人类疾病的动物模型

人类疾病的动物模型第1页/共43页第二节动物模型分类及设计原则一、动物模型分类(一)按产生原因分类1．自发性动物模型(spontaneousanimalmodels)

概念：是指实验动物未经任何有意识的人工处理，在自然情况下所发生的疾病。方法：自然筛选。如突变系的遗传疾病和近交系的肿瘤疾病模型，突变系的遗传疾病很多，可分为代谢性疾病、分子疾病和特种蛋自质合成异常性疾病。如无胸腺裸鼠，肌肉萎缩症小鼠，肥胖症小鼠，癫痫大鼠，高血压大鼠，无脾小鼠和青光眼兔等。优点：为生物医学研究提供了许多有价值的动物模型。第2页/共43页2．诱发性或实验性动物模型(experimentalanimalmodels)

概念：是指人工地诱发出特定疾病的动物模型。方法：用物理的、化学的和生物的致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些类似人类疾病的功能、代谢或形态结构方面的病变。如用化学致癌剂、放射线、致癌病毒诱发动物的肿瘤等。优点：诱发性疾病动物模型具有能在短时间内复制出大量疾病模型，并能严格控制各种条件使复制出的疾病模型适合研究目的的需要等特点。第3页/共43页（二）按系统范围分类1．生物医学动物模型

(1)生物医学动物模型概念：是指根据动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。实例：兔甲状旁腺分布比较分散，位置不固定，有的附着在主动脉弓附近，摘除甲状腺不影响甲状旁腺功能，是摘除甲状腺实验较理想动物的模型；沙鼠缺乏完整的基底动脉环，左右大脑供血相对独立，是研究中风的理想模型；鹿的正常红细胞是镰刀形的，多年来被供作镰刀形红细脑贫血的研究。第4页/共43页

(2)抗疾病型动物模型概念：是指特定的疾病不会在某种动物身上发生，或用转基因方法构建抵抗某种疾病的动物模型。意义：探讨为何种动物对该疾病有天然的抵抗力。如哺乳类动物均感染血吸虫病，而洞庭湖流域的东方地鼠却不会感染血吸虫病，因而可用于血吸虫感染和抗病的研究。培育抗病动物新品种。第5页/共43页2．疾病的基本病理过程动物模型概念：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、代谢和形态结构某些改变的动物模型。诸如发热、炎症、休克、电解质紊乱等疾病的基本病理过程。比如发热，是各种病原微生物、细菌、病毒、寄生虫感染所致：又如给动物注射内毒素或异性蛋白、某些化学物质等则可使动物体温调节中枢功能障碍而引起发热。切断动物颈部双侧迷走神经，可复制典型的肺动脉高压动物模型。这类动物模型是研究疾病机制和药物筛选理想的方法。第6页/共43页3．各系统疾病动物模型是指与人类各系统疾病相应的人类疾病动物模型，如神经、心血管、呼吸、消化、造血、生殖、内分泌、泌尿、骨骼等系统疾病相应的动物模型，还包括按科分类，如：传染病、妇科病、儿科病、皮肤科病、五官科病、外科病、奇生虫病、地方病、维生素缺乏病、物理损伤疾病和职、比病等动物模型。第7页/共43页二、动物模型设计原则(一)设计原则1．相似性所复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况.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。3．可靠性复制的动物模型还应该力求可靠地反映人类疾病，即对特异地、可靠地反映某种疾病或某种功能、代谢、结构变化，应具备该种疾病的主要症状和体征，经化验或x线照片、心电图、病理切片等证实。第8页/共43页4．适用性和可控性供医学实验研究用的动物模型，在复制时，应尽量考虑到今后临床应用和便于控制其疾病的发展，以利于研究的开展。5．易行性和经济性在复制动物模型时，采用的方法应尽量做到容易执行和合乎经济原则。第9页/共43页第三节设计动物模型的注意事项

