小型猪在医学研究中的应用进展及常用品系概述.ppt

小型猪在医学研究中的应用进展与常用品系概述 动物学分类哺乳纲偶蹄目猪科猪属 野猪家猪学名 SusScrofadomestica 现代家猪的祖先是野猪猪骨骼化石的研究和人类历史文物的考证野猪与家猪交配能生产正常后代 野猪野猪主要划归两大类 分别是欧洲猪和亚洲猪 两类猪存在着很大的遗传差异 表明两者应有独立的起源 其中 欧洲野猪 主要分布于欧洲 北非和亚洲中部天山山脉 包括地中海野猪 大西洋野猪 南欧野猪 蒙古野猪 华北野猪亚洲野猪 主要分布于中国大陆 台湾 爪哇 苏门答腊和新几内亚 包括印度野猪 华南野猪 日本野猪 喜马拉雅野猪 家猪家猪分布范围比野猪大得多 几乎遍及全世界 其品种也千差万别 多种多样 关于我国家猪的起源目前还有争议 亚洲野猪 欧洲野猪 华南猪起源于亚洲野猪 华北猪起源于欧洲野猪和亚洲野猪 总的来说 多数学者认同中国家猪为单一起源 而众多品种的存在应为长期人工选择的结果 实验用小型猪是家猪小型猪与家猪的差别主要表现在外观 行为和体型大小方面 家猪6月龄体重 90 100kg 小型猪6月龄体重 12 45kg 在医学研究中 幼龄家猪也得以广泛应用 但是 在需要长期观察的实验研究中 家猪的快速生长成为问题 而小型猪却具有明显的优势 GrowthcurverofG ttingenminipigs 我国拥有小型猪品种资源优势国际上实验用小型猪的培育主要在上世纪50 70年代 基本上都是由多种血源杂交后育成 遗传构成复杂 我国有着得天独厚的小型猪品种资源优势 而且小型猪均为天然形成 具有品种多样 遗传稳定 体型小 能耐受一定近交等特点 近年来 我国加大了小型猪实验动物化研究领域的投入 我们实验室参加了国家 十五 科技攻关项目 我国小型猪品种资源保存与开发应用 研究 建设了小型猪实验应用条件 积累了一些应用经验 希望通过交流 有助于促进我国小型猪的开发应用 发挥我国小型猪品种资源优势 推动原创性的研究成果形成 猪与人类在结构和功能上有很多相似 包括 体型大小 食物结构 胃肠道系统 消化道酶学 饮食习惯 内分泌 旁分泌系统 免疫系统 皮肤 肾脏结构和功能 肺脏血管床结构 冠状动脉分布 倾向于肥胖 呼吸频率 潮气量和社会行为等 小型猪在医学研究中的应用进展 从广义的行为学视角来看 猪近似于人类 它们倾向于昼行性 固定居所 食用谷物 嗜酒 倾向于肥胖和患心血管疾病 然而 给予适当的训练 它们能够变得健壮和成为不错的运动员 上面的描述一定会让我们想到占大多数的普通人类 小型猪在医学研究中的应用进展 人们对猪与人类在解剖和功能方面相似性的认识 应用犬 猴等大型动物有来自社会上的压力和限制 猪是传统的肉用动物 用于实验研究在西方国家也比较易于接受 小型猪在医学研究中的应用进展 最近二十年中 猪在生物医学研究中的应用数量明显增加 其原因 猪广泛应用于心血管系统 消化系统 皮肤和泌尿系统的研究中 在药物毒理学和脏器异种移植领域小型猪的应用也迅速增长 由于猪在上述领域的广泛应用 人们也开始探讨将之应用于其他器官系统的研究 与此同时 应用猪的外科技术 麻醉 饲养管理和操作技术也得以发展 小型猪在医学研究中的应用进展 猪在心血管系统的解剖 生理和对致动脉粥样硬化食物的反应方面与人类高度一致 使其成为动脉粥样硬化 心肌梗死和一般心血管系统研究的通用标准模型 研究模型 心律失常 肌原纤维变性和坏死 心肌梗死 持久性动脉导管 心脏停搏 心脏发育 动脉粥样硬化 心肌肥大症 充血性心肌症 感染性心内膜炎 心包炎 心脏移植 心脏瓣膜生物假体 大动脉移植和分流手术等 小型猪在医学研究中的应用进展 猪的胃肠道虽然在解剖上与人类有一些差别 但是 它们的消化生理过程却与人类十分相似 使之成为消化系统疾病研究的重要模型 研究模型 胃溃疡 肠移植 肉芽肿性肠炎 全肠外营养研究 回肠旁路 旁路段的长度和周长减少 寄生虫性肠气肿 膨胀剂 胃扩张术 肠道对初乳的反应等 小型猪在医学研究中的应用进展 猪的泌尿系统与人类在很多方面相似 尤其在肾脏的解剖和功能方面比其他所有动物都更近似人类 研究模型 胚胎性肾瘤 病毒性肾小球肾炎 肾性高血压 肾移植 器官保存 泌尿系统发育和儿科泌尿学 肾脏药理学 小型猪在医学研究中的应用进展 猪也是皮肤和整形外科手术的标准模型 猪的皮肤与人类一样为固定皮肤 被毛稀少 