人类疾病的动物模型及应用.ppt

第七讲,人类疾病的动物模型及应用,第二节 各种实验动物模型的分类与复制,第三节 免疫缺陷动物,第四节 转基因动物,第一节 概述,人类疾病的发展十分复杂，以人本身作为实验对象来深入探讨疾病发生机制，推动医药学的发展来之缓慢，临床积累的经验不仅在时间和空间上都存在局限性，而且许多实验在道义上和方法上也受到限制。要深入探讨人类疾病的发病机制及疗效机制必须借助于动物模型的间接研究，可以有意识地改变那些在自然条件下不可能或不易排除的因素，以便更准确地观察模型的实验结果并与人类疾病进行比较研究，有助于更方便，更有效地认识人类疾病的发生发展规律，研究防治措施。,第一节、概述,概念：人类疾病动物模型（animal model of human disease）指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相关材料。生物医学研究的进展常常依赖于使用动物模型作为实验假说和临床假说二者的试验基础。用人类疾病动物模型是现代生物医学研究中极为重要的实验方法和手段，有助于更方便、有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施。,一.人类疾病动物模型的意义,1.避免了在人身上实验造成危害,动物可作为人类“替难者”，在设计的特定条件下反复观察。,急性和慢性呼吸系统疾病研究时很难重复环境污染的作用，而用动物代替人体做实验对象，就可在人为设计的实验条件下反复观察和研究。因此，复制动物模型，除了能克服在人体研究中经常会遇到的伦理和社会限制外，还允许采用某些不能应用于人体的方法和途径，甚至为了需要可以损伤动物组织、器官或牺牲动物。,2.可提供发病率低、潜伏期长和病程长的疾病资料,白化病 1/1万,白血病2.76/10万,遗传病,免疫性疾病,呼吸系统疾病,内分泌疾病,血液性疾病,遗传性、免疫性、代谢性和内分泌、血液等疾病在临床上发病率较低。研究人员可有意识地选用在动物种群中发病率高的或复制出各种模型进行研究探索，如再生障碍性贫血的发病率较低，可通过不同方法手段复制出模型进行研究。临床上的肿瘤、慢性气管炎、动脉粥样硬化等疾病，发生发展缓慢，潜伏期长，病程长，可达数年以至数十年，在人体很难进行3世代以上的观察，而动物则可进行几十代的观察。,慢性支气管炎,3.增加方法学上的可比性,疾病发生发展,单一病因造模,4.样品易得，分析实验简化,动物模型作为人类疾病的“复制品”，可按所需采集各种样品，及时或分批牺牲动物收集标本，以了解疾病全过程，这在临床上则是难以办到的。一般疾病多为零散发生，难以在同一时期获得一定数量的定性材料，而模型动物则在群体数量和方法条件上能够满足要求，从而能提高实验结果的可比性和重复性。,5.有助于全面认识疾病本质,某些病原体既可以使人致病，也可引起动物感染，即“人兽共患病”。通过对人兽共患病进行比较研究（虽然疾病的发生发展在人和动物之间可能会有很多不同），可以充分认识同一病原体在不同机体内引起的损害，更全面认识该疾病的本质。如动脉粥样硬化的实验，不同动物在血管的结构、病变、-和-脂蛋白的比例以及胆固醇的水平各有不同，这样不仅可以比较一些不同动物病理变化，也可以根据这些不同的变化寻找生化指标与病变形成的关系，把实际工作推进一步。在不同动物实验中发现新问题，提供新的线索。人类疾病动物模型得到重视，仅就1980年Hegreberg和Leathers编著的动物模型一书中，就记载了自发动物模型1289种，诱发动物模型2707种。目前，利用遗传工程技术生产的转基因动物及特殊疾病的动物模型得到大量生产和使用，为医学热点的研究，如心血管、老年病、肿瘤、肝炎、艾滋病提供了好材料。,1、相似性：复制人类疾病模型目的在于从中找出可以推广（外推）应用于人体的有关规律。外推法（Extrapolation）要冒风险，因为人和动物毕竟不是同一种生物，如在动物体内表现无效的药物不等于临床应用无效。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。尽量寻找与人类疾病相同的动物自发性疾病。如：老雌性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，狗的自发性类风湿性关节炎与人类幼年型类风湿性关节炎相似。许多动物疾病模型需要人工加以复制。为了尽量做到于人类疾病的相似性，首先应注意动物的选择，以及临床症状、发病机理的相似性。如小鸡最适做高脂血症的模型，因其血浆甘油三酯、胆固醇及游离脂肪酸水平于人类相似。