动物模型的设计原则和注意事项

动物模型的设计原则和注意事项一、设计原则生物医学科研专业设计中常要考虑如何建立动物模型的问题，因为很多阐明疾病及疗效机制的实验不可能或不应该在病人身上进行。常要依赖于复制动物模型，但一定要进行周密设计，设计时要遵循下列一些原则。（一）相似性在动物身上复制人类疾病模型。目的在于从中找出可以推广（外推）应用于病人的有关规律。外推法（Extrapolation）要冒风险，因为动物与人到底不是一种生物。例如在动物身上无效的药物不等于临床无效，反之也然。因此，设计动物疾病模型的一个重要原则是，所复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况。能够找到与人类疾病相同的动物自发性疾病当然最好。例如日本人找到的大白鼠原发性高血压就是研究人类原发性高血压的理想模型，老母猪自发性冠状动脉粥样硬化是研究人类冠心病的理想模型；自发性狗类风湿性关节炎与人类幼年型类风湿性关节炎十分相似，也是一种理想模型，等等。与人类完全相同的动物自发性疾病模型毕竟不可多得，往往需要人工加以复制。为了尽量做到与人类疾病相似，首先要注意动物的选择。例如，小鸡最适宜做高脂血症的模型，因它它的血浆甘油三酯、胆固醇以及游离脂肪酸水平与人十分相似，低密度和极低密度脂蛋白的脂质构成也与人相似。其次，为了尽可能做到模型与人类相似，还要在实践中对方法不断加以改进。例如结扎兔阑尾血管，固然可能使阑尾坏死穿孔并导致腹膜炎，但这与人类急性梗阻性阑尾炎合并穿孔和腹膜不一样，如果给兔结扎阑尾基部而保留原来的血液供应，由此而引起的阑尾穿孔及腹膜炎就与人的情况相似，因而是一种比较理想的方法。如果动物型与临床情况不相似，在动物身上有效的治疗方案就不一定能用于临床，反之也然。例如，动物内毒性性休克（EndotoxinShock，单纯给动物静脉输入细菌及其毒素所致的休克）与临床感染性（脓毒性）休克（SepticShock）就不完全一样，因此对动物内毒素性休克有效的疗法长期以来不能被临床医生所采用。现在有人改向结扎胆囊动脉和胆管的动物胆囊中注入细菌，复制人类感染性休克的模型，认为这样动物既有感染又有内毒素中毒，就与临床感染性休克相似。为了判定所复制的模型是否与人相似，需要进行一系列的检查。例如有人检查了动物压、脉率、静脉压、呼吸频率、动脉血pH、动脉氧分压和二氧化碳分压、静脉血乳酸盐浓度以及血容量等指标，发现一次定量放血法造成的休克模型与临床出血性休克十分相似，因此认为些法复制的模型是一种较理想的模型。同理，按中医理论用大黄喂小鼠使其出现类似人的“脾虚症”，如果又按中医理论用四君子汤把它治好，那么就有理由把它看成人类“脾虚症”的动物模型。（二）重复性理想的动物模型应该是可重复的，甚至是可以标准化的。例如用一次定量放血法可百分之百造成出血性休克，百分之百死亡，这就符合可重复性和达到了标准化要求。又如用狗做心肌梗死模型照理很合适，因为它的冠状动脉循环与人相似，而且在实验动物中它最适宜做暴露心脏的剖胸手术，但狗结扎冠状动脉的后果差异太大，不同狗同一动脉同一部位的结扎，其后果很不一致，无法预测，无法标准化。相反，大小白鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的后果就比较稳定一致，可以预测，因而可以标准化。为了增强动物模型复制时的重复性，必须在动物品种、品系、年龄、性别、体重、健康情况、饲养管理；实验及环境条件，季节、昼夜节律、应激、室温、湿度、气压、消毒灭菌；实验方法步骤；药品生产厂家、批号、纯度规格、给药剂型、剂量、途径、方法；麻醉、镇静、镇痛等用药情况；仪器型号、灵敏度、精确度；实验者操作技术熟练程度等等方面保持一致，因为一致性是重现性的可靠保证。（三）可靠性复制的动物模型来应该力求可靠地反映人类疾病，即可特异地、可靠地反映某种疾病或某种机能、代谢、结构变化，应具备该种疾病的主要症状和体征，经化验或X光照片、心电图、病理切片等证实。若易自发地出现某些相应病变的动物，就不应加以选用，易产生与复制疾病相混淆的疾病者也不宜选用。