动物模型的建立与应用

疾病动物模型的复制定义：是生物医学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象和材料。使用动物模型是现代科技中一种便于认识生命科学客观规律的实验方法和手段。人类疾病的动物模型的研究，实质上是比较医学的应用科学。在生物医学研究中应用动物模型是利用不同种类动物之间生物学现象的一致性。例如，我们希望测试在一种动物中存在的某个系统，将获得的知识外推到另一种动物，而模拟的目标通常为人类。研究的焦点不是所用动物的情况，而是这一动物生理学表现针对我们人类或其他动物种类的类推。因此，在这种情况下称“人类模型”将会更正确。动物模型的优点避免了在人体进行实验所带来的风险，如增加痛苦平时见不到的疾病可在动物身上复制出，如急性放射病及烧伤和冻伤等可以克服人类某些疾病潜伏期长、病程长和发病率低的缺点可以严格控制实验条件，增强实验材料的可比性又助于更全面认识疾病的本质动物模型设计原则：相似性：复制模型应尽可能近似人类疾病，最好能找到与人类疾病相同的动物自发性疾病。如大鼠自发性高血压、小型猪自发性冠状动脉粥样硬化。重复性：理想的模型应是可重复、可标准化的。应尽量选用标准化LA、标准化实验设施、标准化饲养管理、标准化实验操作。可靠性：复制模型应特异地、可靠地反映该种疾病或某种机能、代谢、结构变化，同时应具备该种疾病的主要症状和体征，并经受一系列检测得以证实。适用性和可控性：复制模型应尽量考虑今后临床能应用和便于控制其疾病的发展，以利于开展研究工作。易行性和经济性：满足实验需求的前提下尽量使用低成本实验动物，实验技术方法可行医学动物模型的分类按产生原因分类诱发性动物疾病模型：是指通过使用物理、化学、生物等致病手段，人为地造成动物组织、器官或全身形成人类疾病动物模型，在功能、代谢、形态结构等方面有所改变，即人为地诱发动物产生类似人类疾病模型。主要用途：药理学、毒理学、免疫学、肿瘤和传染病等。优点：制作方法简便，实验条件比较简单，其他因素容易控制，短时间内可复制大量的动物模型不足之处：诱发的与自然产生的在某些方面有所不同。而且有些人类疾病不能用人工方法诱发出来，有它的局限性。特别提示大多数诱发性疾病模型是部分性或同形性模型，因为即使以相同的致病因素作用于动物，所获结果通常与人类对应的疾病也不尽相同。几乎没有诱发性疾病模型能够完全模拟人类相应疾病的病因、病程和病理。诱发性疾病模型的关键是诱发性疾病（或异常）的病理和结果与模拟人类疾病的情况相似。人类SARS冠状病毒可以致恒河猴发病，但是其病变严重程度要明显轻，疾病的结局也显然不同。药物性糖尿病模型——链脲佐菌素STZ诱发性动脉粥样硬化模型——高脂饲料诱导豚鼠支气管痉挛模型——组胺诱导自发性动物模型：指不加任何人工诱发，在自然条件下动物自然产生的疾病，或者由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物疾病模型。其中包括近交系的肿瘤疾病模型和突变系的遗传性疾病模型。突变系的遗传性疾病很多，可分为代谢性疾病、分子性疾病、特种蛋白合成异常性疾病等，如裸鼠。现在已经记载和保存了数百个具有模拟人类相似疾病状态的遗传性异常的品种和品系（）典型例子：自发性高血压大鼠裸小鼠自发性疾病模型的特点自发性疾病模型通常是同源性模型，动物疾病的表型表现与相应的人类疾病相似。这种表型的相似性通常扩展到模型动物对治疗的反应与人类患者相似。自发性动物模型在人类疾病治疗方案的研发方面已经起到重要作用。近交系小鼠的基因突变由于它们同时拥有相应的同类系或同品系，从而提供了优异的对照。因为近交系小鼠的疾病通常为一个受累基因或部位产生了变异，可同时研究与这些突变小鼠相同的遗传背景的参照品系。特别提示受损的基因或基因序列常常导致其他基因的激活，从而动员代偿代谢机制。这些代偿机制人类和动物模型之间可能不同。多数情况下，具有自发性疾病的近交系动物的保种和繁殖困难，价格较贵。有些自发性疾病模型不便于应用。