,二.人类疾病动物模型的复制原则,2、重复性 理想的动物模型应该是规范化和标准化的，能够准确重复再现。为了增强动物模型复制时的重复性，应对影响因素进行严格控制，力求一致。影响动物模型复制的主要因素有动物因素，包括动物的品种、品系、年龄、性别、体重、健康情况；环境因素包括动物的饲养环境、实验环境及条件控制；此外，实验方法步骤、实验者操作技术熟练程度等也起很重要的影响，要求各方面尽量保持一致，因为一致性是重现性的可靠保证。3、可靠性 复制的动物模型要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，具备该种疾病的主要症状和体征，经化验、X光、CT、心电图和病理切片等得到证实。铅中毒可用大鼠做模型，但其本身容易患动物地方性肺炎及进行性肾病，不易确定该肾病是铅中毒所致还是它本身疾病所致。用沙鼠则比较容易确定，因为一般只有铅中毒才会使它出现相应的肾病变。,4、适用性和可控性 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，以利于研究的深入开展。家兔胸腔被纵隔分为互不相通的左右两半，心脏又有心包胸膜隔开,打开心包暴露心脏时，只要不弄破纵隔膜，动物不必做人工呼吸，适于做开胸及心脏实验。选用大小鼠复制细菌性腹膜炎，采用单一的大肠杆菌O111B4比混合菌效果好。有的动物对某一致病因子特别敏感，实验中无法控制，极易死亡，也不适用。如给犬腹腔注射粪便滤液引起腹膜炎，犬很快死亡（8024 h内死亡），无法进行实验治疗观察，而且粪便剂量及细菌菌株不易控制，因此不能准确地重复实验结果。,5、易行性和经济性 复制动物模型时应遵循经济易行的原则。尽管灵长类动物与人类最相似，复制的疾病模型也很相似，但它稀少，价格昂贵，又受动物保护主义运动团体和组织的关注，而且动物伦理和福利方面的要求又很严格，所以实验中多不采用。采用小动物一般也同样能复制出相似于人类疾病的模型，而且它们遗传背景明确，体内微生物可控，模型性状显著且稳定，质量和规格也可任意选择，价廉易得，便于管理。,实验动物的选择是动物模型复制时首要考虑的问题。不同模型的研究目的和要求不同，不同种类实验动物也有其各自的生物学特点和解剖生理特征。为保证能选择最适宜的实验动物来造模，选择动物应遵循以下原则：,三、常用实验动物的选择原则,1、相似性原则：是指利用动物与人类某些机能、代谢、结构及疾病特点的相似性选择实验动物。动物模型复制的目的是利用动物与人类近似的特性通过动物的反应来推断人类的病理和生理进程特点，寻找预防及治疗方法，因此，动物的物种进化程度在选择实验动物时是优先考虑的问题。在可能的情况下，应尽量选择在结构、机能、代谢及疾病特征方面与人类相近的动物来造模。,组织结构：哺乳动物之间有许多组织结构上的相似点，因而其生命功能基本过程也很相似。例：猪，皮肤组织结构与人类相似，其上皮再生、皮下脂肪层、烧伤后的内分泌及代谢特点等也都类似人类，故选用小型猪做烧伤实验研究较为合适。系统机能：许多动物各系统的功能与人类是相似的。例：犬，其具有发达的血液循环和神经系统，毒理方面的反应与人类也比较接近，适于做实验外科学、营养学、药理毒理学、行为学等方面的研究。蛙和蟾蜍：大脑不发达，不能用于高级神经活动研究，但做简单的反射弧实验很合适，且结构简单明了，易于分析。生理特性：两栖类和爬行类是变温动物，因此不适合做提问调节研究；猕猴的生殖生理和人非常接近，月经周期和人一样约28天左右，是研究人类避孕药的理想动物。体液成分：动物的血液性状、粪便、汗和尿液的理化性质、成分构成也大都具有各自的特点。例如尿液的渗透压和酸碱度。,繁殖特性：如家兔的卵巢几乎连续不断地产生卵子，但成熟的卵泡只有经过雄兔交配后才能排卵，因此可选用成年雌兔来诱发排卵，是观察药物对排卵的影响，进行避孕药研究的常用动物。解剖特性：骨骼构成、脏器构成、脏器形态等方面：例，猪的齿式与人类相似；肉食类和草食类动物的肠道长度；鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类的心脏特点，在形态和机能上与人的心脏最类似的是犬。疾病特点：一些带有自发性疾病的动物，可以局部或全部地反映人类类似疾病过程表现，经过遗传育种的方法，可把这种动物培育成疾病的模型动物，以供研究。如，遗传性高血压大鼠、糖尿病小鼠等。突变系SHR大鼠其自发性高血压的变化与人类相似，并伴有高血压性心血管病变。猴对痢疾杆菌敏感，是研究痢疾的最好模型。黑热病地区的家犬也感染利朵曼氏原虫发病，犬当然就成为研究黑热病的最好实验动物。