醫(yī)學實驗動物學授課者：李萍電話：688242教學內容一、緒論二、實驗動物遺傳學三、實驗動物微生物和寄生蟲學四、實驗動物環(huán)境學五、實驗動物營養(yǎng)學六、常用的實驗動物七、人類疾病的動物模型八、實驗動物的選擇與應用九、實驗動物福利和倫理學

教材：自編；《醫(yī)學實驗動物學》參考書：

（1）蔣健敏；《實用醫(yī)學實驗動物學》（2）楊萍；《簡明實驗動物學》（3）孫敬方：《實驗動物方法學》

文獻雜志：

（1）《中國實驗動物學報》（2）《中國實驗動物雜志》（3）《中國比較醫(yī)學雜志》第一章緒論第一節(jié)實驗動物學的基本概念和內容第二節(jié)在生命科學研究中的意義和作用第三節(jié)發(fā)展概況第四節(jié)政策與法規(guī)第一節(jié)實驗動物學的基本概念和內容一、基本概念1、實驗動物：指經過人工培育和人工改造，對其攜帶的微生物、遺傳、營養(yǎng)、環(huán)境因子實行控制，來源清楚，遺傳背景明確；用于科學研究、教學、檢定以及其他科學實驗的動物。2、實驗用動物：泛指一切用于實驗的動物，包括要求嚴格的實驗動物、經濟動物、野生動物、觀賞動物等。實驗動物：大鼠、小鼠、豚鼠、兔子、犬等。經濟動物：馬、牛、羊、豬、雞、鴨等。觀賞動物：家犬、家貓等野生動物：鼠、兔、蛇等3、實驗動物學是以生命科學為主體的新興的、獨立的綜合性基礎學科，是研究實驗動物和動物實驗的科學（1）實驗動物：是以實驗動物作為研究對象，專門研究動物的生物學特性、遺傳育種、保種、培育新品種、品系、疾病控制、營養(yǎng)需要等方面的問題，以達到提供標準化實驗動物的目的。（2）動物實驗：是用標準的實驗動物進行各種科學實驗，研究動物在實驗過程中的機能反映，形態(tài)組織變化，研究在動物發(fā)生疾病以及人為制作病理模型中觀察疾病發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律和其他有關技術問題。二、實驗動物學的基本內容：1、實驗動物遺傳育種學2、實驗動物微生物與寄生蟲學3、實驗動物環(huán)境生態(tài)學4、實驗動物營養(yǎng)學5、實驗動物醫(yī)學6、比較醫(yī)學7、動物試驗方法學第二節(jié)實驗動物學在醫(yī)學

