现代医学实验动物科学与比较医学研究

1、现代医学实验动物科学与比较医学研究1 “比较医学是推动人类健康研究的焦点学科，比较医学家将永远站在生物医学发展的起跑线上”。 诺贝尔奖获得者、美国Jackson 实验室的Snell博士 2前 言1. 实验动物科学与生命医学的发展是相辅相成的。2. 无菌动物、近交系动物和免疫缺陷动物培育成功是适应生命医学研究的需要而取得的成果，也是现代实验动物科学得以确立的基础。33. 以转基因动物、基因敲除动物和体细胞克隆动物培育成功为标志，现代实验动物学取得前所未有的突破，极大地推动医学生命科学的进步。4. 人类基因组测序已经完成，生命科学成为二十一世纪的带头学科。应用比较医学的方法和手段对人和动物的基因功

2、能进行比较研究，是促进医学生命科学发展的必由之路。5. 通过比较医学研究有助于了解生命的本质，揭示遗传的奥秘，延缓衰老，战胜疾病。4 6. 如何利用日新月异的生物高技术为人类健康和发展服务？如何更科学地把实验动物科学与临床医学紧密的结合起来？比较医学应运而生，理所当然登上生命科学的舞台。5一、关于比较医学1.什么是比较医学？ 是对人类和动物各种生命现象特别是疾病表现进行类比研究的一门新兴学科。包括基础比较医学、临床比较医学和系统性比较医学等。61）早期比较医学：主要在组织、器官和整体水平比较不同种系动物与人类之间的生理、病理异同。2）近代比较医学：主要是应用人工培育的各种实验动物（包括近交系、

3、免疫缺陷以及无菌及悉生动物等）建立各种模拟人类疾病的动物模型来进行研究。 73） 现代比较医学：在20世纪末，以转基因、基因打靶和克隆技术培育成功基因工程动物为标志，进入现代比较医学研究阶段。 人类基因组测序已经完成，生命科学成为二十一世纪的带头学科。应用比较医学的方法和手段对人和动物的基因功能进行比较研究，是促进医学生命科学发展的必由之路。8现代实验动物科学技术改变了比较医学动物模型建立模式 在比较医学研究中，通过传统的近交、回交等育种方法，可建立高血压、糖尿病等自发性动物模型及裸鼠、严重联合免疫缺陷小鼠等品系。 但是，采用上述技术手段获得纯系需要花费很长时间，并且这些动物模型建立是一个被动

4、获得过程，而且有很大的偶然性，受到种间壁垒的限制。 转基因技术和基因敲除技术可实现对动物基因组的改造和操纵，能够主动设计制备多种疾病的动物模型即基因工程动物，利用这些模型研究疾病的发生发展机理和各种防治方案。 9现代实验动物科学技术打破了种间壁垒，不同物种间可以进行遗传物质交换，实现了基因水平、细胞组织水平和整体水平研究的统一，为比较医学研究提供了广阔的空间和无限的可能性。10 2.通过动物实验进行比较医学研究促进医学发展的典型事例年代发现人发现所用动物BC384322亚里斯多德（Aristotle）比较动物解剖和胚胎鱼、牛、羊1628哈维（William Harvey）血液循环犬、蛙、蛇、鱼

5、、蟹1665拉沃（Lower）犬输血研究犬1792捷纳尔（Jennr）牛痘保护人不生天花牛1878科赫（Robert Koch）细菌与疾病的关系（炭疽病、结核）牛、羊、其它1880巴斯德（Louis Pasteur）细菌致弱毒免疫鸟类1885巴斯德（Louis Pasteur）狂犬病疫苗鸟类、家兔1890莱夫勒（Loffler）白喉杆菌病、抗毒素治疗豚鼠1904巴甫洛夫（Pavlov,IP.俄）心脏生理、消化生理高级神经活动犬1921班廷（Banting, F.G.加）胰岛素与糖尿病犬1936洛伊（Loewi, O.奥地利）副交感神经的神经介质为乙酰胆碱蛙1968佩蒂路易斯（Pantelour

6、is）先天性无胸腺裸鼠小鼠1980斯纳尔（Snell, G. D. 美）动物组织相容性抗原小鼠1984科勒、米勒（Kohler, G.,Milstein,C.）单克隆抗体技术小鼠1997威尔穆特（Wilmut）用羊体细胞克隆成功“多莉”羊绵羊11 3.加强比较医学研究的目的意义 结合医科院校的科研实际，为了提升学科研究的水平和地位，发挥学科的固有优势，重现昔日古代医学和近代医学发展时期比较医学研究的辉煌业绩，我们就要认真思考实验动物科学的发展方向，借鉴发达国家的先进观念和实践经验，勇敢面对生命科学给我们提出的挑战和机遇。加强比较医学研究是促进学科建设的战略决策、也是推动生命医学科学研究的重大举

