高级动物生理学 6人类疾病动物模型xiugai课件

人类疾病动物模型一、人类疾病动物模型定义

是指医学研究中建立的具有人类疾病表现的动物实验对象和相关材料。

使用动物模型是现代科技中一种便于认识生命科学客观规律的实验方法和手段。人类疾病的动物模型的研究，实质上是生物比较医学的应用科学。二、应用动物模型的意义应用动物模型的意义主要表现在如下几个方面：1.避免人体实验造成的危害和伦理问题动物可以作为人类的替难者，可在人为设计的特定实验条件下反复实验研究。使用动物模型除了能克服在人类研究中经常遇到的伦理和社会道德限制外，还能采用某些不能应用于人类研究的方法和途径，甚至为了实验目的需要还可以损伤动物组织、器官以至处死。2.应用动物模型可研究平时不易见到的疾病平时临床很难见到放射病、毒气中毒、烈性传染病、战伤等疾病，根据实验要求能复制该疾病的动物模型，供研究使用。4.克服复杂因素，增加方法学上的可比性

临床上许多疾病是十分复杂的：病人并非患有一种疾病，有的几种疾病同时并存，即使某单一疾病，由于病人的年龄、性别、体质、遗传以及社会因素对其疾病发生发展都会有影响，产生不同的效果。而用动物复制的疾病模型，就可以选择相同品种、品系、性别、年龄、体重、健康状态以及在相同的环境因素内进行观察研究，这样对该疾病及其发展过程的研究就可以排除其他影响因素，使得到的结果更加准确，也可单一变换某一因素，使实验研究的结果更加深入，增加了因素的可比性。5.样品收集方便，实验结果易分析

动物模型作为研究人类疾病的“代替品”，便于实验操作人员按时采集所需各种样品，及时或分批处死动物收集样本，以便更好地了解疾病过程，完成实验目的，这点在临床是不易办到的。6.有利于更全面地认识疾病的本质

有些病原体不仅引起人类发生疾病，也可引起动物感染，其临床表现各有特点，通过对人畜共患病的比较，可观察到同一病原体在不同的机体引起的损害，更有利于全面地认识疾病的本质。三、人类疾病动物模型的设计原则

成功的动物模型常常依赖于最初周密的设计，动物模型设计一般应遵循下原则。1．相似性动物模型应尽可能近似人类疾病，最好能找到与人类疾病相同的动物自发性疾病。如大鼠自发性高血压就是研究人类原发性高血压的理想动物模型；小型猪自发性冠状动脉粥样硬化就是研究人类冠心病的良好动物模型：自发性狗类风湿性关节炎与人类幼年型类风湿性关节炎十分相似，同样是理想的动物模型。与人类疾病完全相同的动物自发性疾病不易多得，往往需要研究人员加以复制，为了尽量做到与人类疾病相似，首先要在动物选择上加以注意；其次是复制动物模型实验方法上不断探索改进；另外在观察指标等方面都应加以周密的设计。