研究中的意義和作用一、意義1、是醫(yī)學研究的重要條件進行醫(yī)學生物學實驗研究的條件可概括為AEIR四個基本要素。所謂A是指Animal（動物），E是指Equipment（設備），I是指Information（信息），R是指Reagent(試劑）。2、醫(yī)學發(fā)展與動物實驗的關系回顧醫(yī)學發(fā)展史，不難發(fā)現，許多具有里程碑式成果，往往與實驗動物及動物實驗密切相關。許多諾貝爾醫(yī)學獎中直接涉及動物實驗；如傳染病病原發(fā)現、預防接種、抗生素、臟器移植、腫瘤的病毒病原等。無胸腺裸鼠為人類惡性腫瘤異種移植及體外研究帶來了生機。轉基因動物為創(chuàng)造動物新品系及模型動物提供了最新手段。如超級小鼠。各種模型動物、為人類疾病研究提供了新材料。無菌動物的培育及應用為微生態(tài)學研究帶來了嶄新局面。二、實驗動物在生物醫(yī)學等各領域中應用1、醫(yī)學生物學方面—實驗動物是人類的替難者。2、制藥工業(yè)方面3、生物制品方面4、農業(yè)方面5、輕工業(yè)與食品工業(yè)方面；6、宇航和軍事科學方面第三節(jié)實驗動物學發(fā)展概況實驗動物科學是隨著生物醫(yī)學的發(fā)展逐步形成并發(fā)展的，同時，它作為一門基礎學科，又反過來對生物醫(yī)學以及整個生命科學的發(fā)展起了很大的推動作用。在古代已經啟蒙。一、實驗動物科學的發(fā)展簡史實驗動物科學實際是從16世紀開始的，19世紀50年代以后得到了快速的發(fā)展，并形成為一門獨立的學科。1813年，Bernard用動物研究疾病，創(chuàng)立了“實驗醫(yī)學”。1889年，Nuttall和thierfelder成功培育出無菌豚鼠，解決了生物在無菌條件下能否生存的問題。1928年，Reyniers等使金屬隔離器問世，1957年Trexler又研制出塑料薄膜隔離器，推動了無菌動物工作的發(fā)展.幾項突破性重大研究成果；1、1909年，美國杰克遜研究所所長Little培育出第1株DBA近交系小鼠，從而揭開了現代實驗動物科學的序幕。目前至少有小鼠近交系250個，大鼠近交系111個，地鼠近交系45個，豚鼠近交系14個，家兔近交系20個，雞近交系40個21962-1969年代初，英國醫(yī)師Grist發(fā)現并培育出裸鼠，使腫瘤學、免疫學的研究有突破性的進展。3、1984年，美國有人將大鼠生長激素基因導人小鼠，利用基因工程培育出“超級小鼠”，開辟了基因工程在實驗動物研究開發(fā)中的新途徑。4、1980年美國Jackson實驗室的GeorgeSnell因發(fā)現動物的異體組織和臟器移植中產生排異反應的控制基因—組織相容性基因，獲得了諾貝爾醫(yī)學獎1982年，美國科學家將人的生長素基因和牛的生長素基因分別注射到小白鼠的受精卵中，得到了體型巨大的“超級小鼠”。人們還用同樣的方法，陸續(xù)獲得自然界中從來就不曾有過的“超級綿羊”和“超級魚”等動物。（圖中左側為超級小鼠，右側為一般小鼠）二、我國實驗動物科學發(fā)展概況我國起步較晚，但發(fā)展快。始于20世紀初。1918年北平中央防疫處開始繁殖小鼠，隨后有學者從國外引進小鼠；50年代，為控制消滅傳染病，在全國六大生物制品所和大的科研機構和高等醫(yī)學院校陸續(xù)建立了實驗動物繁殖室；1956年天津醫(yī)學院培育出津白1、津白2、615近交系小鼠；在1978年后，我國的實驗動物科學才真正發(fā)展起來。1982年召開第一屆全國實驗動物工作會議，把發(fā)展實驗動物科學納入國家計劃。1987年中國實驗動物學會成立，同年加入國際實驗動物科學委員會，成為ICLAS的成員國。1988年“實驗動物管理條例”由國家科委發(fā)布施行。衛(wèi)生部頒布了“醫(yī)學實驗動物管理條例實施細則”。1994年國家技術監(jiān)督局發(fā)布了7個中華人民共和國國家標準。200重新進行修訂。三、21世紀醫(yī)學實驗動物科學的發(fā)展趨勢20世紀50年代后,美國首次提出實驗動物標準化20世紀50年代后，伴隨著生命科學技術的進步，促進和形成了實驗動物科學的發(fā)展。1956年聯合國教科文組織與醫(yī)療科學國際組織和國際生命科學會聯合成立了國際實驗動物委員會（簡稱ICLAS)20世紀70年代，由技術上的嚴格要求轉向人道主義的管理，提倡減少、替代和優(yōu)化原則，即3R原則。

減少：Reduction

替代：

Replacement

優(yōu)化：Refinement1、實驗動物科學與分子生物學技術2、實驗動物資源沒開發(fā)與利用3、3R研究4、實驗動物工作管理體系的完善5、培育中國實驗動物市場國家藥監(jiān)局的相關負責人表示，中國將出臺和動物實驗相關的修訂版法規(guī)，改善實驗動物的生存條件，包括盡量減少用于實驗的動物數量、減輕疼痛以及加強實驗后護理工作，并將以“3R原則”為指導。第四節(jié)實驗動物學的政策與法規(guī)一、國外實驗動物學的政策法規(guī)1、國際組織：1956年聯合國創(chuàng)立了國際實驗動物委員會（ICLA），1979年改組成國際實驗動物科學委員會（ICLAS）.2、國外有關法規(guī)（1）有關動物保護和福利的實驗動物管理法規(guī)；（2）有關實驗動物飼養(yǎng)和使用的管理法規(guī)；（3）其他法律法規(guī)；（二）國內實驗動物學的政策與法規(guī)1、國家管理機構；由國家科技部統一管理，各省、自治區(qū)、直轄市科學技術委員會分別主管各地區(qū)工作。2、國家管理法規(guī)

A.實驗動物管理條例（1988）；B.實驗動物質量管理辦法（1997）；C.實驗動物許可證管理辦法（2001）；3、部門規(guī)章和辦法；4、地方管理法規(guī):浙江省醫(yī)學實驗動物管理辦法，浙江省實驗動物管理實施辦法等。思考題：1、什么是實驗動物，2、什么是實驗動物學？3、什么是3R原則？4、什么是AEIR基本要素？5、簡述實驗動物學在生命科學研究中的意義和作用？第二章