一、注意致模因素的选择致模因素的选择是复制动物模型的关键步骤。应明确研究目的，清楚相应人类疾病的发生、临床症状和发病机制，熟悉致病因素对动物所产生的临床症状和发病情况，致病因素的剂量。选择适当的致病因素和尽量选择与人类相似性小的实验动物作动物模型，以增加所复制动物模型与人类疾病的相似性。第10页/共43页二、注意动物因素的选择复制动物模型应注意选用标准化和实用价值的动物。复制动物模型时应遵循适于大多数研究者使用，容易复制、便于操作和采集各种标本。动物来源应注意选用标准化实验动物，家畜和野生动物作模型资源的补充。标准化实验动物用作模型资源其优点：①生活在标准化的环境内，有清楚的遗传背最和微生物控制标准，具有较强的敏感性、较好的重复性和反应均一的特点，②有严格的饲养规程，②易获取大样本实验和观察。缺点在人工控制下培育的动物与自然生长繁育的动物有所不同，而且标推化环境的维持消耗大量的资金。第11页/共43页三、注意近交系的应用近交系的选择应注意遗传背景清楚、反应均一、个体差小，广泛地应用于动物模型复制。但在设计中必须慎里考虑以下因意：①近交系的繁殖方法与自然状态不同。例如自发性糖尿病BBWistarRat具人糖尿病临床特征但实践常并发有周围神经系统严重病、睾丸萎缩、甲状腺炎、恶性淋巴瘤等。因此，要有目的选择，不可盲目的采用近交系；②近交系形成的亚系不能视为同一品系。要充分了解新品系的特征及有关资料；③即使已形成模型的品系由于育种和环境改变，仍有可能发生的基因突变和遗传演变。即存在变种甚至断种的危险；④国外常用两种近交系的杂一代(F1)作为模型。其个体之间均一性好，实验的耐受性强。封闭群动物(远交系)虽然个体间的重复性和一致性没有近交系、F1动物好，但遗传特性及反应性保持相对稳定，其生活力强，蟹殖率高、抗病力强、可以大量生产，在某些方西可选用。第12页/共43页第四节肿瘤学研究中的动物模型

一、肿瘤学动物模型的概念建立实验肿瘤模型的目的，是在于利用其体内及体外生长的肿瘤，探讨肿瘤病因学、肿瘤生物学行为学、肿瘤发病机制研究，以及用来寻找对肿瘤成因及发展有抑制作用的药物及治疗方法等。特别是在诸如肿瘤侵袭和转移规律及其机制的研究、肿瘤细胞与细胞外间质相互作用、肿瘤细胞与宿主免疫细胞和免疫因子的相互作用以及血管生成和抗肿瘤药物药代动力学等方面的研究，实验动物模型是体外实验模型所无法取代或无法完全取代的。肿瘤的动物模型有两大型，既实验动物自发性肿瘤和实验动物诱发性肿瘤。第13页/共43页二、实验动物自发性肿瘤(—)实验动物自发性肿瘤是指实验动物未经任何有意识的人工处置，在白然情况下所发生的肿瘤。实验动物自发性肿瘤主要发生于近交系动物，随实验动物种属、品系的不同，肿瘤的发生类型和发病率有很大差异。其中，小鼠的各种自发性肿瘤在肿瘤发生、发展的研究中具有重要意义。目前，可用于肿瘤实验研究的小鼠品系或亚系就有200多个。在近交系小鼠中，各种肿瘤的发生率因品系不同而存在很大差异。第14页/共43页

肿瘤实验研究中选用自发性肿瘤模型为对象进行研究有一定的优点；首先是自发性肿瘤通常比用实验方法诱发的肿瘤与人类所患的肿瘤更为相似，有利于将动物实验结果应用到人；其次是这类肿瘤发生的条件比较自然，有可能通过细致观察和统计分析发现原来没有发现的环境或其他的因素，可以观察遗传因素在肿瘤发生上的作用：但应用自发性肿瘤模型也存在一些缺点：肿瘤的发生情况可能参差不齐，不可能在短时间内获得大量肿瘤学材料、观察时间可能较长，实验耗费较大。第15页/共43页(二)实验动物自发肿瘤的研究注意事项1．实验动物品系关系到自发肿瘤发病率的稳定性，一般近交系动物较稳定，同时亦利于进行移植研究，而远交系动物就不如近交系动物发病率那样稳定。

2．不同品系动物自发肿瘤的发病率差异是很大的，如C3H雌鼠自发乳腺肿瘤发病率几乎为100％，而C57BL则没有自发性乳腺肿瘤。

3．自发肿瘤的发病率与动物年龄有关，小鼠自发性肿瘤6—18月龄鼠发病率最高，但一般幼年和老年动物自发肿瘤的发病率就很低。

4．自发肿瘤的发病率与雌鼠的生育状态密切相关：A系小鼠生育后雌鼠乳腺肿瘤的发病率为60—80％，而未生育过的雌鼠乳腺肿瘤的发病率仅为5％‘，

5动物自发肿瘤的研究要注意动物遗传背景和环境因素，以便为肿瘤发生的内因和外因提供实验资料。第16页/共43页

三、实验动物诱发性肿瘤(一)实验动物诱发性肿瘤的概念利用化学致病物质来诱发实验性肿瘤的动物模型，也是进行肿瘤实验研究的常用方法。目前使用较多的化学致癌物有多环碳氢化合物、亚硝胺和偶氮、染料等。强烈的致癌物诱发出来的肿瘤，恶性程度高，容易将其做成功(指一个可移植的动物肿瘤)。第17页/共43页(二)常用诱发肿瘤动物实验方法