2.重复性理想的动物模型应该是可重复的，甚至是可以标准化的。例如用一次定量放血法可百分之百造成出血性休克，百分之百死亡，这就符合可重复性和达到了标准化要求。又如用狗做心肌梗死模型照理很合适，因为它的冠状动脉循环与人相似，而且在实验动物中它最适宜做暴露心脏的剖胸手术，但狗结扎冠状动脉的后果差异太大，不同狗同一动脉同一部位的结扎，其后果很不一致，无法预测，无法标准化。相反，大小白鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的后果就比较稳定一致，可以预测，因而可以标准化。4．适用性和可控性设计复制人类疾病动物模型，应尽量考虑今后的临床应用和易于控制其疾病发展过程，以便于开展研究工作。例如雌激素能中止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能中止人的妊娠，因此选用雌激素复制大鼠和小鼠的中止早期妊娠动物模型是不适用的；用大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的避孕药物时也会带来错误的结论。又如选用大鼠和小鼠复制实验性腹膜炎也不适用，因为他们对革兰阴性菌具有较高的抵抗力，不易形成腹膜炎。有些动物对某致病因子特别敏感，极易死亡，不好控制也不适宜复制动物模。四、动物模型的评估疾病模型研究结果的可靠程度取决于模型与人类疾病的相似或可比拟的程度。1.应再现所要研究的人类疾病，动物疾病表现应该与人类疾病相类似；2.动物能重复产生该疾病，最好能在2种动物体复制该病；3.动物背景资料完整，实验动物合格，生命周期要满足实验需要；4.动物要价廉、来源充足、便于运送；5.尽可能选用小动物。优点：制作方法简便，实验条件比较简单，其他因素容易控制，短时间内可复制大量的动物模型不足之处：诱发的与自然产生的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。2.自发性动物模型：指不加任何人工诱发，在自然条件下动物自然产生的疾病，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。突变系的遗传性疾病很多，可分为代谢性疾病、分子性疾病、特种蛋白合成异常性疾病等，如裸鼠等。近10多年科学界十分重视自发性动物模型的开发，如与人类疾病相似的心脏病的加拿大犬；与儿童碳水化合物、氨基酸代谢失调相似的猫；自发性高血压和脑中风大鼠；青光眼兔；自发性糖尿病地鼠；肥胖症小鼠；裸鼠：肺癌、淋巴肉瘤、白血病等等。优点：在一定程度上减少了人为的因素，更接近自然的人类疾病，其应用价值很高，特别是遗传性疾病、免疫缺陷病、肿瘤等得到广泛应用。缺点：目前所发现的种类有限。近交系的肿瘤模型因实验动物种系、品种不同，其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异。而且疾病动物饲养条件要求高，需要一定的时间，操作技术性能强，尚不能普遍应用。必须指出，以上两种动物模型各有其优缺点。事实上很多疾病可用不同方式获得。例如已知有不少自发性肿瘤模型，也可用各种致癌剂诱发产生肿瘤模型。值得注意的是它们在发病机理和疾病内在特征方面存在着各自的特点。如自发性肿瘤和诱发性肿瘤对药物的敏感性有明显区别。此外，大部分自发性动物模型是通过人为定向培育而成的，毕竟不同于人类自然发病情况，因此，自发和诱发模型所具有的优缺点只是相对的。对使用者来说，最重要的是所选择的模型究竟能否达到研究目的。1.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，所出现的共同性的功能、代谢、形态结构某些改变的动物模型。如发热（是各种病原生物感染所致，若给动物注射内毒素或异性蛋白可使动物体温调节中枢功能障碍而引起发热）、炎症、休克、电解质紊乱等。这类动物模型是研究疾病机理和药物筛选理想的方法。（二）按系统范围分类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（大鼠囊状脑动脉瘤）、心血管（小型猪动脉粥样硬化、SHR大鼠）呼吸（慢性支气管炎和肺炎）、消化（先天性高胆素血症、小牛轮状病毒性肠炎）泌尿、内分泌与代谢（糖尿病：手术、化学物质损伤胰岛细胞、激素诱发和遗传性及自发性模型）等。4.免疫缺陷动物模型：

分类：T淋巴细胞功能缺陷的动物（裸小鼠、裸大鼠）B淋巴细胞功能异常的动物（CBA/N小鼠）其他免疫细胞功能缺陷动物（Beige小鼠、无齿大鼠）联合免疫缺陷动物（Scid小鼠）