實驗動物的遺傳學50年代，Russel和Bruch提出了

動物基因型、表現型和演出型關系模式：動物的基因型（染色體、基因、DNA及構象）在發(fā)育環(huán)境下，產生某種表現型（酶、蛋白質、動物形態(tài)與新陳代謝特征），而這種表現型在周圍環(huán)境的作用下則導致不同的演出型（即生物反應現象）的產生。即現實生活著的動物實際上是遺傳與環(huán)境相互作用的結果。

發(fā)育環(huán)境周圍環(huán)境基因型表現型演出型根據Russel和Bruch理論提出了實驗動物標準化問題。制定了實驗動物標準化的遺傳學控制、微生物學控制、營養(yǎng)控制和環(huán)境控制四項基本措施。實驗動物遺傳學質量控制是實驗動物標準化的主要內容之一。實驗動物標準是指在科研的動物實驗中，對實驗動物和實驗人員規(guī)定的統一技術標準和要求。包括實驗動物質量標準、動物實驗條件標準和動物實驗操作規(guī)范。實驗動物標準化關系到實驗結果的準確性、可靠性及重復性。標準的動物實驗條件提供了良好的實驗環(huán)境和動物營養(yǎng)條件，減少了對實驗結果的影響。規(guī)范的實驗操作可減少人為因素的干擾，保證了動物質量和實驗條件的有效性。國家1994年以來頒布和修改了一系列有關實驗動物的若干國家標準（實驗動物遺傳質量、微生物質量、環(huán)境質量標準等）。第一節(jié)實驗動物遺傳學分類一、實驗動物品種(stock)

、品系(strain)概念1、種（species)種是生物學分類的基本單位，是指可以相互交配，其后代有繁殖能力的一群指定范圍的生物。2、品種、品系品種、品系是實驗動物的基本分類單位，是由一個種繼續(xù)分類得到，但并非動物學上的分類。品種:一般指雜交群動物。如新西蘭兔、青紫藍兔、日本大耳白兔、SD大鼠、ICR小鼠等。品系：通常指基因高度純合的動物，如近交系C57BL/6J、突變系的BALB/c-nu品系。按照實驗動物遺傳學質量控制原理，醫(yī)學實驗動物遺傳學標準中，一般將實驗動物分成近交系、雜交群和遠交系三類。一、近交系動物（inbredstrainanimal)也叫純系動物，是指起源于同一對祖先，其下一代個體通過同胞兄妹或親子間連續(xù)繁殖20代以上，近交系數達到99%以上的動物群體。1、近交系動物特點（1）基因純和性（homozygosity)：在一個近交系內，所有動物的所有基因位點都是純合的，其群體后代是純合子。即同一近交系動物的基因型一致。采用該類動物進行實驗，因隱性基因暴露而影響實驗結果一致性的可能性很小。（2）遺傳穩(wěn)定性（stableheredity)：每一代純合子之間繁殖，下一代位點上的基因組成保持恒定，有利于遺傳性狀長久不變，優(yōu)良性狀得以保持。（3）遺傳同源性（isogenicity)：品系內所有個體的遺傳結構，可追溯到一對共同的祖先，有利于生物學特性比較。（4）品系內遺傳組成和表現型的均一性（uniformity)：由于品系內所有個體與祖先同源，所以全部個體之間的遺傳結構及表現性狀也相同。如血型、組織型、形態(tài)特征等。（5）品系間遺傳組成和表現型的獨特性（identification)：每個品系在遺傳和表型上都是獨特性的。由于在育種過程中，不同基因分配到各個近交系中，并純合固定，因此所形成的不同近交系遺傳結構存在差異，表現性狀也有差別。（6）品系間遺傳概貌可分辯性（identification)：各品系間不同生物學性狀形成的遺傳標記，組成一定的遺傳概貌，以利于動物品系的鑒別區(qū)分。用遺傳學法，可將混合的貌近似的近交系分辨開來。（7）對實驗反應的敏感性(sensitivity)：由于近交衰退，品系某些生理過程中的穩(wěn)定性降低，對外界因素變化，包括實驗刺激更為敏感，增加了近交系動物的靈敏度。（8）資料完整性(completedata)：近交系動物品系多，分布廣泛，各品系間差異大，因此其資料較豐富。另外動物性狀穩(wěn)定遺傳，保存資料有沿用價值。2、近交系動物應用特點（1）動物用量少：近交系動物個體間差異小，對實驗反應一致，可消除雜合遺傳對實驗結果的影響，統計精度高，因此在應用中，只需少量動物即進行重復定量實驗。（2）組織移植：近交系動物個體間的組織相容性高，異體移植不產生排斥反應，因此就成為組織、細胞或腫瘤移植實驗必不可少的實驗動物。（3）制作疾病模型：由于近交，隱性基因純合，其病理性狀得以暴露，可以獲得大量先天性畸形與先天性疾病的動物模型，如糖尿病、高血壓等。這些動物遺傳背景清楚，是進行疾病分子機理研究的理想實驗材料。（4）腫瘤研究：某些近交系腫瘤基因純合，自發(fā)或誘發(fā)腫瘤發(fā)病率上升，并可使許多腫瘤細胞株在活體動物上傳代，成為腫瘤病因學和藥理學研究的重要模型。（5）比較研究：同時使用多個近交系，分析不同遺傳組成對某項實驗的影響，或觀察實驗結果是否具有普遍意義。例如研究同一基因在不同遺傳背景下的作用，或研究不同基因在同一遺傳背景下的功能，3、近交系動物命名：（1）通常以1—4個大寫英文字母表示。如DBA、A等。（2）以阿拉伯數字表示，如129、615等。（3）大寫英文字母和阿拉伯數字合并表示，如C57BL。4、近交系亞系（substrain)：近交系亞系是指一個近交系內某分支的動物，可能由于殘余的雜合基因頻率擴大，基因漂變、污染或突變，導致部分遺傳組成發(fā)生改變，出現新的遺傳性狀，這種性狀經鑒定是有用的，則這部分動物成為該近交系的亞系。近交品系與亞系的差異，僅存在于變異基因上，其他背景基因仍然相同。一般近交系基代遺傳背景越復雜，亞系趨分得越多；代數越早就分支，產生亞系的機會也越多。亞系不能單獨命名，命名是在原品系名稱后加一斜線，斜線后表明亞系符號。符號為培育或生產亞系的單位或個人的英文縮寫名稱，第一個字母大寫，后面的字母小寫。如A/He。5、特殊類型的近交系動物（1）重組近交系(recombinantinbredstrain，RI)：

