第八章实验动物选择和应用

1第一节实验动物的选择原则一、根据与人相似性的原则选择动物1.选用在整体上与人的结构、功能及进化程度相似的实验动物灵长类病原微生物的感染谱猕猴的生殖生理生物药品的长期毒性试验2.选用在局部与人的系统、器官结构、功能相似的实验动物犬、猫的血液循环、神经系统猪的皮肤结构、心血管系统蛙的反射弧实验2023/3/27第一页，共45页。22023/3/27巴马小型猪皮肤和人皮肤的比较A巴马小型猪，B人第二页，共45页。32023/3/27猴、犬、大鼠与人在药物代谢方面的相似性动物种类与人相似性强中弱-无合计猴1215431犬5121431大鼠1131731第三页，共45页。2023/3/273.选用群体分布与人相似的实验动物以群体为对象的研究课题，要选择群体基因型、表现型分布与人相似的实验动物。如作药物筛选和毒性试验时，除了应考虑人类与实验动物群体在代谢类型上的差异外，通常以封闭群模拟自然群体基因型，因为封闭群动物既保持其个体基因的杂合状态，又保持其群体基因频率的稳定性。近交系动物由于其基因高度纯合，表型一致，因而对试验刺激也一致。但是对于同一种实验刺激，不同近交系由于其遗传组成不同，因而对实验刺激的敏感性也不同，有的品系高，有的品系低，它不能反映人作为基因杂合状态下对实验刺激的反应，因而一般药物筛选和毒性试验不选用近交系。第四页，共45页。5封闭群的实验数据：因为群体内个体差异，表现为标准差大，但它反映了种属对刺激的反应。近交系的实验数据：因为群体内个体差异极小，表现为标准差小，但同一刺激对不同近交系反应不同，有的高，有的低，它仅反映某个基因型对刺激的反应。封闭群与近交系实验结果的比较示意图封闭群近交系A近交系B正常组实验组2023/3/27第五页，共45页。64.选用与人类疾病特点相似的实验动物

同一种病因/病原对不同动物（包括人）的致病作用各不相同，有的差异很大，而有的却非常相似。要寻找与人类有关疾病相似或接近的自发或诱发性疾病动物模型，选择合适的疾病动物模型进行实验研究。中国仓鼠易产生自发性糖尿病自发性高血压大鼠（SHR）2023/3/27第六页，共45页。选用遗传工程动物疾病动物模型的注意点由于人类的许多疾病是多基因遗传，而目前基因修饰技术仅是增加或敲除1个基因，其表型只是部分模拟和类似于人某些疾病的临床表现和病理改变；另外，一个基因产物在体内不同器官的表达会产生不同的生物学效应，增加或敲除1个基因除了产生我们预期的特定疾病的部分临床表现外，还可能产生其它方面的病理改变，这从遗传角度阐明和解释某些疾病的发病机理上有一定的局限性。72023/3/27第七页，共45页。8二、根据解剖和生理学特点选择实验动物1.选用解剖特点符合实验目的和要求的动物

兔的胸腔结构兔的减压神经犬和兔的甲状旁腺大鼠、仓鼠无胆囊2.选用生理特点符合实验目的和要求的动物

犬的红绿色盲兔对致热原十分敏感犬和猫对呕吐反应敏感豚鼠易于致敏致敏比较：豚鼠>兔>犬>小鼠>猫>青蛙豚鼠对维生素C缺乏敏感家兔对射线十分敏感2023/3/27第八页，共45页。93.选用体型和脏器大小符合实验目的和要求的动物动物体型大小决定了脏器的大小。充分考虑获得的样品数量能否满足试验的需要。在药物代谢动力学研究过程中，选择大鼠或犬。为临床操作打基础，应选用与临床操作较接近的动物。如模拟人类心脏移植手术操作的动物实验，由于猪的心脏形态大小与人很接近，常选择猪进行实验；做胎儿围产期实验，用孕羊较好，因羊一胎产仔1～2只，且大小体重与人类相似。2023/3/27第九页，共45页。104.注意某些药物在不同动物身上有不同反应吗啡：犬、兔、猴、大鼠和人应用吗啡后产生中枢抑制，而小鼠和猫则是兴奋作用。降血脂药安妥明：可使家犬下肢瘫痪，而对猴及其它动物不能引起这样的副作用。苯可引起兔白细胞减少及造血器官发育不全，而对犬却引起白细胞增多及脾脏和淋巴结增生。苯胺及其衍生物对犬、猫和豚鼠能引起与人相似的病理变化，产生变性血红蛋白，但对兔则不易产生变性血红蛋白，在鼠则完全不产生。性激素可使犬易发生化脓性子宫内膜炎而死于败血症。2023/3/27第十页，共45页。11三、根据标准化的原则选用实验动物

