八、动物模型 免疫缺陷动物.ppt

第六章 人类疾病动物模型 姚一康yaoyikang免疫缺陷动物 第二次实验课通知 时间 第一批15 12 313 30 15 50第二批15 12 1013 30 15 50地点 四号楼二楼实验室备注 1 带实验指导 2 穿实验服 3 签到 足球场 六号楼 五号楼 四号楼 三号楼 老红楼 一号楼 新教楼 二号楼 北 哦 还是老地方 15硕士C班 医学实验动物学 实验二 上 安排 13硕士C班 医学实验动物学 实验二 下 安排 实验动物服务领域 1 生命科学研究平台 2 人类疾病动物模型 3 生物制品原料 4 生物监测工具 5 转基因动物生物发生器 6 异种器官移植供体 绪论回顾 第一节 人类疾病动物模型的定义和意义 一 定义人类疾病动物模型 animalmodelofhumandisease 是指医学科学研究中建立起来的模拟人类疾病表现的动物或实验材料 或 在医学研究中 在动物身上建立或形成类似人类疾病的动物 通过动物模型可以直接或间接反映疾病的发生和发展过程 在了解疾病的基础上开创 改进和优化疾病的治疗 二 使用人类疾病动物模型的意义1 避免直接实验可能造成的危险 赫尔辛基 宣言 只有在动物实验的基础上确认有效果 才能以人作为无危害的受试者 2 提供发病率低 潜伏期长和病程长的疾病资料 3 增加方法学上的可比性 4 模型容易得到 制作 如放射性疾病 毒气中毒 烈性传染病 原发性高血压等 三 动物疾病模型具有的特点 动物疾病表现应与人类疾病相类似 动物能重复产生该疾病 最好能在2种以上动物体复制该病 实验动物合格 动物背景资料完整 生命周期要满足实验需要 动物要价廉 来源充足 尽可能选用体型小的动物 如 SHR 自发性高血压大鼠 麻风病模型 犰狳 非洲绿猴 第二节 人类疾病动物模型的分类 一 医学动物模型基本分类 1 诱发性动物疾病模型是指以物理 化学 生物学等致病手段 人为导致动物组织 器官或整体产生病变 成为人类疾病动物模型 即人为地诱发动物产生类似人类疾病模型 2 自发性动物模型是指 不加任何人工诱发 在自然条件下自然产生疾病的动物 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 3 抗疾病型动物模型是指特定的疾病不会在某种动物身上发生 可借以探讨何种因素使动物对该疾病有天然的抵抗力 4 生物医学动物模型是指以动物正常的生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型 二 按系统范围分类 1 反映疾病基本病理过程动物模型是指致病因素在一定条件下作用于动物后 在功能 代谢和形态结构等方面出现的某些共同性改变的动物 2 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 如神经 心血管 呼吸 消化 泌尿等系统疾病相对应的动物模型 A 神经系统 1 大鼠囊状脑动脉瘤结扎大鼠颈总动脉 同时佐以脱氧皮质酮和高渗盐水处理 饲喂含有 氨基丙睛的饲料 复制而成 为研究人类脑动脉瘤与血液动力学的关系 病变的发展及发病机理提供有益的帮助 2 结扎大鼠中动脉的大鼠卒中模型结扎大鼠大脑中动脉 复制中风模型其优点是能产生非致命性的孤立性病灶损害 可提供长期的行为学和生物化学的研究 3 