人类疾病的动物模型

第九章 人类疾病动物模型,第一节 概 述一、人类疾病动物模型的定义：人类疾病动物模型（Animal Model of Human Diseases）是指医学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。模拟表现 与人类疾病的相似性实验对象 实验动物及其他动物 相关材料 组织、器官、细胞、基因、蛋白质等,医学研究,人为实验对象法律和伦理,研究材料动态和静态,临床经验积累时间和空间,医学研究,比较医学研究,基础医学研究,临床医学研究,解剖学、组织学、生理学病理学、药理学、毒理学,遗传学、肿瘤学、免疫学病毒学、营养学,外科学、内科学、儿科学妇产科学、五官科学,遗传条件控制,健康条件控制,营养条件控制,环境条件控制,生物学特性,动物模型,6,韦塞留斯（猪、犬）解剖实验哈维（蛙、犬） 血液循环列文虎克（鱼、蛙、鸟）红细胞形态观察,公元前古印度尧舜时期亚里斯多德解剖学和胚胎学埃拉吉斯塔特，活体动物实验，气管肺的功能古罗马,古代,中世纪,近代,现代,巴甫洛夫（犬）条件反射里歇（豚鼠）过敏反应恩德斯（猴） 小儿麻痹疫苗人类试管婴儿,捷纳尔（牛痘疫苗）科赫（牛、羊） 细菌与疾病巴斯德 （狂犬病疫苗）,二、疾病动物模型发展史,21世纪诺贝尔奖,2001年，勒兰德哈特韦尔等，发现细胞周期中的关键调节因子。（酵母和海胆）2002年，悉尼布伦纳（英国）等，发现器官发育和细胞程序化凋亡的遗传调控机理 （线虫）2005年，巴里马歇尔等，发现了幽门螺旋杆菌以及该细菌对消化性溃疡病的致病机理。（幼猪）,21世纪诺贝尔奖,2006年，安德鲁法尔等，发现了RNA干扰机制。（线虫）2007年，马里奥-卡佩基等、突破性发现为“基因靶向”技术的发展奠定了基础（小鼠）2008年，哈拉尔德-楚尔-豪森等，发现了人乳头状瘤病毒（兔） 2009年，伊丽莎白-布莱克本等、解决了染色体在细胞分裂过程中,21世纪诺贝尔奖,是怎样实现完全复制，（四膜虫、酵母） 2010年，罗伯特-爱德华兹在体外受精技术领域做出的开创性贡献。（兔）2011年，布鲁斯-博伊特勒等、发现了免疫系统激活的关键原理。（小鼠和果蝇）2012年， 山中伸弥等因在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献。（小鼠）,二、疾病动物模型发展史,胰岛素和糖尿病,体细胞克隆技术,条件反射,化学诱癌,器官移植,过敏反应,应激学说,试管婴儿,医学成果,NIH（1961）病理培训委员会主办第一次比较病理研讨会 ， 会上首次提出加强开发人类疾病动物模型,FASEB（1968） 人类疾病研究中动物模型选择专题研讨会 ， 会议此后每年举办,ACLAM（1968） 出版生物医学研究的动物模型一书,美国（1972）比较病理注册处开始出版人类疾病动物模型手册，每年增补新内容,Hegreberg等（1982）出版动物模型一览，收集4000余种,日本实验动物学会（19791982） 出版难治疾患模型的动物实验一书,国外进展,齐长庆教授（1918）在原北平中央防疫处开始饲养小鼠；协和医学院（1919） 就有中国地鼠的糖尿病模型；谢恩增教授用地鼠做肺炎球菌的坚定,吴宪教授（30年代）引进Wistar大鼠，开始进行营养食品毒理研究，蛋白质变性学说；李铭新教授（40年代）卵巢颗粒细胞瘤和黄体瘤动物模型,汤飞凡教授（1944）从印度引进Swiss小鼠，并培育成昆明种小鼠；蓝春霖教授（1948）从美国引进金黄地鼠,郭瑶教授（1982）出版人类疾病动物模型，程鸿教授1988）主译出版人类疾病动物模型，徐兆光教授（1988）出版比较医学进展，施新猷教授（2003）出版比较医学等系列书籍,卫生部（1983） 国内共有动物模型241个，瘤细胞株64个，包括糖尿病中国地鼠、侏儒症小鼠、角膜白班小鼠、听源性癫痫大鼠等,国内进展,国内出版的部分动物模型专著,三、使用人类疾病动物模型的意义, 