7、措。12二、国外的比较医学发展概况 国外发达国家的医学院校大多设有规模相当大、水平相当高、设施和环境条件非常现代化的比较医学研究所或比较医学院（系）。如美国斯坦福大学医学院、霍普金斯大学医学院、哈佛大学医学院、哥伦比亚大学生理外科学院、加利福尼亚大学、普林斯顿大学、田纳西大学、剑桥大学、耶鲁大学、马里兰大学、宾州大学等都设有比较医学系或比较医学研究所。13耶鲁大学医学院比较医学系部门设置 1973年成为独立部门，包括动物资源中心、动物医学部、病理学部、生物技术部。14国外比较医学发展的主要特点 1.常规实验动物的供应和生产已主要由专业性的社会化公司来承担，医科大学和研究机构主要培育、研究各种转

8、基因动物、基因敲除动物和克隆动物。2.紧紧围绕医学生命科学发展需要，在人类疾病的动物模型复制方面加大研究力度，利用各种先进的生命科学方法和生物技术手段开发理想的人类疾病动物模型。15 3. 适应后基因组时代功能基因组学和蛋白质组学的发展形势,进行模式生物体系研究，开展许多生命科学基础研究，诸如生长、繁殖和发育等，探索生命的起源和生命的本质，以及遗传的奥秘。 4. 开展比较医学专业教育、培训和服务工作. 5. 充分利用资源和学科优势，进行基因工程生物产品的研发，利用动物器官作为生物反应器进行生物活性蛋白生产和生物医药开发。16三、国内的比较医学发展概况1.我国比较医学起步较晚，基础薄。2.上世纪

9、80年代初，徐兆光、刘瑞三教授就编著出版了比较医学进展3.由于实验动物学科基础薄弱 ，限制了比较医学的发展。4.“只用十多年的时间就赶上了西方发达国家半个多世纪的进程”。国际实验动物科学学会主席 175.我国的实验动物培育和人类疾病动物模型研究取得了显著的进步：成功培育无菌兔和豚鼠、SPF级鸡和猪；野生动物实验动物化（东方田鼠、长爪沙鼠、高原鼠兔和树鼩 ） ；高血压大鼠、糖尿病地鼠、白内障小鼠、高血脂小鼠等疾病动物模型相继培育成功。 6.转基因、基因敲除和克隆等先进生物技术已被国内同行普遍掌握和广泛应用 18 7.比较医学在国内已得到相当的重视： 具体标志：中国实验动物学会下设有比较医学专业委

10、员会；中国实验动物学杂志改为中国比较医学杂志；扬州大学设立了比较医学系；重庆市成立了比较医学研究所；2004年第一部比较医学238万字专著问世；2002年原第一军医大学（南方医科大学）开始招收比较医学方向的博士研究生，现已招收3名；首都医科大学正积极申请招收比较医学专业本科生。1920 8.当前国内比较医学发展的当务之急是进行资源整合，优化配置，进行专业化规范化建设，与国际社会接轨，密切结合生命科学的重大问题，做好基础创新工作，把比较医学办成医学生命科学不可或缺的重要组成部分。21四、我国比较医学发展初步设想有望取得突破的几个研究方向：1、转基因实验动物的开发与研究2、人类疾病动物模型的建立3

11、、畜禽、野生动物、水生动物的实验动物化研究4、利用模式生物进行比较基因组学的研究221 、转基因实验动物的开发与研究（1）转基因动物的出现和发展对生命科学和医学的影响深远，可称之为生命科学的一场革命。（2）转基因技术应用于实验动物品种改良，可大大提高育种效率。（3）转基因技术用于建立生物反应器。23用动物乳腺表达外源基因的主要种类产品类别 举 列 血液产品 第8因子、第9因子、C蛋白、凝血酶III、 抗胰蛋白酶、血纤蛋白原抗体 单克隆抗体药物 干扰素、人生长激素、tPA、EPO疫苗 Malaria组织胶原 Collagen营养药 乳白蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶、人源牛奶工业蛋白质 蜘蛛网蛋白、贝类

12、分泌的黏蛋白24我国乳腺生物反应器研究情况 目的基因名称 产品的主要功能 承担单位人血清白蛋白 血液溶胀剂 中国农业大学人干扰素 抗病毒因子 中国农业大学鸡法氏囊病毒VP 鸡疫苗 中国农业大学第九因子 血友病治疗 上海儿童医院EPO 细胞因子 上海儿童医院人胰岛素原 糖尿病治疗 新疆牧科院TPA 治疗血栓 军事医学科学院人生长激素 生长激素不足 扬州大学252、人类疾病动物模型的建立开发和建立我国若干重要人类疾病的实验动物模型；如肝炎动物模型、艾滋病动物模型和各种癌症动物模型等。通过人类疾病实验动物模型进行发病机理、药物疗效、药理作用机制、毒性安全的比较医学研究；26HBV转基因鼠通过建立HB