维生素A缺乏引起的兔脑积水模型选用雌性幼兔 饲以限制维生素A饲料 诱发兔脑积水 该模型优点是易复制 易收集胎兔和新生兔的标本样品 通过血清维生素A的监测 可控制血清中维生素A的浓度 有利进行生化和形态学的研究 4 大鼠癫痫模型雌性WISTAR大鼠腹腔注射氯化锂3mmol kg 24小时后按30mg kg体重分3次腹腔注射匹鲁卡品 0 1 每次间隔10分钟 可出现癫痫发作 持续发作1小时后 给予10mg kg安定注射即可终止 B 心血管疾病动物模型 1 动脉粥样硬化兔 大鼠饲以高脂肪 高胆固醇饲料诱发动脉粥样硬化的动物模型 给小型猪饲喂高脂肪 胆固醇饲料诱发动脉粥样硬化病变 其解剖部位 病理特点均与人类相似 有时还伴有心肌梗塞 2 心肌缺血和心肌梗塞 电刺激法 雄性成年免麻醉后 用弱 强刺激 弱为0 8 1 6毫安 强为4 6毫安 交替刺激右侧下丘脑背侧核 复制心肌缺血动物模型 药物法 给大鼠 兔注射异丙肾上腺素 犬静脉给予麦角新硷制备冠状动脉痉挛模型 冠状动脉阻断法 应用大鼠 犬麻醉后 分离冠状动脉套上自制的冠状动脉压迫环 制备心肌缺血和心肌梗死模型 3 自发性高血压大鼠目前 应用最广泛的是日本学者培育的突变系SHR SpontaneousHypertensionRat 大鼠 该鼠自发性高血压的变化与人类原发性高血压相似 并且可产生脑血栓 梗塞 出血 肾硬化 心肌梗死和纤维化等变化 在SHR的基础上 又培育了两个亚系SHRSP和SHRSR 前者出生后 除出现严重高血压外 90 以上患脑卒中 脑出血和脑栓塞 SHRSR则是抗脑卒中的自发性高血压大鼠 而WKY为SHR二品系最好的对照品系动物 WISTAR fromUSA Kyoto Japan YamariSHRWKYSHRSRSHRSPSHRSR抗卒中高血压大鼠SHRSP高卒中高血压大鼠WKY对照品系 4 饮食诱导大鼠高血压模型体重160 180gSD大鼠 饲喂含66 果糖 12 脂肪 22 蛋白质的高果糖饲料 饮水为10 蔗糖水 4周后可诱导高血压 C 呼吸系统 1 慢性支气管炎和肺炎应用SO2 烟雾 甲醛蒸气 辣性气体等制备诱发性猴 兔 大鼠 小鼠的慢性支气管炎动物模型 D 消化系统 1 先天性高胆红素血症模型 已发现非洲啮齿类胃溃疡 地鼠的肝淀粉样变 羊和大鼠的先天性高胆红素血症动物模型 尤其是South downe变种羊 因其先天性肝脏摄取有机阴离子缺陷 胆红素 造成血中未结合的胆红素增高 E 泌尿系统 1 诱发性肾小球肾炎模型 给兔 猫 狗注射异种抗肾血清 细菌抗原与肾组织复合抗原 以及抗原抗体诱发动物肾小球肾炎模型 F 内分泌与代谢 1 手术糖尿病模型 自从德国的WonMening将犬作胰腺全切除术 造成糖尿病后 陆续报道猫 大鼠 兔 猪 猴等切除80 一90 胰腺 并受到高糖饮食刺激后 引起永久性糖尿病 2 遗传性及自发性糖尿病 kk小鼠由日本杂种小鼠交配得来的遗传性糖尿病小鼠 其生物特性类似ob小鼠 属先天遗传缺陷性小鼠 C57BL ks小鼠是一种具有db基因的近交小鼠 其表现多食肥胖及血糖升高 类似人类中年肥胖合并糖尿病 中国地鼠 黑线仓鼠 有50 自发产生糖尿病 属多基因遗传 病鼠耐糖曲线类似人类 型非胰岛素依赖性糖尿病 肿瘤动物模型 1 自发性肿瘤模型 近交系小鼠 129 terSv睾丸畸胎瘤发病率30 AKR淋巴性白血病发病率 76 