1、動物模型的建立與應(yīng)用第1頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用動物模型的定義動物模型的分類 按照模型功能的分類 按照模型性質(zhì)的分類 動物疾病模型的分類 -誘發(fā)性疾病模型 -自發(fā)性疾病模型 -基因工程動物模型常用模型動物簡介 免疫缺陷動物 悉生動物腫瘤動物模型 動物移植性腫瘤 人體腫瘤的異種移植 動物原發(fā)性腫瘤第2頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的定義臨床研究束服了醫(yī)學(xué)的發(fā)展 在時間和空間上存在著局限性 在道義上和方法學(xué)上受到限制 難于研究發(fā)病率低、潛伏期長和病程長的疾病 病人本身條件差異大，樣本采集

2、困難應(yīng)用動物模型克服了上述困難，推動了醫(yī)學(xué)進步 18世紀以后醫(yī)學(xué)知識的迅速增長主要歸功于實驗動物的應(yīng)用,從1901年開始，2/3的諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎的成果涉及應(yīng)用實驗動物的研究。第3頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的定義動物模型（animal models）是指在生物醫(yī)學(xué)研究中所建立的可模擬人類疾病或異常功能狀態(tài)的動物實驗對象和材料。 The U.S. National Research Committee on Animal Models for Research on Aging attempted to define the ter

3、m “l(fā)aboratory animal model” as “an animal model in which normative biology or behavior can be studied, or in which a spontaneous or induced pathological process can be investigated, and in which the phenomenon in one or more respects resembles the same phenomenon in humans or other species of animal

4、”. 第4頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一 在生物醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)用動物模型是利用不同種類動物之間生物學(xué)現(xiàn)象的一致性。例如，我們希望測試在一種動物中存在的某個系統(tǒng)，將獲得的知識外推到另一種動物，而模擬的目標(biāo)通常為人類。 研究的焦點不是所用動物的情況，而是這一動物生理學(xué)表現(xiàn)針對我們?nèi)祟惢蚱渌麆游锓N類的類推。因此，在這種情況下稱“人類模型”將會更正確。動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的定義第5頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的分類動物模型的分類 依據(jù)模型功能的分類 依據(jù)模型性質(zhì)的分類 動物疾病模型的分類第6頁，共41頁，2

5、022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的分類依據(jù)模型的功能：exploratory ；explanatory； predictive 探索性模型：用于探究生物學(xué)機制，探討一個生物學(xué)機制是一個正常的基礎(chǔ)生物學(xué)現(xiàn)象還是與異常生物學(xué)功能相關(guān)。 解釋性模型：用于探究一個更加復(fù)雜或更簡單的生物學(xué)問題。解釋模型不是必須依靠應(yīng)用動物，也可以是物理或數(shù)學(xué)的模型系統(tǒng)。 預(yù)言性模型：用于發(fā)現(xiàn)和評價治療措施的影響，判斷治療措施是否有效或評價某化合物是否有毒副作用。 第7頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的分類依據(jù)模型的性質(zhì)：ho

6、mologous； isomorphic； partial 同源性模型：動物的癥狀和疾病的過程與人類的相同。 同形性模型：動物的癥狀與人類相似，但其誘因不同。 部分性模型：雖然不能模擬人類疾病的全部過程，卻可用于研究疾病的某些方面或用于疾病的治療研究。第8頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物模型的分類動物疾病模型的分類 誘發(fā)性（實驗性）疾病模型 Induced (experimental) disease models 自發(fā)性（遺傳性）疾病模型 Spontaneous (genetic) disease models 基因工程動物疾病模型 Gen

7、e engineering animal disease models 陰性疾病模型 Negative disease models 罕見疾病模型 Orphan disease models第9頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：誘發(fā)性疾病模型誘發(fā)性疾病模型：是指動物的疾病是健康動物經(jīng)實驗因素誘發(fā)而成。典型例子： 藥物性糖尿病模型 誘發(fā)性動脈粥樣硬化模型 豚鼠支氣管痙攣模型 第10頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一誘發(fā)性疾病模型的特點 模型復(fù)制時間短 實驗條件便于控制 可根據(jù)研究需要進行設(shè)計或改進 動物模型的建立與應(yīng)用：誘發(fā)性

