与血脂异常相关的疾病，如高脂血症和动脉粥样硬化是人类死亡的主要原因。虽然几十年来对血脂异常的病理生理学的细胞和分子基础进行了广泛的研究，但由于疾病的复杂性和先天的多模式性，我们对血脂异常的病因学仍然缺乏全面的了解。虽然小鼠一直是研究人类血脂异常病理生理学的首选模型生物，但斑马鱼，一种传统上用于研究脊椎动物发育的小型淡水鱼，最近作为一种替代模型生物出现。在这篇综述中，我们将提供斑马鱼作为人类血脂异常的模型生物的全面视角；我们将讨论斑马鱼作为模型的属性，并比较斑马鱼和人类的脂质代谢。此外，我们还将总结目前基于斑马鱼的血脂异常研究的情况。
高脂血症表现为血脂和相关脂蛋白水平升高，是心血管疾病（CVD）的关键促因之一，心血管疾病是世界范围内的主要死亡原因。血液中循环脂质的升高不仅是动脉粥样硬化的原因，而且还容易引发一系列人类疾病，如脂肪性肝炎、肾脏疾病、糖尿病，甚至神经退行性疾病。根据潜在原因，血脂异常可进一步分为原发性和继发性血脂异常。原发性血脂异常是由遗传因素引起的；例如，涉及载脂蛋白（apo）和低密度脂蛋白（LDL）受体的基因突变以及与脂质代谢相关的蛋白，都与家族性高脂血症有关，包括高胆固醇血症和高甘油三酯血症。相反，继发性血脂异常是由生活方式因素引起的，如持续食用高脂肪和高热量饮食，或慢性疾病，这些疾病对血脂水平的内稳态产生不利影响，包括肥胖和糖尿病。然而，在大多数情况下，血脂异常的病因似乎是多因素的，遗传易感性和环境因素都会导致血脂异常的发生。由于其临床重要性和巨大的社会经济影响，其潜在原因以及各种临床干预疗法已被广泛调查。在体内研究中，主要使用哺乳动物模型，尤其是小鼠（小家鼠）。然而，使用啮齿动物模型进行实验需要基础设施支持和大量人员，而且成本相对较高。此外，小鼠模型中的致病事件只能在尸检后进行分析，因此无法实时观察疾病的进展。因此，对替代实验模型的需求一直没有得到满足。最近，斑马鱼（Daniorerio）作为一种小型热带淡水鱼，被广泛用作研究胚胎发生的脊椎动物模型，作为研究脂质代谢和相关疾病的一种有价值的模型而受到欢迎。在这篇综述中，我们将介绍斑马鱼作为一种新兴模型来研究血脂异常和相关疾病的病理生理学基础的基本细胞和分子机制。我们将简要总结斑马鱼作为模式生物的优势和潜在劣势，描述我们目前对斑马鱼脂质代谢的理解，并比较斑马鱼和人类的异同。最后，我们将强调斑马鱼与血脂异常研究相关的重要发现，以提供一个全面的视角，说明斑马鱼模型如何应用于更好地理解人类血脂异常的病理生理学。
斑马鱼作为糖尿病研究的模式生物斑马鱼（Zebrafish，D.rerio）是一种小型热带淡水鱼，已被广泛用作模式生物，以描述脊椎动物发育的潜在细胞和分子机制，尤其是早期胚胎发生。最近，斑马鱼作为模式生物的使用已经超出了早期发展的范围，而且最近，由于其许多属性，它作为研究各种生理过程的模式生物越来越受欢迎。与小鼠模型相比，斑马鱼模型为生物医学研究提供了一些独特的优势。斑马鱼需要的畜牧业相对较少，住房和维护成本较低。斑马鱼产生大量胚胎；平均来说，一对斑马鱼每周可以提供多达个胚胎。由于斑马鱼产生体外受精的胚胎，雌性斑马鱼在获得胚胎的过程中可以幸免，因此，理论上，一对斑马鱼可以产生数千个具有相同遗传背景的胚胎。此外，斑马鱼胚胎在光学上是透明的，这使得人们很容易接触到发育中的胚胎，也很容易进行实验操作。结合大量可用的转基因株系和活性染料，发育中的胚胎可以在不干扰胚胎的情况下进行体内发育过程监测。