避免人体实验的风险, 简化实验操作和样品收集, 提供发病率较低的疾病材料, 有助于更全面地认识疾病本质, 便于材料的获取与比较,医学研究,与人类疾病相似程度高而全,标准化动物生物学特性,复制条件与实验结果经典型模型非经典型模型,比较医学原则,四、人类疾病动物模型评价原则,相似性,重复性,可靠性,医学研究,法律和法规尊重动物权利,减少、替代及优化方法,降低应激伤害约束行为方法,福利及3R原则,四、人类疾病动物模型评价原则,动物福利,动物伦理,3R,医学研究,实验条件易控建模时间短实验耗费少实验结果理想,操作技术简单实验结果理想适用范围广泛,整体实验条件控制原则,四、人类疾病动物模型评价原则,经济性与可控性,易行性与适用性,小鼠大鼠豚鼠兔犬非人灵长类,实验动物经济动物 观赏动物 野生动物,五、 人类疾病动物模型分类（一）按产生原因分类1. 诱发性动物模型(Induced animal model)：指通过物理、化学、生物等致病因素人工诱发动物产生某些类似人类疾病的模型。优点：制作方法简单，时间短，实验条件单纯，容易控制缺点：可比性差，有局限性应用：广而多,2. 自发性动物模型（Spontaneous animal model）指动物自然发生的疾病或由于基因突变的异常表现通过定向培育而保留下来的疾病模型。优点：与人类疾病较为接近，人为因素小，可比性强。缺点：制作费时，专业性强，实验条件复杂，不容易控制，种类少。应用：逐渐增多,3. 抗疾病型动物模型（Negative animal model）：指特定的疾病不会在某种动物身上发生。借助此种模型可探讨动物对某种疾病为何有天然的抵抗力。东方田鼠的血吸虫感染4. 生物医学动物模型（Biomedical animal Model）：指动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。长爪沙鼠缺乏基底动脉环研究中风模型,（二）按系统范围分类1疾病基本病理过程动物模型：指致病因素在一定条件下作用于动物后所出现的共同性的功能、代谢和形态结构某些改变的动物模型。共同表现：主要是发热、炎症、休克、呕吐、腹泻、电解质紊乱等基本病理变化2各系统疾病的动物模型：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、泌尿等系统疾病相应的动物模型。,3.中医证候动物模型指利用祖国传统医学的独特理论体系“辨证论治”，在实验动物身上复制临床不同的证候，以不同的证型表现出来具有中国特色的动物模型。按中医证分类如阳虚、阴虚、气虚、脾虚、肾虚、血虚、血瘀、寒证、热证等动物模型按中药理论分类如清热药、泻下药、理气药、祛风湿药、活血化瘀药等动物模型,（三）按模型种类分类1.整体动物模型 分组试验，血液、尿液、组织、器官（病理、生化、血压、心率等）指标2.组织细胞动物模型 离体组织和细胞实验、体外培养与实验3.分子动物模型 染色体、DNA、蛋白质、基因,六、疾病动物模型的致病因素,物理因素,复合因素,化学因素,手术因素,机械力、温度、放射线等,几种因素合并诱发,外科手术器官移植,生物因素,细菌病毒寄生虫,化学药物（致癌、中毒等）,诱发因素,六、疾病动物模型的致病因素,自发因素,自发性疾病,基因突变,疾病散发,数量不够,难以认识,个体突变,定向培育,性状验证,一、诱发性肿瘤动物模型(Animal Models Of Induced Tumor)指应用各种致癌因素（如化学、物理、生物等物质）在实验条件下诱发动物发生肿瘤的动物模型。,（ 二、自发性肿瘤动物模型（Animal Models of Spontaneous Tumor）指实验动物在自然情况下未经任何有意识的人工处置所发生的肿瘤。,肿瘤动物模型是肿瘤学研究领域常用的实验平台，也是肿瘤临床和基础研究工作中不可替代的重要工具。