野生动物：不易获得年龄、体重一致的一批动物遗传背景不清健康状况有差异机体反应性不一致标准化实验动物具有明确的遗传背景排除细菌、病毒、寄生虫和潜在疾病的影响排除环境因素的影响减少实验误差，提高结果的科学性和准确性能得到国际上的承认2023/3/27第十一页，共45页。12四、选用的动物品系应符合实验要求不同品系代表实验动物的不同遗传基因型，因而具有不同的生物学特性，对同一刺激的反应差异很大，在选择时必须注意。内源性激素：A系小鼠的促性腺激素含量比DBA小鼠低1.5倍。外源性激素：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。酶活性：A系小鼠肝脏的β葡萄糖酸活性只有C3H小鼠的十几分之一。用激素超排卵：C57BL/6J属高排卵品系，而BALB/c属低排卵品系。2023/3/27第十二页，共45页。13物理因素：35日龄DBA/2小鼠对音响刺激非常敏感，闻电铃声后可出现特殊的发作性痉挛，甚至死亡，而C57BL小鼠却根本不会出现这种反应。化学试剂：对相同浓度的氯仿，DBA/2雄性小鼠死亡率为75%，DBA/1为51%，C3H为32%，BALB/c为10%。病毒感染：DBA/2及C3H小鼠对新城疫病毒（Newcastlevirus）的反应和DBA/1小鼠完全不同，前者引起肺炎而后者引起脑炎。自发性肿瘤：C57BL/6J、BALB/c等为低发乳腺癌品系，而C3H雌鼠乳腺癌自发率达90%，AKR小鼠白血病自发率达65%。2023/3/27第十三页，共45页。14实验动物种类最长寿命（年）平均寿命（年）猩猩3720狒狒2415猴3010犬2010猫3012家兔158豚鼠75大鼠53小鼠32猪2716山羊189五、选用的动物年龄和体重应符合实验要求选择不同动物的寿命2023/3/27第十四页，共45页。15与人性成熟期相对应的动物年龄2023/3/27第十五页，共45页。16应根据实验目的来选择适龄动物

一般实验采用性成熟前后生长发育期的成年动物成年实验动物体重一般为：小鼠：18-22g，大鼠：180-220g，豚鼠：350-650g，兔：2-2.5kg，猫：，犬：6-10kg

长期试验选用幼龄动物小鼠：15-18g，大鼠：80-100g，豚鼠：150-200g，兔：，猫：，犬：6-8kg。老龄动物除了用作老年医学研究外，其他学科很少应用2023/3/27第十六页，共45页。17

注意事项根据年龄判断体重或根据体重判断年龄要注意品种品系的不同同批动物的年龄、体重尽可能一致，相差不应超过10%。在选择动物时，必须了解所选动物的寿命、怀孕期、哺乳期等一些指标，这些指标对保证研究工作的顺利进行及试验结果的分析是非常有用的。2023/3/27第十七页，共45页。18六、选用的动物性别应符合实验要求