,2、特殊性原则：是指利用不同种系实验动物机体存在的特殊构造或某些特殊反应选择解剖、生理特点符合造模目的和要求的动物。有时这种选择是保证实验成功的关键。恰当地使用具有某些解剖生理特点的实验动物，有时还能大大地减少实验准备方面的麻烦，降低操作难度。,Example：大鼠无胆囊，不会呕吐，不能做胆功能观察或催吐实验。狗、猫、猴等动物呕吐反应敏感，则宜选用。家兔对体温变化十分敏感，宜选做发热、解热和检查热原的实验研究，大鼠、小鼠体温调节不稳定，不宜选用。一般动物可自身合成维生素C，豚鼠则不能合成，因而可用来做Vc缺乏试验。大鼠垂体肾上腺系统功能发达，应激反应灵敏，适于作应激反应和垂体，肾上腺、卵巢等内分泌疾病模型研究。大鼠肝脏的枯否氏细胞90%有吞噬能力，肝脏再生能力很强，切除6070%的肝叶，仍有再生力，适于肝外科实验研究。大鼠对炎症反应灵敏，特别是踝关节对炎症反应更敏感，适于多发性关节炎和化脓性淋巴腺炎的研究，也适于中耳疾病和内耳炎的研究。,不同药物或化合物在不同种系动物上引起的反应有时存在很大差异，如吗啡对家犬、兔、猴、大鼠和人主要作用是中枢抑制，而对小鼠和猫主要作用是兴奋。苯胺及其衍生物对家犬、猫和豚鼠能引起与人相似的病理变化，产生变性血红蛋白，但对家兔则不易产生变性血红蛋白，在鼠则完全不产生。这在选择实验动物时必须注意。不同品系动物，对同一刺激的反应差异很大，在选择时也必须注意。如C57BL小鼠对肾上腺皮质激素的敏感性比DBA及BALB/C小鼠高12倍。DBA小鼠对音响刺激非常敏感，可发生听源性痉挛，而C57BL小鼠却根本不会出现这种反应。实验时应充分了解动物特性，选择敏感性强、对实验结果干扰小的动物品系。,3、标准化原则：是指选择和使用与研究内容相匹配的标准化的实验动物。只有选用经遗传学、微生物学、环境及营养控制的标准化实验动物，才能排除微生物、潜在疾病等因素对造模的影响，使模型具有重复性、一致性和忠实性。,（1）遗传学控制要求选择何种遗传群体动物，应根据不同课题内容而定。近交系动物遗传纯合度高，个体差异小，特征稳定，对实验反应一致性好，实验结果精确可靠。以群体为研究对象的研究课题，如人类遗传学研究，药物筛选和毒性实验中要选择与人群基因型及表现型相似的动物类别，封闭群则更为合适。F1代生活力强，带有两个亲本品系的特性，个体间的遗传型和表型一致，是理想的品系，但价格较贵。（2）微生物控制要求：普通级动物具有价廉、易获得、饲养设施简便、容易管理等特点，但用于研究所获得的实验结果的反应性差，微生物控制难度大，一般用于示教和预实验。清洁级动物：较为常用，适用于大多数科研工作，但趋势是取消。SPF 动物是正常的健康无病模型，可排除疾病或病原的干扰，适用于所有科研实验、生物制品和药品生产及检定，是国际公认的标准实验动物。涉及具有国际交流意义的重大课题，最好选用SPF动物。无菌和悉生动物是一种超常生态模型，非常规实验动物，仅适用于特殊实验目的。如微生物与宿主、微生物之间的关系。,普通动物、SPF动物与无菌动物特点比较 实验项目 普通动物 SPF动物 无菌动物 传染病 有或可能有 无 无 寄生虫 有或可能有 无 无 实验结果 有疑问 明确 明确应用动物数 多(或大量)少数 少数 统计价值 不准确 可能好 好 长期实验 困难 可能好 可能好自然死亡率 高 低 很低 长期实验存活率 约40%约60%约100%实验的准确设计 不可能 可能 可能实验结果讨论价值 低 高 很高,各种实验条件和实验动物品质相匹配：选用与实验设计、技术条件、实验方法等条件相匹配的标准化动物。既要避免高精尖的仪器、试剂、技术方法等与低规格、非标准化、反应性能低的动物相配，又要防止低性能测试手段、非标准化的实验设施等与高级别、高反应性能的动物相配，造成不必要的资源的浪费。这种匹配的协调性反映在生物反应性、实验技术构成、动物品系、体型、年龄、性别、行为特质等。,4、规格化原则：是指选择与模型要求一致的动物规格。由于不同动物对外界刺激的反应存在着个体差异，选择时，除了注意动物的种类及品系外，还应考虑动物的年龄、体重、性别、生理及健康状况等，符合规格，这也是保证造模可靠性和可重复性的一个重要环节。,（1）年龄不同品种和品系的实验动物其寿命各不同，有的以日,有的以月,有的以年计算。如果对犬和小鼠均观察一年，所反应的发育过程是不同的，即使同样是犬，不同的年龄阶段所得的实验数据也不尽相同。所以选用实验动物时，应注意到实验动物之间、实验动物与人之间的年龄对应，以便进行分析和比较。