此外，斑马鱼胚胎发育极其迅速；到受精后24小时，斑马鱼胚胎中的大部分器官发生都已完成，这使得可以实时成像整个器官发生过程，而不会出现任何中断。作为脊椎动物，斑马鱼拥有人类的主要器官和组织，其发育个体发育与人类相似。此外，斑马鱼的基因组结构与人类相似。基因组测序表明，超过70%的斑马鱼基因在人类基因组中具有同源基因。这些特性结合在一起，使斑马鱼成为迄今为止唯一适合大规模正向遗传方法的脊椎动物模型。随着全序列基因组与高繁殖力的结合，一系列现代基因组编辑工具已应用于斑马鱼研究，包括非常有前景的连锁技术。例如，最近的研究表明，CRISPR/Cas9技术不仅可以有效地产生突变，还可以用于编辑斑马鱼基因组，这促成了遗传模型的产生，以研究与各种人类疾病有关的基因的功能。
StevenFarber博士和MarnieHalpern博士率先对斑马鱼的脂质代谢和血脂异常进行了研究，他们使用荧光磷脂传感器证明了斑马鱼脂质的消化生理学。通过利用透明的体外受精胚胎，他们能够追踪活胚胎中的脂质代谢过程。虽然斑马鱼的消化道在解剖学上与哺乳动物有所不同，但它们与哺乳动物的亲属有着共同的基本消化生理学。研究表明，无基因操纵的元素控制方案足以诱发斑马鱼的高脂血症。此外，斑马鱼在与高脂血症和动脉粥样硬化相关的分子机制（包括脂质代谢和脂蛋白氧化）方面与人类保持着显著的相似性。结合脂质代谢由进化保守的分子机制调节，这些特征使斑马鱼模型可以作为替代品，以了解人类高脂血症和相关疾病的根本原因，并确定这些慢性疾病的新治疗靶点。然而，斑马鱼作为一个模型系统来理解人类生理学有很多局限性。例如，斑马鱼作为变温动物，与恒温动物相比，具有独特的代谢过程。因此，虽然斑马鱼保留了哺乳动物代谢调节的主要特征，但斑马鱼可能不会利用类似的细胞和分子机制来应对代谢变化。此外，发育过程中脂肪组织的出现和膨胀似乎在斑马鱼和人类中有明显的调节作用，这表明斑马鱼与人类在出生后阶段的脂质储存可能有所不同。与这一观点一致，我们和其他人最近表明，斑马鱼中受脂质代谢调节的基因可能与人类不同。因此，从斑马鱼研究中获得的结果可以为理解人类血脂异常和相关疾病的病理生理学提供宝贵的见解，特别是对于区分遗传因素和症状病因的贡献。然而，在将斑马鱼研究成果直接转化为人类疾病以解释生理反应和变化时，需要格外小心。
斑马鱼和人类的脂质代谢脂质是主要的能量来源，是质膜的基本成分。此外，它们已被证明作为信号分子发挥作用，可以引起不同的细胞反应。然而，体内脂质过多是有害的，可能会导致各种心血管疾病，包括动脉粥样硬化。在人类和其他哺乳动物模型中，高脂肪饮食（HFD）和高胆固醇饮食（HCD）不仅会诱导脂质积累，还会触发脂肪细胞的扩张和增殖。通常，摄入的脂肪通过脂肪酶和大肠杆菌酶从口腔消化到胃肠道，尤其是十二指肠。脂肪酸和单甘酯是脂肪分解的产物，与磷脂和胆固醇一起转移到肠细胞中，并重新酯化为甘油三酯（TGs）（图1）。TG与胆固醇、脂溶性维生素和蛋白质结合形成乳糜微粒，乳糜微球是膳食脂肪的运输工具。乳糜微粒的主要蛋白质成分是截短的apoB-48，其长度仅为全长apoB-的48%。乳糜微米还包含其他apo家族，包括apoA-I、apoA-II和apoA-IV以及apoC。33乳糜微粒通过与循环高密度脂蛋白（HDL）相互作用获得载脂蛋白C和载脂蛋白E。虽然乳糜微粒是在肠中形成的，但极低密度脂蛋白（VLDLs），即其他富含TG的脂蛋白，是在肝脏中形成的。