在药理学、毒理学实验研究中如无特殊要求，一般宜选用雌雄各半，以避免由性别差异造成的误差。动物性别对药物敏感性的比较2023/3/27第十八页，共45页。下列动物实验可选用单性别与性别有关的解剖、生理、病理实验；与性别无关的解剖、生理、病理实验；已知药物作用与性别无关，如糖尿病、高血压；性器官对实验的影响，如热板法筛选镇痛药物时不用雄性小鼠。2023/3/27第十九页，共45页。20七、选用的动物生理状态应符合实验要求动物的特殊生理状态如怀孕、哺乳等对实验结果影响很大。如非专门研究妊娠、哺乳等实验，应去除特殊生理状态的动物，以减少结果的个体差异。健康动物对刺激的耐受性较患病动物高。外购的实验动物，应适应性饲养、观察检疫3-7天，证实其身体健康后才开始实验。饥饿、衰竭、寒冷、炎热情况下，动物实验结果不稳定。应加强饲养管理，控制环境条件。2023/3/27第二十页，共45页。21八、动物的易获得性及动物成本、饲养成本的综合考虑根据科研经费的预算，在宏观上估计不会影响实验结果的前提下，选择最易获得、最经济、最易饲养管理的实验动物进行实验研究。开题前做好调查，以免在实施计划时无法获得所需实验动物。2023/3/27第二十一页，共45页。22值得注意的是，在实验设计中，如何科学地选择实验动物应从多方面考虑。在结合上述选择原则和实际科研经费预算基础上，还应结合课题组实验室硬件和软件等条件综合考虑、权衡利弊，充分预计选择的实验动物对实验结果的影响。2023/3/27第二十二页，共45页。23第二节实验动物在药理学研究中的应用药理学包括药效学、一般药理学和药物代谢动力学等，除了小部分药效学研究可用体外或离体动物实验外，一般药效学和药物代谢动力学研究离不开整体动物实验研究。大部分药效学研究要使用动物模型选择何种动物，应参考上述的实验动物选择原则和实验的具体要求进行，如对动物进行长时间多次采样，则用小动物是不合适的。为了观察不同种属动物对药物的反应性，最好同时选用两种以上动物。2023/3/27第二十三页，共45页。24一、神经系统的药物研究作用于神经系统的药物研究一般使用健康成年的小鼠和大鼠，除非特定需要，一般不选用幼鼠或老年鼠。镇痛药研究：小鼠、大鼠、兔解热药研究：兔3.神经功能药研究：猫2023/3/27第二十四页，共45页。25二、心血管系统的药物研究抗心肌缺血和心率失常药物研究：犬、猫、兔、豚鼠降压药物研究：犬、猫、大鼠3.治疗心功能不全药物研究：犬、猫、豚鼠4.降血脂药物研究：大鼠、兔5.抗动脉粥样硬化药物研究：兔、鹌鹑6.调心功能药物研究：青蛙、蟾蜍2023/3/27第二十五页，共45页。26三、呼吸系统的药物研究1.镇咳药物研究：豚鼠、犬、猫2.支气管扩张药物研究：豚鼠3.祛痰药研究：雄性小鼠、兔或猫四、消化系统的药物研究1.胃肠解痉药物研究：大鼠、豚鼠、兔、犬2.催吐或止吐药物研究：猫、犬、鸽等2023/3/27第二十六页，共45页。27五、泌尿系统的药物研究六、内分泌系统的药物研究七、血液系统的药物研究八、精神药物研究九、计划生育药物研究2023/3/27第二十七页，共45页。28药物安全性评价是新药在上市前所必须做的一项研究，用以了解药物对各系统、器官脏器的毒性作用单次给药毒性试验多次给药毒性试验安全性药理试验遗传毒性试验生殖毒性试验免疫原性试验致癌试验毒代动力学试验第三节实验动物在药物安全性评价中的应用2023/3/27第二十八页，共45页。29（一）急性毒性试验急性毒性试验是通过单次或短时间内多次给药，了解动物所产生的毒性反应及其严重程度，为临床安全用药及监测提供参考。急性毒性试验一般用啮齿类小鼠。一般选用昆明种、ICR或NIH等封闭群，雌雄各半，体重18~22g（约4~5周龄），同批动物体重相差不超过4g。分为4-6个剂量组，各剂量组组距以为宜。申报一类新药至少必须用两种动物，除了啮齿类动物外，化学药物非啮齿类用比格犬。犬用成年犬，体重8~10kg。2023/3/27第二十九页，共45页。30（二）长期毒性试验长期毒性试验是通过连续反复多次给药，观察动物出现的毒性反应，剂量与毒性的关系，主要靶器官是什么，毒性反应的性质和程度以及毒性反应是否可逆等。长期毒性试验要求用两种动物。啮齿类首选大鼠；非啮齿类动物当供试品为化学品时首选比格犬，当供试品为生物药品时，要用猴。大鼠可选用SD或Wistar大鼠，体重要求180~220g（约6~8周龄），体重差异应不超过平均体重的20%。试验周期在3个月以上，可选用120~160g（约5~6周龄）。每组雌雄各半。比格犬一般用6~12月龄，试验前适应观察2周，接种疫苗和驱除肠虫。猴子采用成年猴，3-5岁（），试验前适应观察1个月，必要时需要接种疫苗和驱除肠虫。2023/3/27第三十页，共45页。31一般设定3个剂量组。低剂量组目的是寻找动物安全剂量范围，为临床剂量设计作参考。此剂量下应不出现毒性反应。高剂量组目的是为寻找毒性靶器官、毒性反应症状及抢救措施提供依据，也为临床毒性及不良反应监测提供参考，应使动物产生明显的或严重的毒性反应，或个别动物死亡。中剂量组应使动物产生轻微的或中度的毒性反应。2023/3/27第三十一页，共45页。32（三）皮肤给药毒性试验皮肤给药毒性试验包括皮肤给药急性试验、皮肤给药长期毒性试验、皮肤刺激实验、皮肤过敏试验。采用的实验动物为兔、豚鼠和大鼠，首选兔。体重要求兔2kg左右、豚鼠300g，大鼠200g，雌雄各半。给药前24小时将动物背部脊柱两侧被毛脱去，脱毛范围约相当于体表面积的10%，兔约150cm2，豚鼠、大鼠约40cm2左右。一般一侧脱毛区为给药区，一侧脱毛区为赋形剂区。2023/3/27第三十二页，共45页。33第四节