概念：重組近交系是由兩個無血緣關系的近交系雜交，形成F1代，F1代再互交產生F2代，再將F2代動物分組配對，分別地連續(xù)近交20代以上，即可培育成重組近交系。特點：培育成的不是一個品系，而是一系列近交品系的動物。通常該動物是整系列用來進行實驗。命名：重組近交系由兩個親代近交系的英文名稱或縮寫，中間加大寫英文字母X組成，以“×”連結兩親本品系的代碼，母本在前，父本在后；如C3HXC57BL或C3XB6，AKRXB。（2）同源突變近交系

(coisogenicinbredstrain)：概念：指一個近交系在某基因位點上發(fā)生突變而分離出來的新近交系亞系，該動物與原品系的差異，只是發(fā)生突變的基因位點帶有不同的基因外，其他位點上的基因完全相同，即為同源基因。命名：

在品系全稱后加突變基因符號（用小寫英文斜體）組成，兩者之間以連接號“-”分開。如C57BL／6J-bg。(3)突變（同源）導入近交系(congenicinbredstrain)概念：通過基因導入的方法，將目的基因導入某個近交系的基因組中所形成的新近交系。該新近交系與原近交系僅在一小段染色體上的基因不同，其他背景基因幾乎同源。故又稱同源導入近交系。提供突變基因的供系，可是任何基因型動物，接受目的基因的配系必須是近交系動物。命名：接受導入基因的近交系名稱在前，供給導入基因片段的品系名稱在后，兩者間用英文句號分開（.)。導入基因符號（小寫英文斜體）與供系間以連字符分開（-）。如B6．129-H-2b，表示B6（C57BL／6J）為背景品系，導入基因為H-2b，提供基因的品系為129。