VLDLs通过不同的途径合成，其主要结构蛋白位于全长apoB-.34。乳糜微粒和VLDLs在供应器官、肝脏和肠道之间运输TG，储存脂肪组织和消耗组织（如肌肉），在那里水解为脂肪酸以产生能量。VLDL残余物，即中密度脂蛋白，可以进一步转化为LDL，血液中循环的LDL颗粒通过LDL受体被肝脏清除。胆固醇酯转移蛋白（CETP）控制胆固醇酯和TG在VLDL、LDL和HDL之间的转移，调节LDL和VLDL之间的平衡。肝脏和肠道中的胆固醇吸收主要通过NiemannPickC1like-1（NPC1L1）进行。
图1斑马鱼也拥有与人类相似的胃肠器官系统，其中包含负责脂质吸收和加工的细胞类型。在胚胎发育过程中，斑马鱼从卵黄囊中获得脂质，并在5dpf时开始吸收外部食物，最终取代卵黄作为主要能量来源。在早期发育阶段，卵黄合胞体后期强烈表达apo，如apoe、apoa1、apoc2，以分解母体沉积的卵黄。此外，斑马鱼在这些阶段用卵黄脂质产生VLDLs。与哺乳动物相似，微粒体TG转移蛋白在将三酰甘油和β-脂蛋白包装成脂蛋白颗粒方面起着不可缺少的作用，因此，促进了斑马鱼的脂质运输。最重要的是，斑马鱼确实拥有CETP，而且容易发生动脉粥样硬化。由于其他模型生物，包括啮齿类和非啮齿类哺乳动物物种，由于其脂蛋白的组成，一般都能抵抗动脉粥样硬化，这一特点使斑马鱼成为研究人类脂质代谢的独特模型。与它们生理上的相似性相一致的是，据报道斑马鱼的基因组中含有人类脂质代谢的重要基因，包括微粒体TG转运蛋白（mttp）、脂肪酸转运蛋白（slc27a）和酰基-CoA合成酶（acsl）基因家族，以及低密度脂蛋白受体（ldlr）。此外，这些基因的表达模式似乎与人类相当。斑马鱼和人类在脂质代谢方面的一个重要区别是，斑马鱼只产生全长的apoB（apoB-）而缺乏截短的apoB（apoB-48）。因此，尽管它们的结构与人类相似，但斑马鱼的乳糜微粒被apoB-包裹着，这使得它们不太可能被肝脏快速清除并成熟为低密度脂蛋白。此外，斑马鱼的基因组中还有两个apob的同源物，apobb1和apobb2，它们的表达方式在空间和时间上是不同的。总之，斑马鱼和人类的脂质代谢有着惊人的相似之处。
高脂血症和动脉硬化高脂血症是人类最普遍的血脂异常，其特征性症状包括血浆中的脂质水平异常高。高脂血症可由多种因素引起，如摄入的营养成分、代谢综合征，包括糖尿病、肥胖和遗传性基因突变。这些风险因素与脂质生理紊乱密切相关，最终诱发脂质水平升高，最明显的是TG。已经证明，环境因素和遗传异常的结合引发了人类高脂血症的发生。继发性高脂血症，也称为获得性高脂血症，来自于潜在环境因素的改变，包括不健康的饮食，代谢紊乱，如糖尿病，内分泌系统紊乱，如甲状腺功能减退症，糖皮质激素和雌激素药物的副作用，以及与肾脏和肝脏疾病有关的并发症。例如，脂蛋白脂肪酶和apoC-II的缺乏导致乳糜微粒的增加，而低密度脂蛋白受体和apoB基因的突变可导致血浆中低密度脂蛋白水平的增加，因为缺乏对低密度脂蛋白颗粒的摄取。
慢性高脂血症和高胆固醇血症已被证明容易导致动脉粥样硬化；血浆中TG和胆固醇水平的持续升高加速了动脉粥样斑块的发展，这是一种粘附在动脉上的脂肪物质的堆积。动脉管壁上的粥样斑块大大增加了发生动脉硬化的可能性。动脉粥样硬化在本质上是一种渐进的炎症性疾病。被吸引到动脉粥样硬化部位的巨噬细胞吸收了动脉管壁上的脂肪沉积物，并最终分化为泡沫细胞，这些泡沫细胞具有高度的炎症性，加剧了病变的形成。斑马鱼形成动脉瘤是对饮食引起的高胆固醇血症的反应。使用荧光胆固醇酯，已经证明斑马鱼的HCD可以启动血管的改变，这让人想起人类早期的动脉硬化。虽然很明显斑马鱼在HFD和HCD下可以经历动脉粥样硬化的初始阶段，然而，到目前为止，斑马鱼在初始阶段之后是否会发生全面的动脉粥样硬化仍不清楚。