8、疾病模型第11頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：誘發(fā)性動物模型特別提示 大多數(shù)誘發(fā)性疾病模型是部分性或同形性模型，因為即使以相同的致病因素作用于動物，所獲結(jié)果通常與人類對應(yīng)的疾病也不盡相同。幾乎沒有誘發(fā)性疾病模型能夠完全模擬人類相應(yīng)疾病的病因、病程和病理。 誘發(fā)性疾病模型的關(guān)鍵是誘發(fā)性疾?。ɑ虍惓＃┑牟±砗徒Y(jié)果與模擬人類疾病的情況相似。人類SARS冠狀病毒可以致恒河猴發(fā)病，但是其病變嚴重程度要明顯輕，疾病的結(jié)局也顯然不同。第12頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：自發(fā)性疾病模型自發(fā)性疾病模型：利用動物自然

9、發(fā)生的遺傳變異（突變）作為人類疾病的模型。現(xiàn)在已經(jīng)記載和保存了數(shù)百個具有模擬人類相似疾病狀態(tài)的遺傳性異常的品種和品系（see, e.g., ）。典型例子： 自發(fā)性高血壓大鼠 裸小鼠 第13頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：自發(fā)性疾病模型自發(fā)性疾病模型的特點 自發(fā)性疾病模型通常是同源性模型，動物的疾病的表型表現(xiàn)與相應(yīng)的人類疾病相似。這種表型的相似性通常擴展到模型動物對治療的反應(yīng)與人類患者相似。自發(fā)性動物模型在人類疾病治療方案的研發(fā)方面已經(jīng)起到重要作用。 近交系小鼠的基因突變由于它們同時擁有相應(yīng)的同類系或同品系，從而提供了優(yōu)異的對照。因為近交系小鼠的疾

10、病通常為一個受累基因或部位產(chǎn)生了變異，可同時研究與這些突變小鼠相同的遺傳背景的參照品系。 第14頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：自發(fā)性疾病模型特別提示 受損的基因或基因序列常常導(dǎo)致其他基因的激活，從而動員代償代謝機制。這些代償機制人類和動物模型之間可能不同。 多數(shù)情況下，具有自發(fā)性疾病的近交系動物的保種和繁殖困難，價格較貴。 有些自發(fā)性疾病模型不便于應(yīng)用。例如，利用近交系動物自發(fā)性腫瘤模型進行治療研究，常常要觀察1年才有腫瘤發(fā)生，而且腫瘤發(fā)生的時間、種類和發(fā)生部位在個體之間常不一致，往往難于確診和判定治療效果。第15頁，共41頁，2022年，5月

11、20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：基因工程動物模型基因工程動物：指某些遺傳性狀通過基因工程手段而被人為改造的動物。以對動物改造的手段不同可將其分為三種類型： 轉(zhuǎn)基因動物（transgenic animal） 基因敲除動物（gene knock-out animal） 基因替換動物（gene knock-in animal）第16頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一轉(zhuǎn)基因動物：通過實驗手段將新的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入到動物胚胎細胞中，并能穩(wěn)定遺傳，由此獲得的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物?；蚯贸齽游铮和ㄟ^基因工程手段將已知基因去除，或用其他順序相近基因取代，而獲得的工程化動物。

12、通常針對一個結(jié)構(gòu)已知但功能未知的基因，通過觀察基因敲除動物的情況，推測相應(yīng)基因的功能。 基因替換動物:與某個生理現(xiàn)象相關(guān)的兩個基因中,一個基因的編碼區(qū)被另一個基因的編碼區(qū)所替代的工程化小鼠。 動物模型的建立與應(yīng)用：基因工程動物模型第17頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：基因工程動物模型基因工程動物模型的特點 可按照研究目的進行設(shè)計和培育，其建立過程的本身就可進行疾病機制的研究。 不但能從動物整體水平和組織器官水平上進行研究，而且還可以深入到細胞水平和分子水平，為發(fā)病機制、藥物篩選和臨床醫(yī)學(xué)研究提供了比較理想的實驗體系。 轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)克服了物種之間

13、的生殖隔離，實現(xiàn)了動物物種之間遺傳物質(zhì)的交換和重組。 第18頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：基因工程動物模型特別提示 從理論上講，隨著遺傳工程的發(fā)展，已有可能在體外培育的哺乳動物細胞中對任何一個或幾個已知基因組結(jié)構(gòu)和DNA序列的位點進行各種類型的遺傳修飾。 基因調(diào)控機制十分復(fù)雜，目前基因工程動物模型提供的信息還很局限。例如，利用轉(zhuǎn)基因小鼠的研究證實除了單一的癌基因可以引起腫瘤外，癌基因之間的協(xié)同作用也可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。即導(dǎo)入一個癌基因可能會激活另一個癌基因，從而導(dǎo)致了特異性腫瘤的發(fā)生。第19頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星