13、V全基因转基因小鼠，为HBV致病机制、治疗预防研究提供了新的途径。可以进行抗乙肝病毒药物研究，如抗病毒西药、抗病毒中药、治疗性蛋白疫苗、治疗性多肽疫苗、治疗性DNA疫苗、反义核酸、mRNA干扰、核酶、免疫调节剂等都可以使用HBV转基因小鼠模型进行药效学研究。胸腺肽、干扰素、抗乙肝免疫核糖核酸和大剂量乙肝疫苗治疗乙肝是有效的。273、畜禽、野生动物、水生动物的实验动物化 展开对具有独特意义和新品种实验动物的培育、开发和研究，如西藏小型猪。筛选出若干具有特殊模型性状和独特生物学特征的水生或是野生动物诸如斑马鱼、剑尾鱼、树鼩等。284、利用模式生物进行比较基因组学的研究随着人类基因组计划（Human

14、 Genome Project, HGP）中人的基因组序列图和一些动物的基因序列图的完成，将进入后基因组时代（即功能基因组学时代）。由于人类基因组中含有大量的重复序列，研究起来十分困难，所以科学家倾向于对一些简单的模式生物进行比较功能基因研究，可为人类基因功能的鉴定研究提供有益的借鉴。 29果蝇特点及优势繁殖快子代多生活周期短个体大，可肉眼观察雌雄异体生物，雌雄容易识别幼虫唾液腺中染色体很大染色体数目少，推测大约80%的人类基因与果蝇同源已经积累了丰富的遗传学资料，有超13,000多个突变品系，大多都有典型的表型变化，易于表型鉴定基因30应用成体干细胞是一类具有自我复制和多向分化潜能的细胞，它

15、具有的修复、替代、再生能力为临床医学提供了研究新疗法的可能性与哺乳动物相比，果蝇成体干细胞及其所在微环境的结构相对简单而清晰，但它们的调节机制是极其相似的通过研究果蝇干细胞行为的调控，将为研究哺乳动物和人的干细胞调控及临床干细胞治疗策略等提供理论依据果蝇肠道内的干细胞具有多能性，能分化成多种类型的细胞，这与人类等高等动物的情况一致31应用果蝇在信号传导通路、神经编码方式、传递机制以及神经系统疾病的发生和症状上，与哺乳动物有很高的相似性哺乳动物与昆虫在调节睡眠的神经机制上有许多相似之处，因此果蝇是研究睡眠的理想模式生物行为遗传学是研究支配生物摄食、求偶、学习、记忆等行为的基因及其表达调控的学科。

16、对果蝇某个行为相关基因的研究将为理解基因神经行为之间的关系提供线索32斑马鱼 斑马鱼因具有繁育力高、体外产卵、体外受精、体外发育且胚体透明和个体小等特性面成为发育生物学家珍爱的对象特点及优势斑马鱼已分离出数千尾突变体成鱼个体小，胚胎发育期短，易于饲养繁殖取材方便，胎间距短，受精卵体积小发育早期阶段通体透明利于实时观察来自于同一母体的胚胎发育基本同步单细胞受精卵可注射DNA、RNA容易从水中吸收药物，实验药物直接加入水中33应用细胞谱系分析由于斑马鱼具有在发育前期细胞分裂速度快、胚体透明和特定细胞类型易于识别等优点，成为脊椎动物中最适于进行细胞谱系分析的模式物种突变鉴别某些隐性突变仅需一代或两三

17、代就可得到鉴定，可以快速鉴别隐性突变饱合诱变分析斑马鱼体外受精和胚胎体外发育的特性解决了胚胎在子宫中发育，发育异常的胚胎无法直接呈现的问题34应用再生医学研究哺乳动物大脑和脊髓中受损的轴突无法再生，由于鱼类缺少一种可阻止神经再生的蛋白质Nogo-A，所以中枢神经系统受损轴突能够再生人类疾病模型由于许多基因如致癌基因、抑癌基因等在人和斑马鱼几乎同源，编码蛋白的功能完全相同，因而可以用于制作人类疾病动物模型如1型胶原蛋白基因突变引起的骨代谢紊乱成骨不全症。心血管疾病突变引起的原发性心肌症、TBX5突变引起的先天性心脏缺陷药物发现为研究人类疾病的致病机制提供了良好模型体系，同时也为在整体动物水平进行