特点：裸小鼠的主要特征表现为无毛、裸体和无胸腺。T淋巴细胞功能缺陷,B淋巴细胞功能正常，抵抗力差，易患病毒性肝炎和肺炎，对饲养、繁殖条件要求严格，需要SPF环境。国内常用品系:BALB/C-nu/nuSWISS-nu/nuNC-nu/nu注：接种肿瘤实验一般采用4-8周龄。人体肿瘤裸鼠移植成功的影响因素人体肿瘤细胞本身的特征（分化程度低、复发性肿瘤及转移瘤的移植成功率高，恶性程度与移植成功率大致呈正相关。）裸鼠免疫功能状态(X射线照射/免疫抑制剂处理可使白血病、恶性淋巴瘤移植成功）裸鼠背景（人类消化道肿瘤生长与之有关：在CBA/N-nu、NSF/N-nu、NIH（S）-nu生长迅速）移植部位和途径（皮下、肌肉、腹腔、脑内）激素和宿主性别（激素依赖性肿瘤如乳腺癌、子宫及肺的肿瘤和骨的肿瘤，在裸鼠最难移植成功）鼠龄（3-4周龄NK细胞活性较低，6－8周龄NK细胞活性较普通鼠高。接种肿瘤实验一般采用4-8周龄。）裸鼠的健康及洁净状况严重联合免疫缺陷小鼠（SEVERECOMBINEDIMMUNEDIFICENCYMICE）

SCID为一隐性突变基因，定位于16号染色体上，纯合小鼠（SCID/SCID）T、B细胞大大减少，细胞和体液免疫功能均缺陷，但巨噬细胞和NK细胞功能未受影响。广泛应用于免疫细胞分化和功能的研究、异种免疫功能重建、人类自身免疫性疾病及免疫缺陷性疾病、病毒学及肿瘤学的研究。转基因动物模型转基因动物：染色体基因组中整合有人工导入的外源基因或特定DNA片段并能将其遗传给后代的一类动物。分类：

(1)转基因小鼠(transgenicmice）(2)基因敲除小鼠(geneknockoutmice）(3)基因替换小鼠（geneknockinmice）六、影响动物模型因素（一）致模因素（二）动物因素（三）实验技术因素季节、时间、麻醉、手术技巧、接种途径、对照组（四）环境因素和营养因素（一）致模因素对动物模型复制的影响：

致模因素的剂量及在相关动物上的反应影响动物模型的复制。

因此造模时应注意：1、致模因素的选择2、致模因素的剂量3、致模因素与模型的相关信息（二）动物因素对动物模型复制的影响

1、动物种类的影响2、动物品系的影响3、年龄和体重的影响4、性别因素的影响5、生理状态和健康因素影响1.动物种类的影响：

不同种的动物存在许多不同的特点，动物种类选择不当将影响动物模型的复制。如：

2.动物品系的影响：

同种不同品系的动物对致模因素的反应不一致。如：3.年龄和体重的影响：

动物的寿命差异较大，解剖生理特征和反应随年龄而明显变化，一般幼龄动物比成年动物敏感，应根据实验要求，选择相应年龄的动物复制模型（健康动物年龄与体重有相关性）。4.性别因素的影响：

同种、同品系，不同性别的动物，对某些反应不一致。如：5.生理状态和健康因素影响:

动物处在不同的生理状态和不同的健康状况对致模因素的反应差异很大。如：肝功能衰竭动物模型，不能选用患严重球虫病的家兔，因球虫病影响肝功能。

(三)