例如，利用近交系动物自发性肿瘤模型进行治疗研究，常常要观察1年才有肿瘤发生，而且肿瘤发生的时间、种类和发生部位在个体之间常不一致，往往难于确诊和判定治疗效果。基因工程动物模型：指某些遗传性状通过基因工程手段而被人为改造的动物。以对动物改造的手段不同可将其分为三种类型：转基因动物（transgenicanimal）基因敲除动物（geneknock-outanimal）基因替换动物（geneknock-inanimal）转基因动物：通过实验手段将新的遗传物质导入到动物胚胎细胞中，并能稳定遗传，由此获得的动物称为转基因动物。基因敲除动物：通过基因工程手段将已知基因去除，或用其他顺序相近基因取代，而获得的工程化动物。通常针对一个结构已知但功能未知的基因，通过观察基因敲除动物的情况，推测相应基因的功能。基因替换动物:与某个生理现象相关的两个基因中,一个基因的编码区被另一个基因的编码区所替代的工程化小鼠。基因工程动物模型的特点可按照研究目的进行设计和培育，其建立过程的本身就可进行疾病机制的研究。不但能从动物整体水平和组织器官水平上进行研究，而且还可以深入到细胞水平和分子水平，为发病机制、药物筛选和临床医学研究提供了比较理想的实验体系。转基因动物技术克服了物种之间的生殖隔离，实现了动物物种之间遗传物质的交换和重组。特别提示从理论上讲，随着遗传工程的发展，已有可能在体外培育的哺乳动物细胞中对任何一个或几个已知基因组结构和DNA序列的位点进行各种类型的遗传修饰。基因调控机制十分复杂，目前基因工程动物模型提供的信息还很局限。例如，利用转基因小鼠的研究证实除了单一的癌基因可以引起肿瘤外，癌基因之间的协同作用也可能导致肿瘤的发生。即导入一个癌基因可能会激活另一个癌基因，从而导致了特异性肿瘤的发生。阴性疾病模型Negativediseasemodels阴性疾病模型是指不能复制某些疾病的动物品系或品种。例如，感染性疾病模型通常局限于有限的敏感动物，而其余的不反应动物种类可看作是这一特殊人类病原微生物的阴性模型。阴性模型因此也包括表现对特定刺激缺乏反应的动物。这类模型主要应用于探讨动物生理上对致病因素进行抵抗的机制.哺乳类动物均感染血吸虫病而东方田鼠却不感染血吸虫病孤立动物模型Orphandiseasemodels孤立动物模型是指某种疾病最初在一些动物身上发现并被研究，但到目前为止在人类自身体内无法证实。包括：马立克氏病（Marek’sdisease）,多发性乳头瘤（Papillomatosis）,牛海绵状脑病（bovinespongiformencephalopathy）,绵羊脱髓鞘性脑白质炎（Visnavirusinsheep）,猫白血病病毒感染（felineleukemiavirus）。从动物到人类的外推对动物实验结果不加批判地应用是危险的。在动物体内无毒或无效的药物在人类体内可能有毒或有效，反之亦然。人类在遗传上是高度变异的，同时伴随着文化、饮食和环境的差异。很多实验动物在遗传变异性上与人类不同，尤其对于药理学和毒理学模型可成为重要因素。免疫缺陷动物第一节免疫缺陷动物的分类及其特点常用模型动物简介免疫缺陷动物是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物1962年苏格兰Grist首先发现无毛裸鼠1968年Pantelouris发现裸小鼠无胸腺1969年丹麦Rygaard首次成功将人类恶性肿瘤移植于裸小鼠体内，肿瘤存活并生长。70年代后期我国开始引进裸鼠免疫缺陷动物的分类先天性免疫缺陷动物：T淋巴细胞功能缺陷动物裸鼠B淋巴细胞功能缺陷动物CBA/N小鼠NK细胞功能缺陷动物Beige小鼠联合免疫缺陷小鼠SCID小鼠获得性免疫缺陷动物模型小鼠AIDS模型猴AIDS模型黑猩猩的HIV感染模型一、裸小鼠1、无胸腺裸小鼠，含有隐性突变基因nu，位于11号染色体。BALB/c-nu，NIH-nu，C3H-nu，C57BL/6-nu。