14、期一陰性疾病模型 Negative disease models 陰性疾病模型是指某一種類、品種或品系動物不發(fā)生某一疾病。例如，感染性疾病模型通常局限于有限的敏感動物，而其余的不反應(yīng)動物種類可看作是這一特殊人類病原微生物的陰性模型。陰性模型因此也包括表現(xiàn)對特定刺激缺乏反應(yīng)的動物。這類模型主要應(yīng)用于探討動物生理上對致病因素進行抵抗的機制。動物模型的建立與應(yīng)用：陰性疾病模型第20頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：罕見疾病模型罕見疾病模型 Orphan disease models 罕見疾病模型是指自然發(fā)生于動物體內(nèi)的異常，以前在人類尚未發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人類出現(xiàn)

15、相似的疾病后被確定為模型。 包括：馬立克氏?。∕areks disease）, 多發(fā)性乳頭瘤（Papillomatosis）, 牛海綿狀腦?。╞ovine spongiform encephalopathy）, 綿羊脫髓鞘性腦白質(zhì)炎（Visna virus in sheep）, 和貓白血病病毒感染（feline leukemia virus）。第21頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物實驗結(jié)果的外推從動物到人類的外推 對動物實驗結(jié)果不加批判地應(yīng)用是危險的。在動物體內(nèi)無毒或無效的藥物在人類體內(nèi)可能有毒或有效，反之亦然。 人類在遺傳上是高度變異的，同

16、時伴隨著文化、飲食和環(huán)境的差異。很多實驗動物在遺傳變異性上與人類不同，尤其對于藥理學(xué)和毒理學(xué)模型可成為重要因素。第22頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：常用模型動物簡介常用模型動物簡介免疫缺陷動物（immunodeficient animal）：指由于先天遺傳突變或用人工方法造成免疫系統(tǒng)某種或多種成份缺陷的動物。悉生動物（gnotobiotic animal）：體內(nèi)帶有確知的微生物的動物。為將已知微生物投入無菌動物體內(nèi)形成。第23頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：免疫缺陷動物免疫缺陷動物分類 先天性免疫

17、缺陷動物：T淋巴細胞免疫缺陷；B淋巴細胞免疫缺陷；NK細胞免疫缺陷；聯(lián)合免疫缺陷 獲得性免疫缺陷動物：黑猩猩HIV感染；有蹄動物慢病毒感染；猴AIDS； 貓FeLV病毒感染；小鼠AIDS模型 第24頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：免疫缺陷動物裸小鼠（nude mice） 裸體（nude）、無胸腺（athymus）。 缺乏成熟T細胞的輔助、抑制及殺傷功能，因而細胞免疫力低下。B淋巴細胞正常，但功能不完善。 成年裸小鼠（68week）較普通小鼠有較高水平的NK細胞活性，但幼鼠（34week）的NK細胞活性低下。 采用屏障環(huán)境或隔離器飼養(yǎng)，生產(chǎn)上一般采

18、用純合型雄鼠與雜合型雌鼠交配，可獲1/2純合型仔代。 第25頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：免疫缺陷動物SCID小鼠（severe combined immune deficiency） SCID小鼠T淋巴細胞和B淋巴細胞大大減少，細胞和體液免疫功能均缺陷，但巨噬細胞和NK細胞功能未受影響。 SCID小鼠極易死于感染，因而必須飼養(yǎng)在屏障環(huán)境或隔離器內(nèi)，兩性均可生育，壽命可達1年以上。 廣泛應(yīng)用于免疫細胞分化和功能，異種免疫功能重建，人單抗生產(chǎn)，人類自身免疫性疾病及免疫缺陷性疾病，病毒學(xué)及腫瘤學(xué)等方面的研究。 第26頁，共41頁，2022年，5月2

19、0日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：免疫缺陷動物CBA/N小鼠 B淋巴細胞功能減退，為X-鏈隱性突變系，基因符號xid。 純和型雌鼠（xid/xid）和雜和型雄鼠（xid/y）對II型抗原（非胸腺依賴性抗原，葡聚糖、肺炎球菌脂多糖以及雙鏈DNA等）沒有反應(yīng)；對胸腺依賴性抗原缺乏抗體反應(yīng)；血清中IgG3、IgM低下。 T淋巴細胞功能正常，是研究B淋巴細胞發(fā)生、功能與異質(zhì)性的理想模型。第27頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：悉生動物悉生動物學(xué)是專門研究實驗動物在生產(chǎn)與應(yīng)用過程中的生物控制，研究寄生體對實驗動物宿主的生物學(xué)特征、生產(chǎn)繁殖和科學(xué)