实验技术因素对动物模型复制的影响

1、实验季节

不同季节，动物对某些反应可能不一致，对跨季节的动物模型实验可能产生影响。如：

2、昼夜不同的影响

实验动物的体温、血糖、基础代谢的、内分泌等随昼夜的不同呈有节律的变化，在复制模型时要注意昼夜不同对模型的影响。3、麻醉深度的影响

不同的麻醉药、剂量对动物麻醉效果有差异，这种差异会影响模型的复制。4、手术技巧的影响

手术熟练，将减少对动物的刺激，损伤和出血能提高模型的成功率。5、实验给药的影响

给药途径、剂量和熟练程度不同会对造模产生影响。6、对照组对造模的影响

对照在造模实验中十分重要，是检测模型是否成功的重要手段。（四）环境、营养因素对复制动物模型的影响营养因素对复制动物模型，特别是长期实验，影响显著，应予以重视。如采用国家标准饲料则问题就会解决。造模过程中应注意给水量充分和给予符合卫生标准的饮水。环境因素是影响造模及其实验结果的重要因素，居住条件、饲料、营养、光照、噪声、氨浓度、温度、湿度、气流速度等任何一项都不容忽视。七、常用动物模型的复制肿瘤动物模型神经系统疾病动物模型呼吸系统疾病动物模型消化系统疾病动物模型心血管系统疾病动物模型泌尿、内分泌系统疾病动物模型“人类疾病动物模型复制方法学”，姚明主编，上海科技文献出版社，2008年1月出版，128元一、肿瘤动物模型自发性肿瘤动物模型诱发性肿瘤动物模型移植性肿瘤动物模型(一）自发性肿瘤动物模型：实验动物未经任何有意识的人工处置，在自然情况下发生肿瘤所形成的模型。多来自于近交系动物。A、C3H乳腺癌C58、AKR自发性白血病（二）诱发性肿瘤动物模型：用致癌因素在实验条件下诱发出动物肿瘤所形成的模型。由于诱发因素和条件可人为控制，诱发率远高于自然发病率，故在肿瘤实验研究中较自发性肿瘤动物模型更为常用。致癌因素主要有化学性、物理性及生物性致癌物。常用的动物以哺乳类啮齿动物的使用最多、应用最广，包括各种大鼠、小鼠、豚鼠等。1.诱发方法：原位诱发、异位诱发原位诱发是指将致癌物直接与动物靶组织或靶器官接触而诱发该组织或器官发生肿瘤，接触方法可通过涂抹、灌注、喂养或埋置等。异位诱发是将与致癌物接触后的动物组织或器官埋置于该动物或另一正常动物皮下而产生该组织或器官的肿瘤。

在进行诱发动物肿瘤的实验，必须注意适当选择致瘤方法、动物种系、致癌物种类与溶剂、给药剂量与途径及观察时间等。应尽量简便易行，有较好的重复性，并利于与人肿瘤比较研究；选择对所用致癌物很敏感的方法和种系。致癌物的剂量应能保证动物存活率较高、诱发期较短而又可诱发较高频率的肿瘤。给药基本方法和途径有口服、注入、埋藏和涂抹等方式。（1）涂抹法：将致癌物涂抹于动物背侧及耳部皮肤，主要用于诱发皮肤肿瘤（如乳头状瘤、鳞癌等）。常用于此法的致癌物有煤焦油、3，4-苯并芘及20-甲基胆蒽等。（2）经口给药法:本法将化学致癌物溶于饮水或以某种方式混合于动物食物中自然喂养或灌喂动物而使其发生肿瘤。诱导食管癌、胃癌和大肠癌等肿瘤常用此方法。（3）注射法:注射法是将化学致癌物制成溶液或悬浮物，经皮下、肌肉、静脉或体腔等途径入体内而诱发肿瘤。本法亦很常用，其中皮下和静脉注射又最常用。（4）气管灌注法:常用于诱发肺癌。将颗粒性致癌物制成悬乳液直接注入或用导液管注入动物气管内。多使用金黄地鼠和大鼠为实验动物。（5）埋藏法:将致癌物包埋于皮下或其它组织内，或将经致癌物作用过的器官、组织移植于同种或同种系裸鼠皮下进行肿瘤的重复实验。