实验动物在免疫学研究中的应用一、免疫学研究在抗感染免疫、免疫生物学研究中应用最广的是BALB/c小鼠和各种免疫缺陷动物自身免疫性疾病和系统性红斑狼疮研究：新西兰黑（NZB）以及新西兰黑和新西兰白的杂交F1代（NZB×NZWF1）小鼠动物模型。变态反应研究：豚鼠移植免疫研究：小鼠H-2型同类系，二个相同H-2型品系小鼠间移植，可不发生排斥反应。二、免疫学应用1．单克隆抗体的制备：BALB/c2．免疫血清的制备:兔、羊3．提供补体：豚鼠2023/3/27第三十三页，共45页。34第五节实验动物在实验肿瘤学研究中的应用一、自发性肿瘤模型在自发性肿瘤动物模型中，利用小鼠生长快、生命周期短、近交品系多、自发性肿瘤与人类肿瘤发病相似等特点，可以选用具有不同的遗传性状特点的近交系动物进行肿瘤遗传学和肿瘤病因学研究。缺点:不易同时获得大批病程相似的自发性肿瘤动物，又因这种肿瘤生长较慢，实验周期相对较长，所以一般很少用于筛药。二、诱发性肿瘤模型用化学致癌物、射线或病毒均可在各类动物中诱发不同类型的肿瘤。如用强化学致癌物二甲基苯蒽（DMBA）和甲基胆蒽可诱发乳癌，二苯苄芘诱发纤维肉瘤，二乙基硝胺（DEN）诱发大鼠肝癌，黄曲霉素诱发大鼠肝癌等。2023/3/27第三十四页，共45页。35在使用化学剂致癌时，要注意各类化学致癌剂对动物致癌的特点

芳香胺及偶氮染料：①通常需要长期、大量给药才能致癌；②肿瘤多发生于远离作用部位的脏器如膀胱、肝等；③有明显的种属差异；④其本身不是直接致癌物，致癌是由于其某种代谢产物的作用。⑤其致癌作用往往受营养或激素的影响。

亚硝胺类：①致癌性强，小剂量一次给药即可致癌。②对多种动物的许多器官能致癌，甚至可以通过胎盘致癌。③具有不同结构的亚硝胺有明显的器官亲和性。

黄曲霉毒素：已知致癌剂中最强的一种，很小剂量（1mg/kg体重）即可使犬、幼龄大鼠、火鸡或小鸭致死；其致癌性也极强。注意：应在专门的有毒有害化学品生物安全动物实验室进行致癌试验。应注意自身安全防护。2023/3/27第三十五页，共45页。36三、移植肿瘤模型人癌肿瘤移植模型主要利用裸小鼠、裸大鼠及Scid小鼠。将人体肿瘤移植于免疫缺陷动物因能保持其生物学特性，用于研究人体肿瘤对药物的敏感性。