在经皮吸收研究方面与灵长类具有等同作用 研究模型 创伤愈合 烧伤愈合 皮瓣 整形外科 经皮给药的毒理学模型 皮肤恶性黑色素瘤 等 小型猪在医学研究中的应用进展 猪也是儿科研究的良好模型 猪出生时的发育程度与人类相似 出生后的生长发育也与新生儿类似 今天正在应用的小儿外科和新生儿护理技术的很多知识来源于对幼猪的研究 研究模型 出生前和围产期的胃肠道发育 婴幼儿腹泻 新生儿蛋白和氨基酸代谢 新生儿坏死性肠炎 缺铁性贫血 先天性血卟啉症 幼儿暂时性低丙球蛋白血症等 小型猪在医学研究中的应用进展 猪是杂食动物 与人类有着相似的细胞色素氧化酶P450系统 除了缺乏CYP2C19和CYP2D6 是药理毒理学研究中非啮齿类动物的又一个选择 猪已成为研究外源化学物质 食物添加剂和环境污染物急性和慢性毒性评价的良好模型 对于药理和毒理研究 尤其在心血管系统药物 经皮给药 非甾体类抗生素 消化系统用药方面表现出明显的优越性 小型猪在医学研究中的应用进展 猪的免疫系统也与人类有着很多相似之处 其组织相容性系统和凝血机制与人类一致 但是 淋巴结的结构却比较特殊 皮质和髓质分布颠倒 研究模型 血管性血友病 恶性淋巴瘤 过敏反应 玫瑰糠疹 风湿性关节炎 病原 尤其是肠道疾病 感染的免疫机制等 小型猪在医学研究中的应用进展 严重器官衰竭患者急需的移植器官的短缺 迫使人们探讨异种器官移植 小型猪已成为异种器官移植手术供体器官最有希望的来源 小型猪肝脏 胰腺 肾脏和心脏在大小 解剖和功能上与人类的相似性 猪体内寄生的可意外传给人类的疾病较少 猪的遗传系统可进行人工修饰 小型猪在医学研究中的应用进展 非人灵长类动物的异种移植应用受到限制 细胞移植 目前正在研究和试用的项目有 猪的胰岛细胞移植作为胰岛素依赖性糖尿病的治疗 肝细胞移植用于急性肝衰竭的治疗 产多巴胺的脑细胞用于治疗难控制的帕金森氏病 小型猪在医学研究中的应用进展 国外品系 哥廷根小型猪 尤卡坦小型猪 汉福德小型猪 辛克莱小型猪国内品系 贵州小型猪 版纳小型猪 中国农大小型猪 五指山小型猪 广西巴马小型猪 剑白香猪 西藏小型猪等 小型猪常用品系 哥廷根小型猪 G ttingenMinipigs 遗传背景哥廷根小型猪由德国哥廷根大学育成 培育工作起始于明尼苏达小型猪 Minnesotaminipig 和越南大腹猪 Vietnamesepotbellyswine 的杂交 在杂交过程中 利用其中一头有色的小型猪与德国长白猪进行了回交 从1962年到1969年的培育过程中 哥廷根猪白色系的遗传组成逐渐发展为33 来自明尼苏达小型猪 59 来自越南大腹猪 8 来自德国长白猪 哥廷根小型猪目前包括17个家系 其中 8个为有色系 9个无色系 繁育生产中心 德国哥廷根大学的遗传和动物育种研究所 主要进行研究和培育工作 艾利伽德哥廷根小型猪繁育场 EllegaardG ttingenMinipigs 主要进行生产繁殖和商业化推广 每年生产大约3500头哥廷根小型猪 2000年4月 成立了美国EllegaardMinipigs有限公司 在宾西法尼亚州和与美国马歇尔农场 MarshallFarms 合作保障在北美的供应 生物学特性艾利伽德哥廷根小型猪被毛无色素沉着 成年体重35kg左右 4 5月龄性成熟 体重9 11kg 哥廷根小型猪可以作为药理学和毒理学研究中非啮齿类动物模型 在研发新药和常规性研究中选择最适用的非啮齿类动物时 哥廷根小型猪可以与犬和非人灵长类动物一样作为选择的对象 这已得到包括FDA在内的世界范围内管理规章的认可 尤卡坦小型猪和尤卡坦微型猪 YucatanMiniatureSwineandmicro YucatanMiniatureSwine WhiteYucatanGreyYucatanMicro Yucatan 遗传背景尤卡坦小型猪是原产于墨西哥南部尤卡坦半岛的天然小型品种 1960年 美国从墨西哥进口了25只尤卡坦小型猪 在科罗拉多州立大学进行封闭培育 美国的辛克莱研究中心 SinclairResearchCenter 现在经营2个尤卡坦小型猪生产基地 一个位于密苏里州 是辛克莱在1995年获得的 BiotechInc 种群 另一个位于缅因州 是辛克莱2002年获得的CharlesRiverLaboratories CRL 种群 生物学特性尤卡坦小型猪皮肤灰暗 被毛稀少或无被毛 