2、特征：（1）毛发生长异常，全身无毛（2）无胸腺，T细胞不能正常分化，缺乏成熟的T细胞的辅助、抑制及杀伤功能，不能执行正常T细胞功能（3）B细胞功能正常，较高的NK细胞活性。3、应用在微生物学方面：研究病毒和细菌感染机制的极好模型动物。裸鼠对麻风杆菌高度易感。在免疫学方面：可有效研究淋巴细胞的功能。裸鼠不排斥杂交瘤，腹水产量高，效价高。在寄生虫学方面：可用于多种寄生虫感染模型的研究，如复制卡氏肺囊虫模型。在遗传学方面：裸鼠的遗传因素、免疫缺陷指标及组织学特征均与人类免疫缺陷病相似，是研究这些疾病的发病机理和遗传规律的重要模型。肿瘤学方面:制备人体肿瘤移植模型二、裸大鼠1、1953年由英国人Rowett首先发现，基因符号为rnu，具有与裸小鼠相似的特征，无胸腺，缺乏功能性T淋巴细胞，B细胞功能正常，NK细胞活力增强2、体毛稀少，有时暂时完全消失，以后又复现，躯干仍有稀少背毛。3、抵抗力差，易患溃疡性气管炎及化脓性支气管肺炎等呼吸道疾病4、发育相对迟缓，其体重只有正常大鼠的70%。5、雌性大鼠繁育能力低。6、能接受人类正常组织和肿瘤的异种移植，由于其体形大，可提供足够的血样进行血液学和血清生化分析实验。三、性连锁免疫缺陷小鼠（X-linkedimmunedeficiencymouse,XID）1、CBA/N小鼠，B细胞功能缺陷,基因符号Xid，位于X性染色体2、纯合雌鼠和杂合雄鼠对非胸腺依赖性II型抗原没有体液免疫反应，血清中IgG和IgM含量降低，其T细胞功能正常。分泌IgG和IgM的的B细胞数量减少3、该模型是研究B淋巴细胞的发生、功能与异质性理想的动物四、Beige小鼠1、为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠，bg是隐性突变基因，位于13号染色体。纯合的小鼠被毛完整，但毛色变浅。2、内源性NK细胞功能缺乏，是由于细胞溶解作用的识别过程受损所致。纯合的bg基因同时还损伤细胞毒T细胞功能，降低粒细胞趋化性和杀菌活性。3.bg基因影响溶酶体的发生过程，导致溶酶体膜缺损，由于溶酶体功能缺陷，bg对化脓性细菌感染非常敏感，对各种病原因子也较敏感。这种小鼠要在SPF环境中才能较好地生存，繁殖采用纯合子交配。五、严重联合免疫缺陷小鼠（Severecombinedimmunodeficientmice，SCID）1.1983年由美国学者Bosma首先发现于C.B-17近交系小鼠，位于16号染色体的scid的单个隐性突变基因所致。2.纯合scid基因导致编码免疫球蛋白重链（IgH）和T细胞抗原受体基因（TCR）V-D-J基因重排异常，抑制B细胞和T和T细胞前体的正常分化，造成T、B淋巴细胞自身不能分化成特异性功能淋巴细胞，循环中免疫球蛋白减少或缺损C.B-17小鼠是BALB/cAnIcr小鼠的同源近交系，差别在于该小鼠携带了C57BL/ka小鼠的免疫球蛋白重链Igh-1b等位基因.C.B-17小鼠的遗传背景与BALB/cAnIcr基本相同，其H-2抗原均为H-2d.此外目前已有C3H-SCID等其他品系遗传背景的SCID小鼠出现.3、SCID小鼠外观与普通小鼠无异，胸腺、脾和淋巴结的重量不及正常的30%，组织学上为淋巴细胞显著缺乏。胸腺为脂肪组织包裹，没有皮质结构，主要由类上皮细胞和成纤维细胞构成。脾白髓不明显，脾小体无淋巴细胞聚集，主要由网状细胞构成。淋巴结无明显皮质区，呈淋巴细胞脱空状。小肠粘膜下和支气管淋巴结较少见，无淋巴细胞聚集。其外周血白细胞较少，淋巴细胞占白细胞总数的10-20%，而正常小鼠应占70%。4.SCID小鼠所有T和B淋巴细胞功能测试均为阴性，对外源抗原无细胞免疫及抗体反应。NK细胞功能正常，巨噬细胞、粒细胞和红细胞等呈正常状态.5.渗漏：大部分SCID小鼠缺乏功能性淋巴细胞，但少数SCID小鼠在饲养过程中可出现极少程度的免疫功能恢复，即约有15%的SCID小鼠血清中可检测出免疫球蛋白，这与小鼠的年龄、品系和饲养环境有关。许多人类寄生虫不能感染其他小鼠，而SCID小鼠不但可被人类丝虫病所感染，而且所出现的病变也与