（6）穿线法:适于将多环芳烃类致癌物直接置于某特定部位或器官，如宫颈、食管和腺胃等部位。方法是将定量的致癌物放置于无菌试管内，加热使致癌物蒸发，趁热吸附于预制的线结上；将含致癌物的线结置于靶器官或靶组织而诱发肿瘤。（三）移植性肿瘤动物模型使一群动物同时接种同样剂量的瘤细胞，生长速率比较一致。个体差异较小，接种成活率接近100％，能长期保留供试验用。试验条件易于控制等。实体瘤移植腹水瘤移植（四）常见肿瘤的动物模型1.肺癌（1）二乙基亚硝胺（DEN）诱发小鼠肺癌模型：每周皮下注射1％DEN水溶液一次。观察时间为100d左右。其发生率约40％。若将DEN总剂量增到1176mg时，半年诱发率可达90％以上。（2）乌拉坦诱发肺多发性肿瘤模型：腹腔注射10％乌拉坦生理盐水液0.1ml～0.3ml，间隔3～5d，共注射2～3个月，共每只动物用量约100mg。观察3个月，诱发率可达100％。（3）气管灌注致癌物诱发肺癌模型：向气管内注入苯并芘、硫酸胺气溶胶或甲基胆蒽等物质。常用的有：①猴气管内灌注3，4-苯并芘氧化铁的混合液，每周一次，共10次，可诱发肺鳞状细胞癌。②大鼠吸入硫酸胺气溶剂可诱发肺腺癌。

2．鼻咽癌（1）二甲基胆蒽（DMC）诱发大鼠鼻咽癌模型：将结晶DMC置于有孔锥形塑料管中，将塑料管尖端长期留置鼻咽腔。DMC循环小孔缓慢溢出，至半年以上，取出。诱发率可达60％以上。（2）二乙基亚硝胺（DEN）滴鼻法诱发大鼠鼻咽癌：用磨平针尖的8号针头从鼻孔插入大白鼠（体重120g左右）咽腔部，经注射器灌注1％吐温-80新配的33.3％DEN混悬液0.02ml，每周1次，共15～20次。3．食管癌（1）甲基苄基亚硝胺（MBNA）诱发大鼠食管癌模型：喂养Wistar大鼠（体重100g以），3个月左右可诱导食管癌。可用0.2%或0.005%MBNA水溶液给大鼠经口灌喂，每天1次（1mg/kg体重），经11个月可使诱发率达53％。（2）二烃黄樟素诱发大鼠食管癌模型：将二烃黄樟素加入大鼠饲料中喂养大鼠，诱发率达20％～75％。4．胃癌（1）甲基胆蒽（MC）诱发小鼠胃癌模型：线结法进行。小鼠（体重20g左右）腺胃粘膜面穿挂含MC的线结。埋线后4～8个月可成功地诱发胃癌。MC的浓度为0.05～0.1g20-甲基胆蒽内浸入10～20根线。（2）亚硝酸诱发小鼠胃癌模型：用0.25%/kg体重的亚硝胺，经7～8个月可诱发昆明种小鼠腺胃癌。（3）甲基亚硝基醋酸尿素诱发大鼠胃癌模型：（4）金黄仓鼠胃癌模型：雄性金黄仓鼠口服甲基硝基亚硝基胍（5）甲基苄基亚硝胺（MBNA）诱发小鼠前胃癌模型：（6）肌氨酸乙酯和亚硝酸钠诱发鸡胃癌模型：6．肝癌（1）二乙基亚硝胺(DEN)诱发大白鼠肝癌模型：用0.25%DEN水溶液灌胃（2）4-二甲基氨基偶氮苯（DAB）诱发大鼠肝癌模型：0.06%DAB的饲料喂养，同时控制饲料中维生素B2含量（不超过1.5～2mg/kg）。（3）2-乙酰氨基芍（2AAF）诱发动物肝癌：给成年大鼠含0.03%2AAF标准饲料（4）亚胺基偶氮甲苯（OAAT）诱发小鼠肝癌：用1％OAAT苯溶液涂于动物两肩胛间皮肤。亦可用2.5mgOAAT溶于葵瓜子油中，皮下注射C3H小鼠，每10天1次。（5）黄曲霉素诱发大鼠肝癌：在大鼠饲料中加入黄曲霉素，含0.011～0.015ppm（6）二甲氨诱发肝癌模型：用食用菜油将二甲氨配制成3％的溶液，二、消化系统疾病动物模型1.病毒性肝炎动物模型树鼰鸭2.肝硬化动物模型D－氨基半乳糖腹腔注射三、呼吸系统疾病动物模型1.慢性支气管炎动物模型：大鼠、豚鼠和猴吸入刺激性气体（二氧化碳、氯、氨气）猪粘膜下腺体与人类很相似，是复制人慢性支气管炎合适的动物2.哮喘动物模型豚鼠腹腔注射百日咳疫苗，吸入5％卵蛋白溶液3.肺气肿动物模型兔静脉注射木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、败血酶、胰蛋白酶等。四、心血管系统疾病动物模型1.动脉粥样硬化田鼠、地鼠不能用于制备动脉粥样硬化动物模型兔：高胆固醇饲料喂养鸡：胆固醇、猪油小鼠：胆固醇、猪油2.高血压动物模型手术法造成肾动脉狭窄SHR五、内分泌系统疾病动物模型糖尿病动物模型四氧嘧啶是复制糖尿病模型的理想药物大鼠腹腔注射兔静脉注射犬静脉注射动物模型研究进展一、帕金森病动物模型帕金森病：运动减少、骨骼肌张力增高、静止震颤。患者中枢多巴胺（DA)含量较正常人低。6－OHDA（六羟基多巴胺）动物模型（大鼠）