90 68 90 C3H乳腺癌发病率97 乳汁中有乳腺癌致病因子 BALB c肺癌发病率 29 26 近交系大鼠 F344乳腺癌发病率 41 23 白血病24 甲状腺瘤22 睾丸间质细胞瘤85 LOU C8月龄以上自发浆细胞瘤 30 16 ACI雄性自发肿瘤 睾丸瘤46 肾上腺瘤16 脑肿瘤11 肿瘤动物模型 2 诱发性肿瘤模型 甲基苄基亚硝胺诱发大鼠食管癌 甲基硝基亚硝基胍诱发大鼠腺胃癌 硝基哌嗪等诱发大鼠鼻咽癌 二甲肼诱发小鼠大肠癌 肿瘤动物模型 3 移植性肿瘤模型将人类肿瘤移植到动物体内 经传代后 成活率 生长速度 荷瘤寿命 侵袭和转移等生物学特性稳定 原位移植 肺 肝脏 肾脏 卵巢等异位移植 皮下移植 四 设计动物模型的注意事项 1 尽可能重视 类似于人类疾病 的模型 2 注意选用标准化和实用价值高的动物 生活在标准化的环境内 有清楚的遗传背景和微生物学质量控制标准 具有较强的敏感性 较好的重复性和反应均一性的特点 有严格的饲养规程 易获取大样本实验和观察 3 慎重选用近交系 4 注意环境因素对模型动物的影响 第三节 免疫缺陷动物模型 实验动物遗传学分类回顾 近交系动物 INBREDSTRAIN 封闭群动物 CLOSEDCOLONY 突变系动物 MUTANTSTRAIN 杂交F1动物 HYBRIDANIMAL 杂种动物 MONGRALANIMAL 人类疾病动物模型分类回顾 诱发性动物模型自发性动物模型抗疾病型动物模型生物医学动物模型 一 免疫缺陷动物的定义 免疫缺陷动物是指由于先天性遗传突变 或用人工方法 培育一种或多种免疫功能缺陷的动物 免疫缺陷动物开创了肿瘤学 免疫学 细胞生物学的新的里程碑 二 免疫功能缺陷动物的分类 按免疫功能缺陷的种类常分为 1 T 淋巴细胞功能缺陷动物 裸小鼠 裸大鼠 裸牛 裸豚鼠等 2 B 淋巴细胞功能缺陷动物 CBA N小鼠 Arabin马和Quarter马等马属动物 3 NK细胞功能缺陷动物 Beige小鼠 4 联合免疫缺陷动物 SCID小鼠等人工定向培育的多种免疫功能缺陷动物 基因符号 nu Rnu 基因符号 Xid 基因符号 bg 基因符号 scid 按免疫缺陷程度分为 1 单缺陷动物 裸小鼠 裸大鼠 裸牛 裸豚鼠 CBA N小鼠 Beige小鼠等 2 双缺陷动物 T B淋巴细胞缺陷小鼠 SCID小鼠 等 3 多重缺陷动物 三缺陷动物 三 免疫缺陷动物历史 裸小鼠 19世纪50年代先后发现无毛小鼠 并知其后代也属无毛遗传 1907年Campbell证实无毛性状为隐性突变 1962年Flanagan用全同胞B S近交 Nu Nu 繁殖后代 形成了最早的裸鼠群体 1968年Pantelouris首次报告无胸腺 即先天缺陷T淋巴细胞 至此受到广泛重视 1975年首台无菌隔离器问世 裸小鼠能够正常生长和繁殖 同年 丹麦人Rygaard首次将人结肠癌移植到裸鼠获得成功 1973年起 每隔三年举行一次裸鼠国际会议 后改名为 免疫缺陷动物实验国际会议 四 常见的免疫缺陷动物 1 裸小鼠是指先天性无胸腺 且无被毛的小鼠 简称为裸小鼠 其突变基因为裸基因 符号为 nu 是一个隐性突变基因 位于小鼠的第11号染色体上 目前 此基因已导入到不同品系的小鼠中 常见的有BALB c nu C3H nu C57BL 6 nu等 裸鼠的解剖生理特点 毛囊发育不良 外观上看几乎没有被毛 