,三、移植性肿瘤动物模型（Animal Models Of Transplantation Tumor）是指把动物或人的肿瘤移植到同系、同种或异种动物体内，并能在受体动物体内继续传代和生长的肿瘤。,四、转基因肿瘤动物模型(Animal Models Of Transgenic Tumor)是指通过重组DNA技术将外源肿瘤基因或相关基因导入动物染色体基因组，使之稳定表达并能遗传给后代的一类肿瘤动物模型。,第二节 肿瘤动物模型,一、诱发性肿瘤动物模型,1.经口给药法 将致癌物溶于饮水或以某种方式混合于动物饲料中，自然喂养或灌喂动物。2.注射法 将致癌物溶于可溶性液体或悬浮于适宜的载体内，经各种途径注入动物不同部位。3.涂抹法 将致癌物涂抹于动物的背侧和耳部皮肤的方法。4.气管注入法 将颗粒状致癌物制成悬浮液直接注入动物气管内5.穿线法 将致癌物置于无菌试管内，加热使致癌物升华，吸附于预制的线结上，然后将含有致癌物的线结穿入动物的靶器官或靶组织内。6.埋藏法 将致癌物包埋于动物皮下或其它组织内，或将经致癌物作用过的细胞、组织、器官移植于同种或同品系动物皮下。,一、诱发性肿瘤动物模型,优点制作方法简便，实验时间短，较易人为控制。 形成的癌变率远高于自然发病率，恶性程度相对也高，更易利用诱发的肿瘤组织建立相应的肿瘤细胞系和移植性肿瘤动物模型。较短的时间内可以大量复制，能基本模拟人体癌变发生的过程，在肿瘤实验研究中优于自发性肿瘤。缺点与人体肿瘤在发病机制和肿瘤的内在特征方面有所不同，有些人体肿瘤目前尚难以用人工方法诱发。 模型成功率多数达不到100%，肿瘤潜伏期个体差异较大，不易同时获得病程或瘤块大小较均一的动物；诱发的肿瘤组织浸润和转移能力较低。研究应用目前受到环境保护的限制。,二、自发性肿瘤动物模型,优点 自发性肿瘤的发生条件接近于自然，基本再现了肿瘤发生、发展的全过程。可以了解和掌握遗传因素在肿瘤发生上的作用，也有可能发现人类以前未知的致癌因素。动物自发性肿瘤在组织发生、病理形态学特征、临床症状和转归方面，都与人类肿瘤相似。实验结果更有利于外推于人，也是移植性肿瘤研究的主要组织材料来源。缺点大多数自发性肿瘤的发生情况参差不齐，很难在短时间内获得大量病程相似的肿瘤材料。肿瘤生长速度较慢，实验周期相对较长，实验耗费较多。自发性肿瘤动物模型很少用于肿瘤药效学研究。,优点移植性肿瘤可供选择的细胞系或细胞株较多，这些细胞的生物学特性比较明确，背景资料也比较清楚。个体差异相对较小，接种成活率较高，宿主的荷瘤寿命比较接近，易于客观判断实验结果。移植瘤可进行连续传代，模型重复性好，实验周期通常较短。移植性肿瘤模型应该满足以下基本要求：即模型来源可靠及生物学特性明确、操作方法简便、实验周期合适、成瘤率高、具有可重复性、易于推广应用等。缺点肿瘤生长速度快，增殖比率高，体积倍增时间短，与人的实体瘤差别很大。,三、移植性肿瘤动物模型,优点小鼠基因与人类基因95以上同源，目前已建立的各种转基因肿瘤动物模型均以小鼠为主。外源肿瘤基因导入整合效率较高，不需要载体，直接转移外源基因。 转基因肿瘤模型与自发性肿瘤模型的肿瘤发生发展过程相似，与临床人类肿瘤的相关性较好。 缺点外源肿瘤基因的整合位点和整合拷贝数都无法控制，易造成宿主动物基因组的插入突变，引起相应的性状改变；实验周期较长，肿瘤发生参差不齐，实验成本较高。部分品系的转基因肿瘤动物繁育能力较低，纯合子不易存活，使得动物的保种传代工作难以进行。,四、转基因肿瘤动物模型,心肌炎动物模型 病毒感染，实验条件心肌梗死动物模型冠状动脉结扎，手术条件限制高血压动物模型 自发和诱发动脉粥样硬化动物模型 高脂饲料,心血管疾病动物模型,精神抑郁症动物模型 遗传、家庭、社会因素等，复制时间长，评价标准老年痴呆症动物模型 遗传、家庭、社会因素等发病条件，复制时间长，评价标准帕金森病动物模型 6-羟多巴胺，注射点，评价方法,神经系统疾病动物模型,糖尿病动物模型 自发和诱发 高黏血症动物模型 高脂饲料，化学药物（环磷酰