,部分实验动物的年龄对照表,（2）体重：动物的体重与年龄有一定的关系，也可按体重推算年龄，例如昆明小鼠6 周龄时雄性约32g，雌性约28g；Wistar大鼠6周龄时雄性为180g,雌性约160g，豚鼠2月龄体重约400g,日本大耳白兔8月龄时体重约4500g。应注意的是，动物体重除与年龄密切相关外,与动物品种、品系、营养状态、饲养管理等因素有关，不宜笼统对待。同一实验中，动物体重尽可能一致，若相差悬殊，则易增加动物反应的个体差异，影响实验结果的正确性。（3）性别：性别不同对实验的敏感程度可不同。例：大鼠皮下注射0.10.2ml的 30乙醇溶液,雄性动物死亡84，而雌性动物死亡30。有时雌性动物的敏感型较雄性高，如用戊巴比妥钠麻醉大鼠，雌性动物的敏感性是雄性动物的2.53.8倍。又如雌雄小鼠对食盐急性毒性与慢性毒性的敏感性不一致，急性毒性雌鼠较雄鼠敏感，而慢性毒性雄鼠较雌鼠敏感。,（4）生理及健康状况 动物如果怀孕、哺乳等对实验结果影响很大，因此实验不宜采用处于特殊生理状态下的动物进行。如在实验过程中发现动物怀孕，则体重及某些生理生化指标均可受到严重影响,有时应将怀孕动物剔除。动物换毛季节。例：鸡换羽，兔换毛，动物的免疫功能低下。动物的健康状况对实验的结果正确与否有直接的影响。健康动物从外观看，体型丰满、发育正常、被毛浓密有光泽紧贴身体、眼睛明亮活泼、行动迅速、反应灵敏、食欲良好。主要检查项目如下：眼、耳、鼻、皮肤、头部姿势、胃肠道、神经系统等。,5、经济性原则：是指在不影响模型质量的前提下，尽量选用最易获得、最经济、最易饲养管理的动物。选用结构功能简单又能反映研究指标的动物。进化程度高或结构功能复杂的动物模型有时会给实验条件的控制和实验结果的获得带来难以预料的困难。例、果蝇的遗传学研究：生活史短（12天左右）、饲养简便、染色体数少（4对）、唾液腺染色体制作容易等诸多优点。有些模型在动物的使用上没有严格的选择性，但在实际工作中要注意以下几个问题：（1）选择科研、检验和生产上传统使用的实验动物，这是长期以来实践经验的积累，同时也便于同类工作的分析与比较。（2）选择来源容易、价格便宜的实验动物。（3）在缺乏专门技术的条件下，选择温顺、易保持安定的动物。（4）在无完善的检疫条件下，选择抗逆性比较强的实验动物。,第二节 各种实验动物模型的分类与复制,一、实验动物模型分类,（一）按产生原因分类1、诱发性动物模型（experimental animal model）2、自发性动物模型（spontaneous animal model）3、抗疾病型动物模型（negative animal model）4、生物医学动物模型（Biomedical animal model）,1、诱发性动物模型：又称实验性动物模型。定义：使用物理、化学的、生物的和复合的致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些类似人类疾病的功能、代谢障碍或形态结构方面的病变。优点：制作方法简便，实验条件比较简单，其他因素容易控制，短时间内可大量复制。缺点：诱发的疾病模型与自然产生的疾病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。,生物因素,物理因素,化学因素,用细菌、细胞、病毒和寄生虫等作为致病原。,通过机械力（脑损伤、骨折）、温度变化（烧伤、烫伤）或射线复制相应动物模型。,化学致癌剂诱发肿瘤、使用链脲佐菌素复制糖尿病动物模型。,复合因素,如豚鼠慢支用致病菌加寒冷或加SO2。,2、自发性动物模型（spontaneous animal model）定义：指实验动物未经任何人工处置，在自然条件下发生的，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模型。其中主要包括近交系的肿瘤疾病模型和突变系的遗传疾病模型。举例：如自发性高血压和脑卒中大鼠；青光眼兔；自发性糖尿病地鼠；肥胖症小鼠；裸鼠等等。优点：是在一定程度上减少了人为的因素，更接近自然的人类疾病。自发性动物模型应用价值很高，特别是在遗传性疾病、免疫缺陷病、肿瘤等的研究上得到了广泛应用。近几十年来科学界十分重视自发性动物模型的开发。缺点：种类有限，来源比较困难。疾病动物饲养条件要求高，发病率低，发病时间长，若大量使用尚有一定的困难。自发肿瘤模型因动物种系、品种不同，其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异。