術師專精的魚房管理及行為模式的開發，加上中央研究院細胞與個體生物學研究所吳金洌研究員、國立台灣海洋大學生物科技研究所胡清華教授及國立成功大學醫學檢驗生物技術學系傅子芳副教授的共同協力，成立了「臺灣斑馬魚核心設施-人類疾病模式資源中心」。

過去5年來在國科會的支持下，「臺灣斑馬魚核心設施」之中研院分支與衛清分支共同合作，有效建立交流平台與凝聚研究學者間的向心力，對這幾年來台灣斑馬魚研究有顯著的研究貢獻與推廣效益。自2015年5月開始，「臺灣斑馬魚核心設施」獲得科技部2015年「第二期生技類核心設施平台維運計畫」支持建立「臺灣斑馬魚核心設施-人類疾病模式資源中心」以擴大服務理念；以自身研究上的長處，配合產業界的資源，加上與臨床醫師合作，強化轉譯研究，落實斑馬魚作為瞭解人類疾病模式的目標。本國家型科技計畫整體目標在於發展前瞻技術並提供一站式服務，輔以臨床前試驗之驗證與加值，落實上中下游整合及研發成果產業化的目標。短期目標為提供建立組織特異性基因表達的基因轉殖魚、建立基因敲除魚的服務及提供使用成年斑馬魚或斑馬魚胚胎/幼魚藥物篩選平台，使用者可以得到全套一站式的服務；中期目標為發展斑馬魚行為模式、神經退化模式等研究人類疾病的斑馬魚模式；長期目標為利用常備及訓練完整的博士後研發人員，提供客製化解決斑馬魚研究之方案。預期之整體綜合效益為：提升國內斑馬魚研究的深度與廣度，且質量並重。希望在累積足夠的服務經驗及能量之後，最終能成立一家「一站式」全方位生技服務公司，協助客戶群使用斑馬魚來解決各項所關注的生物醫學議題。

「臺灣斑馬魚核心設施-人類疾病模式資源中心」主持人為本院基因所喻秋華副研究員；共同主持人為國立成功大學醫學檢驗生物技術學系傅子芳副教授、國立台灣海洋大學生物科技研究所胡清華教授、中央研究院細胞與個體生物學研究所吳金洌研究員、黃聲蘋副研究員、本院基因所江運金副研究員及游美淑高級技術師。
《文/圖：分子與基因醫學研究所喻秋華副研究員》