例如铅中毒可用大白鼠做模型，但有缺点，因为它本身容易患动物地方性肺炎及进行性肾病，后者容易铅中毒所致的肾病相混淆，不易确定该肾病是铅中毒所致还是它本身的疾病所致。用蒙古沙土鼠就比较容易确定，因为一般只有铅中毒才会使它出现相应的肾病变。（四）适用性和可控性供医学实验研究用的动物模型，在复制时，应尽量考虑到今后临床应用和便于控制其疾病的发展，以利于研究的开展。如雌激素能终止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能终止人的妊娠。因此，选用雌激素复制大鼠和小鼠终止早期妊娠的模型是不适用的，因为在大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的药物时，常常会发现这些药物能终止妊娠，似乎可能是有效的避孕药，但一旦用于人则并不成功。所以，如果知道一个化合物具有雌激素活，用这个化合物在大鼠或小鼠观察终止妊娠的作用是没有意义的。又如选用大小鼠作作实验性腹膜炎就不适用，因为它们对革兰氏阴性细菌具有较高的抵抗力，很不容易造成腹膜炎。有的动物对某致病因子特别敏感，极易死亡，也不适用。如狗腹腔注射粪便滤液引起腹膜炎很快死亡（80%24小时内死亡），来不及做实验治疗观察，而且粪便剂量及细菌菌株不好控制，因此不能准确重复实验结果。（五）易行性和经济性在复制动物模型时，所采用的方法应尽量做到容易执行和合乎经济原则。灵长类动物与人最近似，复制的疾病模型相似性好，但稀少昂贵，即使猕猴也不可多得，更不用说猩猩、长臂猿。幸好很多小动物如大小鼠、地鼠、豚鼠等也可以复制出十分近似的人类疾病模型。它们容易作到遗传背景明确，体内微生物可加控制、模型性显著且稳定，年龄、性别、体重等可任意选择，而且价谦易得、便于饲养管理，因此可尽量采用。除非不得已或一些特殊疾病（如痢疾、脊髓灰白质炎等）研究需要外，尽量不用灵长类动物。除了在动物选择上要考虑易行性和经济性原则外，而且在模型复制的方法上、指标的观察上也都要注意这一原则。二、注意事项研究者的设计动物模型时除了要了解掌握上述一些原则外，还要注意下列一些问题：（一）注意模型要尽可能再现所要求的人类疾病复制模型时必须强调从研究目的出发，熟悉诱发条件、宿主特征、疾病表现和发病机理，即充分了解所需动物模型的全部信息，分析是否能得到预期的结果。例如诱发动脉粥样硬化时，草食类动物兔需要的胆固醇剂量比人高得多，而且病变部位并不出现在主动脉弓。病理表现为纤维组织和平滑肌增生为主，可有大量泡沫样细胞形成斑块，这与人类的情况差距较大。因此要求研究者懂得，各种动物所需的诱发剂量、宿主年龄、性别和遗传性状等对实验的影响，以及动物疾病在组织学、生化学、病理学等方面与人类疾病之间的差异。要避免选用与人类对应器官相似性很小的动物疾病作为模型材料。为了增加所复制动物疾病模型与人类疾病的相似性，应尽量选用各种敏感动物与人类疾病相应的动物模型，可参考表9-1。表9－1各种敏感动物与人类相似的疾病模型动物模型动物种类相应人类的疾病阿留申（Aleutian）病水貂类多发性骨髓瘤淀粉样变性北京鸭淀粉样变性动脉粥样硬化松鼠、猴、鸽、狒狒黑猩猩Aoudad动脉粥样硬化房中隔缺陷黑猩猩房间隔缺损自家免疫性疾病新西兰黑色小鼠散播性红斑狼疮Sjogren氏综合征Waldenstrom氏巨球蛋白症脱发症/雄鼠模型猕猴肢末脱发症/男性心血管疾病土拔鼠心血管疾病白内障海豹、海狮子、沙鼠白内障小脑发育不全雪貂小脑发育不全脑血管疾病土拔鼠脑血管疾病Chastek氏麻痹症（一种维生素B1缺乏症）水貂维生素B1缺乏病染色体畸变蛙染色体畸变先天性红细胞血卟啉症狐、松鼠先天性红细胞血卟啉症多尿症黑色类人猿多尿症糖尿病中国地鼠、沙鼠糖尿病二糖（乳糖）利用差海狮子二糖利用差眼病非洲绿猴、狒、狒、海貂、海狮动脉瘤分叶动脉瘤火鸡暴死Diving反应海貂、海狮Ehlers-Danlos氏征候群Ehlers-Danlos氏症候群（原始胶原缺乏）水貂椭园红细胞病椭园红细胞病红褐色美洲驼脑病、类羊搔痒病水貂KurnCrentzfeidt-Jakob自发性高血压黑猩猩综合征家族性贫血Basenje遗传性球形红细胞症有规律地形成兄弟双胞胎狨猴双胞胎真菌感染蝙蝠真菌感染胃肠道寄生虫和治疗白鲢、猴、Leaf寄生虫病悉生动物研究兔、猪、大鼠、炎鸡鸡、羔羊、猫、狗、猴疾病的发病机理Grand-mal癫痫发作Gerbil癫痫内芽肿病Boxer溃疡性结肠炎结肠炎狗肠炎中暑Coypu中暑肝炎黑猩猩病毒性肝炎病毒性肝炎火鸡、北京鸭病毒性肝炎肝癌虹鳟、真鳟肝癌遗传性耳聋水貂耳聋遗传性脑白质营养不良水貂家族异染性的脑白质营养不良遗传性脑白质黑变病水貂Chediak-Higashi综合征遗传性肌萎缩北京鸭、火鸡肌萎缩遗传性球形红细胞症鹿、小鼠球形红细胞症两性畸形水貂两性畸形疱疹火鸡疱疹感染疱疹诱发性淋巴瘤火鸡淋巴瘤脑积水水貂脑积水多骨质骨肥厚乌龟，长尾小鹦鹉多骨性骨肥厚非溶血性高胆红素血症Gunn大鼠Crgler-Najjar综合征炎症悉生动物炎症流行性感冒雪貂流感实验性家族遗传性中枢神经系统变性病黑猩猩家族遗传性中枢神经系统变性病脂肪血症蒙古沙土鼠脂肪血症巨噬细胞“泡沫状”脂沉积症乌龟、长尾小鹦鹉脂肪贮藏性疾病李司忒氏菌病Lemming李司忒氏菌病淋巴瘤沙土鼠淋巴瘤淋巴肉瘤蟾蜍、蝾螈、Boxer狗Hodgkin氏病吸收障碍综合征（灰色便）水貂吸收障碍疟疾北京金丝雀疟疾母亲和胎儿血循环矮山羊母亲和胎儿血循环接触传染性软疣黑猩猩接触传染性软疣增生物鉴别犰狳（九条纹）、真鳟杂核单卵性变胎肌营养不良火鸡、小鸭肌营养不良肿瘤病土拔鼠、小鼠、Mulei-mammate肿瘤骨软化鼯鼠骨软化寄生虫感染蝙蝠寄生虫感染色素沉着肝病吼猴肝细胞黑色素沉着浆细胞增多症水貂浆细胞增多症脊髓灰质炎Lemming脊髓灰质炎多尿症中国地鼠糖尿病肺腺瘤灰鼠肺腺瘤狂犬病吸血蝙蝠（鼠蝠）、蝙蝠狂犬病肾脏腺肉瘤蛙肾脏腺肉瘤生殖生物学狒狒、蛙、蟾蜍、蝙蝠生殖类风湿病因素吼猴类风湿病因素肉瘤花金属SPP肉瘤性染色体异常水貂、狨猴性染色体异常体内红细胞镰状细胞素变质白尾鹿镰状细胞贫血躯体分离（抗体形成）鸟、鱼、Pesomyscus、SPP躯体分隔（抗体形成）弓形体病地松鼠、鼠猴、猫弓形体病兔热病Lemming兔热病溃疡性结肠炎黑猩猩溃疡性结肠炎尿失禁水貂尿结石病毒性诱发网状组织疾病美国阿留申群岛水貂新西兰小鼠网状组织病（二）注意所选用动物的实用价值模型应适用于多数研究者使用，容易复制，实验中便于操作和采集各种标本。同时应该首选一般饲养员较熟悉而便于饲养的动物作研究对象，这样，就无需特殊的饲养设施和转运条件，经济上和技术上容易得到保证。此外，动物来源必须充足，选用多胎分娩的动物对扩大样本和重复实验是有益的。尤其对慢性疾病模型来说，动物须有一定的生存期，便于长期观察使用，以免模型完成时动物已频于死亡或毙于并发症。野生动物在自然环境中观察有助于正确评价自然发病率和死亡率。但记录困难，在实验条件下维持有一定难度，且对人和家畜有直接和间接的威胁，使用时要特别加以注意。因此，复制模型时必须注意动物种群的选择，要了解各类动物种群的特点和对复制动物的影响。用于生物医学研究的动物种群，可按其遗传成分和其环境被研究人员控制的程度，分为三种基本类型：⑴实验室类型，它们可提供最大程度的遗传和环境操作；⑵家养类型，不论是乡村或城市饲养的，人类对其干扰的程度不同，且动物环境与人类环境可为能极为接近；⑶自然生态类型。几乎没有人为的干扰。可能某种动物（啮齿目、食肉目、兔形目）可按所有三类类型进行研究，这就增加了对环境和遗传因素作比较研究的可能性。在选用三类动物种群复制动物模型时，必须了解它们各自的优点和缺点，可参考表9-2。表9－2不同类型的动物种群的优点和缺点优点缺点（一）实验室种群1．连续饲养和记录1．生活于人工环境2．观察迅速2．标准日粮3．个体众多3．宿主体型大小和疾病的急性本质不太适用于临床或研究4．生命周期短4．一般涉及人工诱发的疾病5．标化的环境和/或遗传组成：近交、小鼠、大鼠、豚鼠、鸡6．在癌症研究领域中可用于传播性和移植性肿瘤7．有基本的生化、生理、病理资料（二）家养动物种群1．生活于与人类相似或相同的环境1