,3、抗疾病型动物模型（negative animal model）定义：又称阴性实验动物模型，是指特定的疾病不会在某种动物身上发生。从而可以用来探讨为何该种动物对该疾病有天然的抵抗力。举例：如哺乳类动物均感染血吸虫病，而居于洞庭湖流域的东方地鼠却不能复制血吸虫病，因而可用于血吸虫感染的机制和抗病的研究。4、生物医学动物模型（biomedical animal model）定义：是指利用健康动物的生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。举例一：如沙鼠缺乏完整的脑基底Willis动脉环，左右大脑供血相对独立，可用来结扎一侧颈动脉制备脑梗塞、脑缺血模型，是研究脑卒中的理想模型。举例二：鹿的正常红细胞是镰刀形的，多年来一直用于镰刀形红细胞贫血研究。举例三：兔甲状旁腺分布较分散，摘除甲状腺不影响甲状旁腺功能，是摘除甲状腺实验较理想的动物模型。,疾病的基本病理过程动物模型：这类动物疾病模型是指各种疾病共同性的一些病理变化过程的模型。致病因素在一定条件下作用于动物，使动物组织、器官或全身造成一定病理损伤，出现各种功能、代谢和形态结构的变化。这种动物模型的致病因素不是某种疾病所特有的，而是各种疾病都可能共同发生的某些变化，不是某种疾病所特有的一些变化，如发热、缺氧、水肿、炎症、休克、弥漫性血管内凝血、电解质紊乱等疾病的基本病理过程。这类模型是研究疾病机制和药物筛选的理想方法。各系统疾病动物模型：是指与人类各系统疾病相应的动物模型。如心血管、呼吸、消化、造血、泌尿、生殖、内分泌、神经、运动等系统疾病模型，还包括各种传染病、寄生虫病、地方病、维生素缺乏病、物理损伤性疾病、职业病和化学中毒性疾病的动物模型。,（二）按系统范围分类,（三）按模型种类分类 包括整体动物、离体器官组织、细胞株和数字模型(3R原则)。整体动物模型是常用的疾病模型，亦是研究人类疾病常用的手段。,（四）按中医药体系分类 根据中医证分为阴虚、阳虚动物模型、气虚动物模型、血虚动物模型、脾虚和肾虚动物模型等 按中药理论分类有解表药、清热药、泻下药、止血药、补益药等动物模型。,二、各种实验动物模型的复制,（一）心血管系统疾病动物模型1、动脉粥样硬化动物模型 兔、猪、狗、大鼠和鸡等能产生自发或诱导模型，其中以猪为理想的动物。,喂养法,非喂养法,免疫诱发模型 儿茶酚胺诱发模型 半胱氨酸诱发模型 表面活化剂诱发模型 胆固醇-脂肪乳剂诱发模型球囊导管法+高脂饲料,动脉粥样硬化(AS)位原因。据WHO统计，全球每年有超过1600万人死于心血管疾病，占总死亡人数的29.2。,高血脂和动脉粥样硬化动物模型,国外：Gottigen系小型猪我国：西藏小型猪、五指山小型猪或贵州小型猪,2、心肌梗塞动物模型,原 理,正常人心脏示意图,心肌梗塞后心脏示意图,心肌梗塞的范围取决于阻塞动脉的大小和侧支循环的状况。一般来说，左冠状动脉阻塞引起左室侧壁和近心尖的左室前壁、心室间隔前部和前外乳头肌的梗塞；左回旋支的阻塞引起左室侧壁和近心底部左室后壁的梗塞；右冠状动脉的阻塞引起心室后底部、心室间隔后部和房室结的梗塞。,心肌梗塞动物模型,最常用,同时结扎几处冠脉分支，避免结扎冠状动脉主干造成死亡率增高,3、高血压病动物模型（animal model of hypertension）,大鼠正常收缩压波动范围不超过2.0kPa,120150g大鼠,应用最广泛,病理生理不完全相同,根据实验要求进行选择,（二）肿瘤动物模型1、自发性肿瘤动物模型 近年有人应用AKR自发白血病小鼠进行研究，该小鼠出生后一年半内有高于90%的发病率，曾作为研究人体白血病和淋巴瘤的模型，它对药物的治疗反应类似儿童急性淋巴性白血病。2、诱发性肿瘤动物模型 诱发肿瘤因素有很多，包括放射线局部照射、各种化学致癌物、生物毒素、细菌、肿瘤病毒等，都可引起动物实验性肿瘤。3、移植性肿瘤动物模型 将动物或人体肿瘤移植给同种或者异种动物而培育出的模型。（如肝癌移植，见图）,（三）呼吸系统疾病动物模型1、支气管哮喘动物模型（animal model of bronchial asthma）卵白蛋白激发哮喘模型 甲苯二异氰酸甲酯（TDI）导致的哮喘模型 邻苯二甲酸酐（PA）致变应性哮喘模型 血小板活性因子（PAF）诱发哮喘模型,支气管哮喘动物模型,国内外使用最多的模型,防止过度反应，在激发前给动物腹腔注射抗组胺药如美吡拉敏或扑尔敏,2、肺水肿动物模型,原 理,氯甲酸三氯甲酯（俗称双光气）主要作用于呼吸器官，刺激呼吸道感受器，通过迷走神经系统（其作用部位在皮层下），选择性地对肺毛细血管起作用，使肺毛细血管扩张、通透性增加，从而引起肺水肺。