20、實驗的影響，以及悉生動物在生命科學(xué)研究中的應(yīng)用等，它是從實驗動物學(xué)中新崛起的一個學(xué)科。第28頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一1945年，Reyniers等率先人工培育繁殖無菌大鼠獲得成功。此后，相繼有人工培育成功無菌雞、小鼠、豚鼠、兔、豬、馬、牛等的報道。二十世紀80年代初，我國實驗動物工作者開始涉足悉生動物學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，相繼自行培育出無菌大鼠、豚鼠、金黃地鼠、兔和犬等動物，在某些領(lǐng)域達到國際先進水平。二十世紀六十年代開始，由對無菌動物的人工培育、保持及其生物學(xué)特性的研究，逐步轉(zhuǎn)向以無菌動物為模型的醫(yī)學(xué)研究。特別是在免疫學(xué)、微生態(tài)學(xué)方面起到開創(chuàng)性作用。動物模型的建立與應(yīng)

21、用：悉生動物第29頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一無菌動物的生物學(xué)特征 普通動物長期與寄生體相互作用，成為生物復(fù)合體，并形成自身的生物學(xué)特性。排除了寄生體作用的無菌動物，其生物學(xué)特性又與普通動物形成明顯差別。 壽命比普通動物延長近1/3，產(chǎn)子數(shù)少，而成活率高。 腸壁薄、肌層欠發(fā)達，腸絨毛稀疏、粘膜固有層網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞稀少，腸壁組織胺含量低，腸蠕動弱緩、易患腸套疊，盲腸巨大。動物模型的建立與應(yīng)用：悉生動物第30頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一無菌動物的生物學(xué)特征 胸腺、脾臟和淋巴結(jié)重量輕，淋巴小結(jié)界限不明顯，生發(fā)中心不發(fā)達，淋巴細胞稀少。 血液白

22、細胞總數(shù)、球蛋白、溶菌酶、嗜中性粒白細胞、CO2分壓均低于普通動物，而O2分壓卻較高。心臟較小，心血輸出量明顯低。耗氧量低，肺泡和微血管壁薄。 抗輻射能力強，無腸道菌輻射損傷后的影響。動物模型的建立與應(yīng)用：悉生動物第31頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：腫瘤動物模型 腫瘤動物模型 實驗?zāi)[瘤學(xué)的創(chuàng)立已有近百年的歷史，實驗動物腫瘤模型在腫瘤的病因?qū)W、發(fā)病機理、實驗治療和新抗癌藥物的研究中發(fā)揮了重要作用。實驗動物的腫瘤模型可以概括地分為以下三類： 動物移植性腫瘤 人體腫瘤的異種移植 原位發(fā)生的動物腫瘤第32頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35

23、分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物移植性腫瘤移植性腫瘤的研究最早見于1889年，至今已建立500多個動物移植性腫瘤的瘤株，但常用的只有40余種，國內(nèi)常用的有10余種。目前臨床上所用的抗腫瘤藥物中，大多數(shù)是經(jīng)動物移植性腫瘤治療試驗而篩選出來的，所有在臨床上對人體腫瘤有抑制作用的物質(zhì)，對動物移植性腫瘤均有作用，反之，在動物移植性腫瘤上得到的結(jié)果，經(jīng)常做為藥物臨床試驗的基礎(chǔ)。 第33頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物移植性腫瘤常用動物移植性腫瘤腫瘤名稱 代號宿主 取瘤時間（d） 接種量（ml）艾氏腹水癌EAC KM小鼠或 6-9 0.2（1:1-4

24、） 其他小白鼠肉瘤180 S180 同上 同上 0.2（1:3-4）或 瘤塊(直徑2-3mm)肝癌H22 H22 同上 7-11 同上Lewis肺癌 Lewis C57BL/6小鼠 10-14 0.2（1:1-3）或 瘤塊(直徑2-3mm)第34頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物移植性腫瘤常用動物移植性腫瘤(續(xù))腫瘤名稱 代號宿主 取瘤時間（d） 接種量（ml）黑色素瘤16 B16 C57BL/6小鼠 15-200.2（1:1-3）或 瘤塊(直徑2-3mm)白血病 615 L615 615小鼠 白血病 388 P388 DBA/2小鼠 6-8 0.2（1:3-4）白血病 1210 L1210 同上 同上 同上瓦克氏肉瘤 W256 Wistar大鼠或 同上 （1:3）256 其他大白鼠第35頁，共41頁，2022年，5月20日，15點35分，星期一動物模型的建立與應(yīng)用：動物移植性腫瘤動物移植性腫瘤的特點 模型復(fù)制簡便。接種成活率高，可以同種或同品系動物中連續(xù)移