1．经口给药法，食管癌、胃癌、大肠痈等肿瘤常用此方法.2.涂抹法，主要用于诱发皮肤肿瘤。

3．注射法，将化学致癌物制成溶液或悬浮物，经皮下、肌肉、静脉或体腔等途径注入动物体内而诱发肿瘤。

4．气管灌注法，常用于诱发肺癌。

5.穿线法，将一定量的致癌物放置于无菌试管内，加热使致癌物升华，吸附于预制的线结上；将含有致癌物的线结穿入靶器官或靶组织而诱发肿瘤。

6．埋藏法，将致痛物包埋于皮下或其他组织内或将以致癌物作用过的器官、组织移植于同种系动物皮下进行肿瘤的诱发实验。第18页/共43页(三)诱发肿瘤的基本要求1.诱发肿瘤的方法简单易行，可重复性强。2.肿瘤的诱发率应较高；3.所诱发的肿瘤与人类肿瘤具有相似性：4.要注意选择对所用致癌剂较敏感的动物种系。5.用致癌物剂量要适当。不能使动物中毒死亡。又要在较短期内诱发较高比率的肿瘤6.诱癌动物要辅以适当的饲养条件。7．诱癌过程最好伴行明显的癌前病变，以便研究肿瘤发病学。第19页/共43页(四)诱发肿瘤的注意事项1．应设置严格的阳性和阴性对照。2．有些实验除应用致癌剂外，还需辅以促癌剂，方能诱癌成功。3．动物实验的结果常常不能类推到人类，在解释实验的意义时应注意到种属的区别。4．诱癌实验中应十分注意对实验人员和环境的保护。5．诱癌实验要注意将肿瘤发生的内因和外因结合起来分析。第20页/共43页(五)诱发性肝癌动物模型1．模型简述利用外源性化学致癌因素引起细胞遗传特性异常，呈现出异常生长和高增殖活性，形成肿瘤，常用口服致肝癌的物质有乙基亚硝胺(DEN)，4—二甲基氨基偶氮苯(DBA)、2—乙酰氨基酸(2AAF)，亚胺基偶氮中苯（OAAT）和黄曲霉素。2．造模方法(1)DEN诱发大鼠肝癌给与0.25％DEN水溶液0.25-1ml灌胃，或稀释10倍放在饮水瓶中自由饮水，剂量为每天2—10ml/kg喂养半年左右。(2)DBA诱发大鼠肝癌用含0.06％DBA的饲料饲养大鼠，连续喂养4—6个月。第21页/共43页(3)2AAF诱发大鼠肝癌给成年大鼠喂食含0.03％2AAF的标准饲料，连续3—4个月。(4)OAAT诱发小鼠肝癌用含1％OAAT苯溶液(0.1ML含1mg)涂在动物的两肩肿间皮肤上，隔日1次，每次2-3滴．一般涂100次，连续7—8周。(5)黄曲霉素诱发大鼠肝癌用含0.001—0.015PPm黄曲霉素的饲料喂6个月。第22页/共43页(六)小鼠诱发性皮肤癌动物模型1．模型简述常用诱发皮肤癌的方法是用甲基胆蒽等强烈致癌物，虽然实验间期较长，但成功率较高。2．造模方法取24—30g的小鼠，雌雄不限，用硫化钠溶液在背部脱毛，于脱毛部位涂抹0.5％甲基胆蒽蓖麻油溶液，每周3次，每次2滴，滴后用小毛刷涂匀。每日观察小鼠一般状况及背部皮肤变化，如背部毛又长出，仍用硫化钠脱毛或剪毛，以便涂抹甲基胆蒽。每天称体重1次，适时取瘤组织作病理检查，并摄影。此后取肿瘤及各脏器镜检。第23页/共43页3模型特点及应用涂抹中基胆思后150-200天(平均178天)，存活鼠皆出现鳞状上皮癌，单发或多发，有在乳头状瘤部位癌变，亦有在其他部位突然出现者。鳞癌出现后，即停止涂抹甲基胆蒽。癌生长迅速，小鼠通常在1—2周内死亡，但有的存活时间较长。第24页/共43页第四节心血管系统疾病的动物模型一、高血压疾病研究中的动物模型(animalmodelofhypertension)(一)高血压的概念高血压是一种动脉收缩压和(或)舒张压升高，并常伴有心、脑、肾和外周血管功能性或器质性改变的全身性疾病。高血压病在欧美等发达国家已成为主要致死性疾病，占全部死亡的40％。所以培育高血压模型动物和诱发高血压动物模型，是开展高血压疾病及其继发症研究的重要手段。第25页/共43页(二)应用于高血压研究的实验动物选择