尤卡坦小型猪以性情温顺和易于操作而著名 可提供室间隔缺损自发模型 VentriculatSeptalDefect VSD 家系 辛克莱公司制作了Biotech种群的DNA样品库 可供遗传学研究和 或提供文件资料 Biotech种群是MHC单体型 为移植研究已经作了充分的基础研究 汉福德小型猪 HanfordMiniatureSwine 遗传背景1958年 以2头帕卢斯 Palouse 小母猪和1头皮特 曼 摩尔 Pittman Moore 公猪开始培育 后来为进一步减小体形 引入了更多的皮特曼 摩尔和来自路易斯安那的沼泽野猪的血缘 在二十世纪六十年代中期 在基础群中又引进了尤卡坦猪的血缘 生物学特性外形很像传统的家猪 白色的皮肤和被毛使他们特别适合皮肤研究 由于缺少脂肪使汉福德小型猪成为一个很好的外科研究模型 心脏侧支循环很少且与人类心脏大小极其相似 使汉福德小型猪成为极好的心血管模型 辛克莱小型猪 SinclairMiniatureSwine 遗传背景由美国荷美尔研究所在明尼苏达大学于1949年育成 是世界上明确以实验研究为目的而培育的第一个小型猪种群 又称明尼苏达 何麦尔小型猪 Minnesota Hormelminipig 辛克莱 荷美尔 小型猪由四种野猪杂交培育而成 后来又以一头约克夏公猪给这种黑色小型猪提供了白色被毛 生物学特征生长缓慢 易于鉴别的不同被毛颜色 在骨质疏松症模型研究方面已积累了丰富的资料 辛克莱小型猪的一个家系可形成自发退行性恶性黑色素瘤 自发率50 60 贵州小型猪1982年 贵阳中医学院实验动物研究所甘世祥教授等从贵州省从江县山区引种小香猪 以小型化为目的对贵州小型猪进行定向选育 经过封闭群及近交系选育 贵州小型猪群体相似系数已高达0 933 表明贵州小型猪已培育成高度纯合的独立群体 出版了 贵州小型猪组织学图谱 建立了血液学 血液生化和脏器重量基础数据在医学研究领域广泛应用 积累了一定的背景资料 包括 心肌梗死 糖尿病 心律失常 普通外科 药理毒理 中医症和病的模型等 版纳微型猪遗传背景版纳微型猪来源于云南西双版纳的地方小型品种版纳小耳猪 1980年2月 云南农业大学的曾养志教授等在一个偏僻而封闭的 历史上从未引入过外来猪种的少数民族 拉祜族寨子找到一窝当年即由仔猪与母猪交配生下的仔猪 连同母猪带回西双版纳实验站进行近交研究 2002年11月 版纳微型猪近交培育已进入20世代 在原来形成的两个近交系的5个家系中 进一步分化出具有不同表型和遗传标记的18个亚系 近交系数已高达98 6 至此 世界上第一个大型哺乳动物近交系在中国成功建立 现在 由于近交使基因得以分离 重组而形成具有表型标记的亚系计有30种以上 而且性状已基本稳定 这些具有不同遗传标记的亚系对研究猪的遗传和进化 不同基因型的生物效应以及基因的相互作用和相互关系等 具有重大的理论和实用意义 出版了 版纳微型猪近交系解剖组织学 中国农大小型猪中国农业大学裴德智教授等从80年代初开始 选用川黔交界山区的原产小香猪为亲本 经风土驯化 近交培育 负向选择 后裔测定及营养标准确定等 培育出中国农大I系小型猪 已在北京地区广泛应用 现在也培育出了中国农大II系 为与北京地方黑猪杂交而育成 目的是增强其抗病和抗寒能力 农大III系 为与长白猪交配后培育而成 目的是获得白色皮肤 以利于皮肤方面的研究 该系列小型猪又命名为中国实验用小型猪 目前 该小型猪在医学研究中的应用背景资料十分丰富 五指山小型猪五指山猪 WZSPig 原产于海南省中部的五指山地区 1987 1989年 中国农业科学院畜牧研究所的冯书堂教授等在海南和广州定点饲养观察后 将3头引入北京 在北京异地保种获得成功 目前该品系小型猪已近交培育进行到18世代 通过对其生长发育规律 繁殖生理 血液生理生化 遗传标记 DNA指纹图谱等项的观察和测试 发现五指山猪具有体型小 性成熟早 耐近交繁殖 遗传性较稳定 肉质好等特点 广西巴马小型猪广西大学王爱德教授等从1987年开始从原产地引入广西地方猪种巴马香猪 采用基础群内闭锁纯繁选育及半同胞为主的近交方式进行选育 形成遗传相似性高 遗传性稳定的封闭群 并达到了一定程度的近交 其特点是遗传特性一致稳定 白毛占体表面积大 体型趋于微型 早熟多产 耐粗饲 目前已进行近交培育到第10世代 遗传稳定 毛色表型一致 性情比较温顺 西藏小型猪南方医科大