故称 裸鼠 无毛 无胸腺 仅有胸像残迹或异常的胸腺上皮 故不能分泌胸腺素 不能使T细胞正常分化 而T细胞是移植排异的主要细胞 有较高的NK细胞数量和活性 无胸腺 因为IgG的产生需要T细胞和巨噬细胞的参与 其免疫球蛋白主要是IgM 只有极少量的IgG 自发肿瘤现象罕见 可能与NK细胞的活性高有关 无自发肿瘤 裸鼠易患鼠肝炎和病毒性肺炎 易感染 纯合裸鼠母性极差 且受孕率低 乳房发育不良 通常以纯合雄鼠与带有nu基因的杂合雌鼠 nu nu nu 可获1 2裸鼠 雌性不育 裸鼠需饲养在屏障环境中 生活环境要求高 裸鼠的应用 1 肿瘤学 2 微生物学 3 免疫学 4 寄生虫学 5 遗传学 6 皮肤病 7 临床医学 裸鼠的繁育方式 1 nu nu nu nu 2 nu nu nu 3 nu nu 4 nu nu nu nu nu nu nu nu 近交系裸鼠的保持和生产过程 1 保持原种近交系 B S 2 导入裸基因 3 反复自交 回交 4 约8 10代获得与原近交系背景一致的裸鼠 5 nu nu nu 举例 BALB c BALB c nu 1 BALB cB S 2 BALB c nu nu nu nu 3 反复自交 回交 nu nu 自交 回交 nu nu nu 4 约8 10代后获得与BALB c背景一致的BALB c nu 此时裸鼠繁育采用 nu nu nu 封闭群裸鼠的保持和生产过程 2 裸大鼠1953年 英国科学家首次在大鼠中发现一种外观与裸小鼠相似 只是被毛不像裸小鼠那样全无 通过解剖和免疫学检查发现 无胸腺 缺乏T细胞功能 B细胞功能正常 NK细胞活力增强 繁殖方式与裸小鼠相同 且能接受异种组织和细胞移植 基因符号 Rnu 3 Beige bg 小鼠为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠 bg是隐性突变基因 位于第13号染色体上 纯合的小鼠 bg bg 被毛完整 但毛色变浅 耳廓和尾尖色素很淡 这种小鼠其内源性NK细胞功能缺陷 纯合bg基因降低杀菌活性 bg对化脓性细菌感染非常敏感 对各种病原因子也都较敏感 bg小鼠必须在屏障环境中才能较好的生存 繁殖时可采用纯合子的亲本 4 SCID小鼠SCID小鼠的全称为 重症联合免疫缺陷 SevereCombinedImmunoDeficiencyMice 小鼠 其突变点在16号染色体上 为单基因突变 突变基因符号为 scid 当其纯合时 性状表现为淋巴细胞抗原受体基因编码顺序异常 造成T B淋巴细胞不能分化为特异性的淋巴细胞 目前已有多种不同品系的SCID小鼠 SCID小鼠的生物学特征 外观与普通小鼠无异样 但其胸腺 脾 淋巴结等免役器官的重量不到正常小鼠的30 其胸腺多为脂肪组织包围 没有皮质结构 仅残存的髓质 外周白细胞较少 淋巴细胞仅占总数的10 20 正常小鼠为70 SCID小鼠需在屏障环境 空气洁净度1万级以下 中 方能存活一年以上 其繁殖生产 以近交系繁殖方式进行 产子率和离乳率均低于正常小鼠 5 人工定向培育的多联免疫缺陷型小鼠目前 常见的三种小鼠的三个隐性免疫基因 即NK细胞缺陷的Beige基因 T细胞缺陷的nu基因和B细胞缺陷的Xid基因 可将它们杂交 回交 筛选出T B NK细胞三联免疫缺陷小鼠 这种小鼠对于实验性的肿瘤移植和免疫功能的研究有着