（4）分離近交系（segregatinginbredstrain)概念：分離近交系是在培育近交系的同時，采用一定的繁殖方法，迫使個別基因位點上的基因處于雜合狀態(tài)，其他背景基因與原來近交系相同的近交系。命名：在品系名稱后面加連字符和雜合基因符號組成，如DW-dw/+,表示DW品系在dw位點上的突變基因呈雜合性。（5）基因修飾動物（a）轉基因動物(transgenicanimal)：轉基因動物是通過分子生物學和胚胎技術，將外源性基因導入到背景動物胚細胞基因組中，然后將該細胞移植至母體內，經過發(fā)育而培育成動物。該動物能表達插入基因的性狀，并穩(wěn)定遺傳。廣泛應用于人類疾病模型制備，疾病和藥物作用機理研究等。（b）嵌合體動物(chimericanimal)：嵌合體動物是兩個不同品系的近交系動物，當其受精卵分裂為8個分裂球時，分別從各自母體中取出，將其黏合形成雙倍體早胚，培養(yǎng)至胚囊后移植到寄生寄養(yǎng)母鼠體內培養(yǎng)成動物。廣泛應用于動物細胞和組織的研究。（c）基因敲除動物(knockoutanimal)

:基因敲除動物是在轉基因動物的基礎上發(fā)展起來的基因修飾動物。其原理是根據基因重組技術，將一段外源基因敲除或代替背景動物基因組中某一基因，從而使該基因失活，或用新的性狀代替原性狀。該動物用途與轉基因動物基本一致，但制作時基因能定點敲入，模型制作的成功性較大。（d）克隆動物(cloneanimal)

：克隆動物利用核移植技術，將一個動物的體細胞核，移植到去除核的卵母細胞中，使其發(fā)育生長成個體。該后代由一個細胞復制而成，與親代具有完全相同的遺傳物質，而且克隆出來的動物個體之間，也有完全相同的遺傳結構?？寺游飶V泛應用于生物學和醫(yī)藥研究。(二）遠交系動物(outbreedstockanimal)封閉群動物（Closedcolonyanima)1、概念：遠交系又稱封閉群。是指某個有血緣的群體，在不引進其他品系動物或新血緣情況下，個體間以隨機交配的方式，連續(xù)繁殖4代以所形成的動物種群，稱為封閉群。遠交系動物個體的遺傳結構呈雜合性，而整個動物群體內全部雜合性基因的分布頻率，即遺傳組成在每一代保持穩(wěn)定。雜合性有利于群體攜帶更多的基因，穩(wěn)定性保證群體對實驗反應呈現最大的重復性。為保持遠交系動物的這些特性，必須讓群體封閉繁殖，隨機交配，有足夠大的繁殖種群。2、特點：（1）呈遺傳多態(tài)性：遠交系動物在同一基因位點上，包括更多的等位基因，即具有更高的基因多態(tài)性，表現對更多的外界刺激因子呈現反應。（2）遠交系動物多數基因處于雜合狀態(tài)，所以具有較強的雜交優(yōu)勢，表現為抵抗力強，生產力和生活能力優(yōu)于近交系。（3）對某種特定刺激的反應性及重復性，不及近交系。群體遺傳接近自然種屬特征，具有類似人類群體遺傳異質特征。3、應用（1）用于人類群體遺傳研究，如某個基因的遺傳規(guī)律、基因與疾病的關系；（2）用于盲目篩選性實驗，如藥物篩選試驗、毒性試驗、藥理學實驗等。（3）應用于動物使用量大的實驗，如小鼠實驗、大鼠實驗。（4）應用于統計精度不高的實驗，預實驗，一般實驗及教學實驗。

4、命名（1）以2--4個大寫英文字母組成，如NIH小鼠，ICR小鼠，SD大鼠等。（2）也可在種群名稱前標明培育者或保持者的英文縮寫，保持者與種群名稱之間用冒號分開。如而N：NIH小鼠（表示是由美國衛(wèi)生研究院（N）保存的NIH小鼠）（3）由于歷史原因已廣泛使用，名稱可沿用其原名稱。如：Wistar大鼠等。(三)系統雜交群動物（hybridsanimal)

1、概念是由兩個近交系雜交生育的第一代動物，稱雜交系、雜交F1代動物。嚴格地講，F1代動物不是一個品系或品種。

2、命名：品系×品系F1；例如：C3H×C57BL/6F1。3、特點及應用特點（1）具有雜交優(yōu)勢，避免了近交系存在的近交衰退缺點。（2）具有親代雙親的特點。（3）雜交F1代動物雖表現雜合性，但遺傳組成均等地來自兩個近交系，屬于遺傳均一，基因型相同和表現型一致的動物，在實驗研究中能獲得一致的、可重復的、正確的實驗結果。（4）兩個祖系經過基因重組，出現新的優(yōu)勢性狀和用途，如移植免疫等。（5）F1動物是研究外周血中干細胞的重要材料。F1動物外周血中有大量干細胞，可為相應的研究提供干細胞來源。第二節(jié)