18、大规模、高通量、低成本药物筛选和毒性评价提供了好平台35五、动物福利和3R原则动物福利的概念实验动物福利是指实验动物在肉体与心理上处于健康、康乐以及舒适的状态，包括实验动物养殖及动物实验过程中的福利。动物福利的宗旨要求科学家在使用动物进行科研、教学、测试前，应先充分考虑到各种替代手段，以尽可能减少动物所受到的疼痛和痛苦。36动物福利的主要内容动物包括犬、猫 、非人类灵长类 、豚鼠 、仓鼠 、家兔 、水生哺乳动物 或其他温血动物。动物经销商和使用者均须持有许可证，动物实验必须由合格的生物学家、行为学家、医学家亲自或在其临场监督下进行。动物饲养设施、饲养设备（笼具）、卫生、饲喂、管理和护理应由符合

19、资格的人员负责。37必须确保动物在麻醉、镇痛和镇静剂的作用下进行实验需要处死的动物须用人道的方法实施动物享有五大自由：不受饥饿的自由；生活舒适的自由；不受痛苦伤害和疾病威胁的自由；生活无恐惧和悲伤感的自由；表达天性的自由有关监督机构定期进行检查，对违反动物福利条例的单位和个人将给予处罚38动物实验应遵循“3R”原则“3R”原则的产生过程 1955年英国动物学家拉塞尔和微生物学家伯齐在其发表的人道主义实验技术原理一书中首次提出动物实验的“3R”理论39“3R”原则的内涵(1)替代方法 相对替代 绝对替代直接替代 间接替代部分替代 全部替代40替代方法（Replacement）的举例体外培养技术用

20、无脊椎动物替代用微生物来替代实验动物用化学分析技术代替动物实验电脑模拟41(2)减少（Reduction）原则合用动物改进统计学设计使用高质量动物42(3)优化（Refinement）方法改善镇痛手段改进控制动物技术改进样品分析43一个动物设计方案要经过实验动物管理委员会或伦理审查委员会的审批才能得以实施，主要内容包括充分阐明实验的必要性充分阐明实验的合理性明确实验过程可能给动物造成的疼痛、痛苦有多大如果是用非人灵长类动物做实验，对实验完成後退役的动物必须“颐养天年”44“3R”理论的意义 “3R”理论体现了时代的发展和社会进步“3R”理论为科学发展提供了新思路和新方法践行“3R”理论的道路漫

21、长45反对用动物做化妆品实验表明了欧盟对这个问题上的坚决态度说明在化妆品的安全测试方面，替代方法（非动物实验）的应用，还需走一段较长的道路欧盟在化妆品毒性和过敏实验中找到了非实验动物的替代方法，用于国际化妆品贸易的技术壁垒。46六、我校实验动物与比较医学发展概况1、展开对具有独特性状的新品种实验动物的培育、开发和研究： 西藏小型猪 我中心与广州市医药工业研究所合作，从西藏自治区引进培育西藏小型猪，对西藏小型猪进行系统的种质资源开发和研究，实现了西藏小型猪在亚热带气候区的风土驯化，最终将培育成标准化的封闭群实验用小型猪。2005年该项目已被广东省和广州市分别立项资助。47西藏小型猪48FMMU白

22、化豚鼠 我校实验动物中心自行培育的FMMU白化豚鼠获得2004年度军队科技进步三等奖。49SPF新西兰兔 在广东省实验动物监测所的支持下，培育成功的SPF新西兰兔。2005年广东省科技厅把我校实验动物中心列为SPF FMMU白化豚鼠和SPF新西兰兔种子供应基地。502、转基因实验动物的技术平台建立。51转基因实验室52分子生物学实验室533、人类疾病动物模型的开发和建立 如肝炎动物模型、强直性脊柱炎动物模型、糖尿病动物模型等若干重要人类疾病的实验动物模型以及中医症候动物模型。54病理组织学实验室55细胞培养室564、1996年教研室被批准成为华南地区首个实验动物学硕士学位授权点。顾为望教授2002年又被批准为博士生导师，面向全国招收比较医学方向博士。现有在读博士研究生6名、在读硕士研究生12名，他们与教研室的两名副教授、一名副研究员和一名博士，一起从事比较医学研究。57小 结1.比较医学作为一门在实验动物学基础上建立的学科，丰富实验动物科学本身的内容、方法和手段是其任务之一2.实验动物学的发展成熟只是为比较医学的发展完善创造了物质上的条件，而要真正解决生命科学的基本问题和医学临床的实际需要则必须加强比较医学研究 。583.实验动物学侧重于动物的遗传育种、饲养管理