有些化学药物和毒气可直接作用于肺毛细血管使其通透性增高，从而发生肺水肿。,肺水肿动物模型,（四）消化系统疾病动物模型1、肝、胆疾病动物模型 胆石症疾病动物模型：狭窄成石法，选用健康成年家兔或犬，在无菌条件下进行剖腹手术，以银夹适度夹住胆囊颈部即可产生部分梗阻，6月后胆囊中有明显结石形成2、胃肠疾病动物模型 幽门螺旋杆菌（Hp）感染动物模型胃溃疡（2005年诺贝尔生理医学奖）,（五）内分泌系统疾病动物模型1、糖尿病动物模型 常用动物有大鼠、兔、犬。,自发性糖尿病动物模型,诱发性动物模型,化学诱发法,病毒诱发法,高糖饲喂诱发法,自发性糖尿病动物模型,诱发性糖尿病动物模型,型糖尿病模型,使用较多,（六）神经系统疾病动物模型 脑出血动物模型、帕金森病动物模型（七）创伤动物模型 1、烧伤动物模型 2、放射性损伤动物模型（八）皮肤疾病动物模型 系统性红斑狼疮（SLE）动物模型（九）传染性疾病动物模型 1、甲型肝炎动物模型 2、乙型肝炎动物模型 3、流行性出血热动物模型（十）造血系统疾病动物模型 1、缺铁性贫血动物模型 2、再生障碍性贫血动物模型 3、白血病动物模型 4、地中海贫血动物模型,定义：免疫缺陷动物（immunodeficient animal):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。组成：免疫系统：免疫器官 免疫细胞 免疫分子意义：免疫缺陷动物和近交系动物一样，是实验动物科学领域的一个里程碑式的事件，有了免缺动物，极大得促进了肿瘤学、免疫学、细胞生物学、遗传学等学科的研究进展。自发现免缺之后，因为其独特的生物学特征成为医学生物学研究的宝贵材料，活的“试管”。在免疫缺陷动物被发现之前，建立人体组织、细胞甚至是器官的动物体内(in vivo)研究模型是比较困难的，而体外（in vitro）研究的结果对于全面反映人体组织、细胞或器官的生理和病理变化情况又远远不够。自从免缺动物出现后，就使体内研究有了良好的整体动物模型，在医学生物学研究中得到了广泛而深入的应用。,第三节 免疫缺陷动物,一.人类肿瘤移植研究的发展回顾1、直接接种动物体内2、接种于免疫抑制或免疫反应迟发部位3、运用辅助手段：免疫抑制剂和射线照射4、手术摘除胸腺或脾脏抗血清应用5、免疫缺陷动物的应用,二.免疫缺陷动物分类1、先天性免疫缺陷动物：a.T淋巴细胞功能缺陷动物：裸小鼠，裸大鼠 b.B淋巴细胞功能缺陷动物：CBA/N小鼠 c.NK细胞功能缺陷动物：Beige小鼠 d.联合免疫缺陷动物：SCID小鼠等2、获得性免疫缺陷动物：猴、小鼠、猫等AIDS模型,研究历史：1、1962年Grist：无毛小鼠，基因符号“nu”2、1966年Flanagan：第11对染色体上等位基因突变3、1968年Pantelouris:组织形态学研究4、1969年Rygaard:世界上首次人癌裸鼠移植成功,一、裸小鼠(nude mouse),主要特征,1.无毛（hairless)、裸体（nude）、无胸腺（athymus）。皮肤色素：BALB/C裸体小鼠为浅红色；C3H裸鼠为灰白色；C57BL裸鼠黑灰色至黑色。2.随着鼠龄增长，皮肤变薄，头颈部皮肤皱褶，发育迟缓。新生小鼠3周后生长明显迟缓，普遍有肝脏疾病，死亡率高，寿命在1526周。3.细胞免疫力低下：无胸腺，仅有胸腺残迹或异常上皮，不能使T细胞正常分化。4.几个免疫学反应特性：混合淋巴细胞反应中无有丝分裂反应、不产生细胞毒效应细胞、对刀豆素A或植物血凝素P无裂原应答；无接触敏感性，无移植排斥。5.NK细胞活性：6-8周龄成年裸鼠高于普通小鼠，而34周龄幼鼠低于普通小鼠。6.粒细胞数量：比普通小鼠数量少。7.B淋巴细胞数量正常但功能发挥有所限制：Ig主要是IgM，只含少量IgG。8.抵抗力差：易患病毒性肝炎和肺炎。SPF或隔离器环境下生存。9.纯合型雌裸小鼠特征：受孕率低，乳腺发育不良。繁殖方法采用雄性纯合子与雌性杂合子交配获得1/2纯合型子代。10.国内常用品系：BALB/C nu/nu,Swiss nu/nu,NC nu/nu11.实验用裸小鼠年龄的选择：48周龄。,应 用,1、组织移植研究：由于裸鼠的免疫缺陷，在一定情况下，不排斥来自异种动物的组织移植。因此可作移植人类恶性肿瘤、其它各类组织（正常或病变）或人工组织的接受体。目前关于肿瘤移植的研究内容大概如下：(1)人癌细胞株致癌性的检测及其裸鼠移植瘤的建立。(2)人癌裸鼠移植瘤的建立及其生物特性的研究。(3)人癌浸润转移调控机理的研究。(4)人癌实验性治疗的研究。(5)肿瘤病因学的研究一化学致癌物质致癌性的研究。,2、裸鼠在微生物学方面的应用：裸鼠由于功能性T淋巴细胞缺损，免疫机能低下，是研究病毒、细菌感染机制的极好模型动物。以往人类麻风杆菌只有背上够九条纹的犰狳（Armadillo）身上才能生长，而这种产于南美等地的动物难于寻找，也不易饲养和操作。裸鼠对麻风杆菌高度易感，感染麻风杆菌裸鼠的病理组织学特征与人的结节性麻风非常相似，这为研究麻风杆菌的生物特性、免疫原性和麻风病发病机理提供了极为有用的实验模型。淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)，病毒经脑内接种于无本病毒感染的正常小鼠，可引起脑膜炎，感染细胞被当作靶细胞而遭到攻击，脑、脊髓内出现明显的细胞免疫反应。但在T 细胞缺陷的裸鼠所见却完全相反，未导致动物死亡，仅出现持续的病毒血症，体内不出现LCMV抗体，也无任何免疫反应。,3、在免疫学方面应用裸鼠能更有效的研究T、B、NK等细胞的功能，曾经发现了T细胞具有胸腺外发育途径。裸鼠不排斥杂交瘤，腹腔内接种可以生长肿瘤，同时产生含高效价抗体的大量腹水，有人用BALB/c品系的裸鼠制备单克隆抗体，所产生的抗体量多于有胸腺小鼠。生物制品(疫苗、菌苗)的安全性和免疫原性是制品必不可少的检查内容，这涉及制品是否有潜在致癌性、感染因子以及它的毒力是否有返祖的可能性。在这些方面裸鼠是很好的实验动物模型和手段。,4、在寄生虫学上的研究和应用 裸鼠已应用于许多寄生虫感染模型的研究，它适于作动物供体。如胸腔内接种卡氏肺囊虫感染裸鼠，感染率高、方法简便，能成功复制出卡氏肺囊虫疾病模型。又如用美洲锥虫（肌型）感染裸鼠，能使裸鼠产生美洲锥虫的慢性感染模型。5、内分泌和老年医学上的应用 在人工摘除胸腺动物，大多数研究可见脑下垂体、甲状腺、肾上腺、性腺等出现异常。有人用无特定病原体环境中的饲料的裸鼠和正常小鼠进行研究，分析3、9、11周龄的雌雄动物的脑下垂体生长激素及甲状腺、肾上腺皮质和性腺的功能，结果发现两者间未见有统计学上的差别。在老年医学的研究上，有人认为裸鼠没有T细胞，容易引起自身免疫现象，皮肤的可溶性胶原（Collagen）也减少，因此认为胸腺、自身免疫、老化三者之间是有关系的。,6、在遗传学上的研究和应用：近代遗传学的迅速发展，在人类已经发现40 余种免疫缺陷与遗传因素有关，很多报导仅介绍了这些疾病的实验室检查结果及临床表现，而有关发病机理则停留在假说阶段，主要原因是由于没有与人类所患的免疫缺陷性疾病相对应的自发性实验动物模型，无法通过患病动物来观察疾病发生与发展的全过程，从而无法阐明其遗传规律。裸鼠的遗传因素，因遗传背景的不同，所表现的细胞免疫反应和实验室检查指标亦各不相同。这些裸鼠种群是研究人类各种免疫缺陷性疾病发病机理和遗传规律的动物模型。7.在临床医学上的研究和应用：裸鼠已广泛应用于基础医学研究，目前,临床医学研究也开始应用裸鼠。内科学、外科学、妇产科学、儿科学、眼科学，尤其是皮肤病学中均有应用裸鼠的不少报道。如神经外科学，利用裸鼠异种移植离断后的神经，观察离体后的神经元的生物学特征。眼科学应用裸鼠眼内注射视网膜母细胞瘤，观察瘤细胞破坏视网膜全过程，研究视网膜屏障与该肿瘤的发生、发展关系，用以指导临床治疗。,二、B淋巴细胞功能缺陷动物:CBA/N 小鼠,起源于CBA/H品系，特点是B淋巴细胞功能减退X染色体连锁隐性突变系，基因符号为：xid对型抗原无反应对胸腺依赖抗原缺乏抗体反应，血清中IgG、IgM水平低下。骨髓移植证实B淋巴细胞功能缺陷T细胞功能正常7.是研究B淋巴细胞的发生、功能和异质性的良好动物模型。8.其病理与人类的Bruton丙球蛋 白缺乏症及Wiskott-Aidsch 综合征相似。,三、SCID（severe combined immunodeficiency）小鼠,1、SCID为隐性突变基因，位于16号染色体上，是C.B-17品系的同源近交系。1980年由美国学者Bosma首先发现，1988年引入我国。2、免疫学特征:外观与普通小鼠无异，体重发育正常。但胸腺、脾、淋巴结的重量一般均不及正常的30，组织学上表现为淋巴细胞显著缺乏。胸腺多为脂肪组织包围，没有皮质结构，仅残存髓质，主要由类上皮细胞和成纤维细胞构成。脾白髓不明显，红髓正常，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，副皮质区缺失，呈淋巴细胞空脱状，由网状细胞所占据。骨髓结构正常。外周血白细胞较少，淋巴细胞占白细胞总数的1020，而正常小鼠应占70。