斑马鱼模型用于血脂异常的研究目前已经建立了一些研究肥胖症和高脂血症的斑马鱼模型（图2）。在本节中，我们将总结斑马鱼作为血脂异常研究模型的使用情况。为方便起见，我们将介绍利用斑马鱼作为模型研究人类血脂异常的普遍方法，分为2类。
图2基于诱导剂的方法
基于诱导剂的方法已成功用于其他模式生物，以模拟人类血脂异常的情况。简而言之，用高脂饲料或高胆固醇饲料喂养动物，并评估随后的生理变化。在斑马鱼中，喂养方案、环境条件以及化学诱导剂已被成功用于诱导成年和幼虫的高脂血症。研究表明，饮食方案的改变，如卤虫过量喂养，高铁饮食，以及经典的HFD和HCD，都显示出通过改变脂质代谢而促使斑马鱼血脂异常的发生。例如，有研究表明，用A卤虫过度喂养斑马鱼会显著增加斑马鱼的体重和血浆TG水平，模仿人类肥胖引起的高脂血症。事实上，通过转录组分析，用过量喂养卤虫的斑马鱼已经确定了一些特征明确的脂质代谢调节因子，如凝血级联中的APOH、IL-6和IL-1β，以及脂质代谢中的SREBF1、PPARα/γ、NR1H3和LEP。已有研究表明，斑马鱼对用于诱导高脂血症和高胆固醇血症的经典饮食方案也表现出强烈的反应。正如其他血脂异常的动物模型所显示的那样，HFD和HCD可以迅速促进成年和幼年斑马鱼的肥胖、高血糖和高脂血症。在HFD或HCD方案开始5天后，幼虫斑马鱼的血管和其他器官如肝脏和肠道内的脂质积累明显增加；在血管内，可以发现HFD或HCD喂养的斑马鱼在动脉内形成脂肪条纹，以及人类动脉粥样硬化早期发展的血管过程。与这一观察相一致的是，在HCD喂养的斑马鱼中，氧化的低密度脂蛋白水平增加，而这种脂蛋白已知有助于启动动脉粥样硬化病灶的形成。此外，在HCD斑马鱼模型中，总脂蛋白中的VLDL和LDL部分的比例大大增加，而HDL则被牺牲掉了。33HCD喂养的斑马鱼还显示出内皮细胞层的增厚和血管通透性的增加，表明脂蛋白代谢失调不仅导致高脂血症和高胆固醇血症，还可能阻碍血管发育和血管生成依赖的血管重塑。除了上述直接干扰斑马鱼代谢以创造血脂异常条件的方法外，还评估了间接调控斑马鱼代谢的其他方法。例如，有研究表明，斑马鱼幼体暴露在连续6天的光照下，其脂肪细胞的流行率比对照鱼高7倍。在连续光照下，昼夜节律基因的表达变化，包括period2和rev-erbα，对脂质代谢有不利影响。此外，用化学诱变剂处理一天，如罗格列酮、苯基肾上腺素和T，加上HFD或HCD方案，成功改变了斑马鱼的脂质代谢。2.遗传方法在人类中，一些大规模的全基因组关联研究分析令人信服地证明了特定的单核苷酸多态性与血脂异常的关联，并有助于确定可能藏有遗传性血脂异常候选基因的染色体区域。例如，在与脂质代谢有关的位点（如apoB、apoE和LDL受体）发生突变的啮齿动物，会出现人类高脂血症症状，并被用于研究各种心血管疾病。然而，啮齿动物模型作为基因发现模型有先天的局限性，因为这些模型不适合进行前向遗传筛选，这是一个经常使用的工具，以确定与特定表型相关的新基因。作为唯一可用于正向遗传筛选的脊椎动物模型，斑马鱼最近作为啮齿类动物的替代模型获得了