6－OHDA32μg分两点定向注射到右侧纹状体后，检测动物旋转行为。注射第2周开始出现明显旋转行为，第5周达到高峰并保持平稳。2/3动物达到和超过7r/min这一通用标准。模型成功率达60％。但无Lewy小体。2.MPTP帕金森动物模型MPTP：1－甲基－4－苯基－1，2，3，6－四氢吡啶MPTP进入细胞后，被线粒体中的单胺氧化酶B迅速催化生成吡啶类代谢产物甲基－苯基吡啶离子，对细胞有强大的毒害作用，造成多巴胺能神经元损伤。不同种属动物对MPTP存在差异，选用实验动物时应注意。大鼠、豚鼠多巴胺神经元对MPTP不敏感猴多巴胺神经元对MPTP敏感：最理想的PD模型，但不能产生lewy小体小鼠多巴胺神经元对MPTP敏感介于大鼠与猴之间

C57对MPTP敏感度高。FVB、BALB/c弱于C57。

CF-1、CD-1敏感度最差。老年鼠较青年鼠对MPTP敏感3.鱼藤酮－蔬菜杀虫剂Lewis大鼠比SD大鼠敏感性差。模型可产生lewy小体。4.其它动物模型帕金森患者血清的IgG注入大鼠单侧黑质二、糖尿病动物模型1.自发性糖尿病动物模型（1）NOD小鼠：Ⅰ型糖尿病的良好模型。表现为高血糖、糖尿、多尿、丙酮尿。血胰岛素过少等。NOD小鼠糖尿病的发生与MHC－Ⅰ分子有关。（2）BB大鼠：常发生胰导炎。具有糖尿病易感基因。糖尿病的发生与MHC－Ⅱ分子有关。（3）OLETF大鼠：Ⅱ型糖尿病的理想模型。表现为高胰岛素血症、高血糖症、胰岛素抵抗、高甘油三酯血症等。25周龄雄性鼠发病率100％。（4）中国仓鼠：Ⅱ型糖尿病的理想模型。表现为高血糖、非肥胖等症状。2.诱发性动物模型（1）四氧嘧啶：（2）链脲菌素（STZ）：稳定性差，应现配现用。剂量在20－75mg/kg之间。（3）病毒性糖尿病模型：柯萨奇病毒等可诱导机体产生自身免疫反应引起糖尿病，使用环孢菌素A可提高造模成功率。三、肝硬化动物模型1.单因素造模：（1）血吸虫性肝硬化动物模型：皮下注射曼氏血吸虫尾蚴或疫水经皮肤感染小鼠或兔。虫卵沿门静脉分支沉积，诱发免疫反应