常用的人癌组织移植的途径皮下移植、腹腔移植、原位移植肾囊膜下移植2023/3/27第三十六页，共45页。37第六节实验动物在遗传学研究中的应用在遗传学上用来研究阐明正常遗传及遗传性疾病机理的动物称为模式动物。目前在遗传学研究上公认的模式动物有果蝇、线虫、斑马鱼和小鼠等。为什么可使用生物进化级别较低的动物来研究遗传学？这是因为生物体由低等向高等、由简单向复杂的进化过程中，很多生物学现象是非常保守的。低等生物的生命现象及分子基础与高等生物相似。因此利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察，而对这些生物的研究有助于人们理解生命世界的一般规律。2023/3/27第三十七页，共45页。38果蝇（

Drosophila）：成虫体小，长仅3～4毫米。身体淡黄色，复眼多为红色。染色体2n=8，数量少而且形状有明显差别。成虫喜在多种腐烂水果和发酵物周围飞舞和产卵。生活周期较短，约2周。果蝇性状变异很多，如眼睛颜色、身体颜色、翅膀形状、头部形状等，这些性状是遗传学研究观察的重要指标。果蝇常用于遗传学、发育基因调控、各类神经疾病、帕金森氏病、老年痴呆症、药物成瘾和酒精中毒、衰老与长寿、学习记忆与某些认知行为的研究等。果蝇1933年，摩尔根因发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁交换定律，被授予诺贝尔奖。1946年，摩尔根的学生米勒，证明X射线能使果蝇的突变率提高150倍，被授予诺贝尔奖。1995年，EdwardB.Lewis(美国)，ChristianeNüsslein-Volhard(德国)，EricF.Wieschaus(美国)，因发现早期胚胎发育中的遗传调控机理，被授予诺贝尔奖。2023/3/27第三十八页，共45页。39秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)：成体长仅1mm，全身透明，以细菌为食，居住在土壤中，全身共有959个细胞，性别为雌雄同体或雄性。染色体数2n=12，其基因组很小，仅有8×107bp，为人类基因组的3%，约有13,500个基因。

整个的生命周期仅3天。由一个受精卵发育成为成熟的成体只要二天多一点（25℃时需52小时）。线虫的细胞分化谱系明确，基因组测序完成，在胚胎发育、性别决定、细胞凋亡、RNA干扰、行为与神经生物学等方面研究中得到广泛应用。

线虫2002年，西德尼·布雷纳(SydneyBrenner，英国)、约翰·萨尔斯顿(JohnSulston，英国)和罗伯特·霍维茨(RobertHorvitz，美国)因在线虫的遗传与发育方面的成就，获得诺贝尔医学或生理学奖。2006年，美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛，以表彰他们发现了RNA干扰现象。2023/3/27第三十九页，共45页。40斑马鱼(Danio

rerio)：斑马鱼通体透明，体长4～6厘米，染色体2n=50。体呈纺锤形，背部橄榄色，体侧从鳃盖后直伸到尾末有数条纵纹，臀鳍部也有与体色相似的纵纹，尾鳍长而呈叉形。斑马鱼它具有体外受精、胚胎透明、体外发育、胚胎早期发育快、繁殖力强和易于大量获得样品等独有的特点，是研究发育生物学、疾病动物模型和药物筛选的最佳材料之一。2023/3/27第四十页，共45页。41第七节实验动物在病毒学研究中的应用实验动物在病毒学研究中的应用病因未明病原体的分离确认发病机制的研究抗病毒药物筛选疫苗效果鉴定诊断试剂制备2023/3/27第四十一页，共45页。

病毒性疾病的研究需要对病毒敏感的动物模型。没有合适的动物模型甚至成为阻碍该病研究的瓶颈。不同种属动物对同一病毒的易感性不同，选用作病毒学研究的实验动物，应首先考虑采用该病毒的易感动物。实验中，应在相应等级