T、B细胞大大减少，细胞和体液免疫功能均缺陷：所有的T和B淋巴细胞功能测试均为阴性，对外源性抗原无细胞免疫及抗体反应。巨噬细胞、NK细胞、粒细胞、巨核细胞、LAK细胞功能均未受影响，呈正常状态。,SCID基因突变的机理：目前认为由于DNA重组过程中VDJ编码顺序的重组酶缺陷，VDJ重组时裂端不能正常连接，而使淋巴细胞抗原受体基因发生异常改变，导致淋巴细胞的分化被阻止在T、B前体阶段，不能分化成功能性淋巴细胞。渗漏（leakage）现象：免疫功能重建(几率15%)。机制不明，可能和DNA修复恢复有关，也可能和后天的抗原刺激有关。血清IgG筛选含量低于31.8g/ml,表明无渗漏现象。人类肿瘤移植成功率远远高于裸小鼠。对鼠肝炎，巴氏杆菌、卡氏肺囊虫极易感染，感染后易发病死亡。必须饲养在SPF环境。寿命可达1年以上，采用scid基因纯合子兄妹交配进行繁殖，窝产仔数35个，离乳率87。,应用：用于免疫细胞功能和分化、异种免疫功能重建、人单抗生产、人类自身免疫性疾病和免疫缺陷性疾病、病毒学、肿瘤学、微生物学、组织工程学等方面的研究。,Example：许多人类寄生虫不能感染其它小鼠，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人类相似，因此是研究人类寄生虫病的新动物模型。对人类肿瘤生物学的研究，SCID小鼠肿瘤移植存活率高达36.9，一般裸鼠为16.8。对白血病和恶性肿瘤不但转移率高，而且能广泛扩散，与人体肿瘤生物学行为极为相似，其侵润和转移与人类肿瘤自发性转移相似。SCID小鼠是研究淋巴细胞分化作用和调控作用的主要模型，也是研究免疫缺陷与自发性淋巴细胞瘤之间关系的主要模型。,SCID-hu小鼠：人源化SCID(humanized SCID)由于SCID小鼠缺乏有效的免疫系统，通过移植人免疫组织或免疫细胞，使SCID小鼠具有了人类部分免疫系统，称为SCID-hu小鼠。,SCID-hu小鼠免疫重建的材料来源：人胚胎组织：胎儿骨髓、胎儿胸腺、胎肝、胎儿淋巴结等成年人骨髓及脾细胞移植人体肿瘤手术标本进行移植，利用其中的肿瘤浸润淋巴细胞进行重建成年人外周血淋巴细胞移植：SCID-hu-PBL模型,具有人免疫系统的小鼠模型的用途十分广泛，其主要用于下列几方面的研究肿瘤学方面：人淋巴细胞可以在SCID-hu小鼠体内生存和增殖，从而使评价各类人淋巴细胞抗肿瘤活性的研究得以在活体内进行。目前已从常规人淋巴细胞移植，细胞因子、抗体等激活的人淋巴细胞移植，特异性效应淋巴细胞移植等多方面开展其抗肿瘤活性的研究，显示了极其活跃的研究态势。SCID-hu-PBL小鼠是迄今最适于进行人体肿瘤生物治疗体内研究的模型。它以最接近于人体的实际状况，而备受人们表睐。近年来应用SCID-hu-PBL小鼠进行的生物治疗研究主要涉及细胞因子和趋化因子的体内抗癌效应。病毒学方面：主要用于HIV、肝炎病毒和致瘤病毒等的致病性、致病机理及抗病毒药物的筛选和疫苗制备的研究。免疫学方面：用于研究人类免疫系统的发育过程及功能，包括疾病如何产生和发展、免疫细胞如何发挥作用等。更为重要的是可以制备人单克隆抗体以解决目前尚不能用人进行的人体内免疫的问题。血液学方面：给SCID-hu小鼠输入人骨髓干细胞，在其循环血液中可使人类各种血细胞得到发育，故可用于研究人类镰刀性贫血、白血病及地中海贫血等。SCID-hu ALL(人类急性淋巴细胞白血病)模型和SCID-hu AML(人类急性髓系白血病)模型是研究人类白血病的良好动物模型。其它医学研究方面移植人肝组织于SCID-hu小鼠，即可用于人肝炎感染的研究，也可进行人肝细胞正常功能的研究，如肝细胞是如何产生胆固醇的研究。糖尿孕妇流产的胎儿组织也可植入SCID小鼠，以解开糖尿病基因组成之谜。,四、BNX小鼠：beige-nude-xid(BNX)，亦称NIH-,BNX小鼠,BNX小鼠比单一T细胞缺陷的裸小鼠及T细胞和B细胞联合缺陷的SCID小鼠在肿瘤学研究中更有应用价值：BNX小鼠建立的肿瘤动物模型具优点：1.成瘤率高，一般可以达到100%；2.成瘤时间早，一致性好，几乎同时成瘤；3.肿瘤大小个体差异小，便于实验分组；4.成瘤实验重复性好，一些即使在裸鼠和SCID小鼠体内重复性差的肿瘤，在BNX小鼠体内也能得到较好的重复性。,NOD-SCID小鼠为T,B和NK三种细胞功能缺陷的动物，它是由SCID小鼠与具有NK细胞功能缺陷、循环补体缺乏、抗原呈递细胞分化及功能不良特点的NOD/Lt品系回交，得到的联合免疫缺陷动物。其免疫力更为低下，因而也更容易接受异种移植。有研究结果