对于高血压的研究，虽然有时使用猪、猴、羊等，但常选用的动物是犬和大鼠。犬与人类的高血压有许多相似之处：1高血压早期血压波动大，以后逐渐升高，并维持在高水平②环境和紧张刺激引起血压明显升高；③高血压发展过程中出现高级神经活动障碍；④部分动物血中儿茶酚胺含量增加。特别是对神经精神性高血压研究，犬极为合适。大鼠的饲养管理、手术和血压测定比其他动物方便，对药物的反应与人类相似，故也常被选用。因兔的血压不够稳定，一般不用。第26页/共43页

若是研究高血压病理、生理和药理，自发性高血压大鼠(SHR)是良好的模型，因它和人类的自发性高血压有很多相似之处。实验性高血压通常以刺激中枢神经系统反射性而成，或注射加压物质以及分次手术结扎肾动脉，诱发肾原性高血压。不过，要根据实验的目的不同进行选择。第27页/共43页

(三)自发性高血压大鼠(SHR)

SHR大鼠的病态表现与人原发性高血压的病态表现极为相似，高血压的发病率接近100％。SHR大鼠被广泛应用于高血压的发病机制、预防、治疗和诊断等诸多方面研究。第28页/共43页(四)实验性高血压动物模型1．肾动脉狭窄性高血压模型(1)造模机制狭窄肾动脉可造成肾脏缺血，引起肾小球旁器分泌肾素增多。肾素能使血浆中α2-球蛋白(血管紧张素原)变为血管紧张素Ⅰ，后者又经转换酶(主要存在于肺脏)的作用变为能使血管收缩的血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ的参与，加重了全身小动脉的痉挛，血压也就更高而持续，形成较持久、恒定的高血压。肾性高血压晚期，高血压维持因素也包括神经血管机制。(2)造模方法肾动脉手术套环或接扎。(3)模型特点及应用手术后数天，血压开始升高，1-3个月后血压上升达高峰，并可长期维持下去。第29页/共43页2肾外包扎性高血压模型(1)造模机制肾外异物包扎，可致肾周围炎，在肾外形成一层纤维素性鞘膜，压迫肾实质造成肾组织缺血，使肾素形成增加，血压上升。(2)造模方法手术后左肾包扎、右肾切除。(3)模型特点及应用术后20天，20%大鼠出现高血压。第30页/共43页3．神经内分泌型高血压模型(1)模型机制电刺激和条件刺激铃声结合，可造成动物高度紧张状态，血压上升；附加垂体后叶素肌内注射，可促进动物高血压发展与巩固。

(2)造模方法非条件刺激为电刺激，条件刺激为电铃。进行电刺激时，大鼠可置放于特别笼中，笼底是以铜丝织成栅状，分正负两电极，笼有许多格，每格内可放大鼠1只，犬的刺激电极可于实验时固定在动物颈部。利用6v感应电极板引出的导线进行刺激；刺激强度依动物反应而异，通常以引起动物颤抖、逃跑、跳跃、低声叫为止。第31页/共43页二、高血脂和动脉粥祥硬化症动物模型鸡和鸽能自发主动脉粥样硬化，主要是形成脂纹期病变。短期饲喂胆固醇，主动脉局部发生病变。因而，在研究该病早期病变时，应用这类动物具有重要价值。目前，已有多种实验动物被应用于动脉粥样硬化研究，包括大鼠、小鼠、猪、犬、非人灵长类。其似人灵长类，特别是恒河猴，可发生广泛的主动脉粥样硬化，广泛的心冠、脑、肾和股等处动脉的动脉强样硬化症，而且它还是心肌梗死常发的少数动物之一。第32页/共43页

小型猪可自发动脉粥样硬化，在用高脂饲料诱发下，对加速动脉粥样硬化的形成.其病变特点及分布情况都与人类相似，主要分布在主动脉、冠状动脉和脑动脉，由增生的血管平滑肌细胞、少量泡沫细胞、胆固醇结晶、纤维帽和灶性钙化组成。由于小型猪在生理解剖和粥样硬化病变的特点方面接近于人类，近年来常被用作动脉粥样硬化研究的最佳模型。当然，该动物也存在饲养管理麻烦、成本高、试验数目难以过多，不便作遗传分析等缺点。第33页/共43页

(一)高脂饲料诱发高血脂及动脉粥样硬化症模型1．造模机制在动物饲料中加入过量的胆固醇和脂肪，饲养一定时间后，其主动脉及冠状动脉处逐渐形成粥样硬化斑块，并出现高血脂症。2．造模方法小型猪：用1％—2％高脂食物饲喂6个月即可形成动脉粥样硬化病变。大鼠：饲喂配方一：饲料(1％—4％胆固醇、10％猪油，0.2％甲基硫氧嘧啶、89％—86%％基础饲料)，喂服7—10天，可形成高胆固醉血症。第34页/共43页(二)非喂养法诱发高血脂及动脉粥样硬化症检型1．诱发模型将大鼠主动脉匀浆给兔注射，可引起血胆因醇、β—脂蛋白及甘油三酯升高。给兔注射马血清每次10mg/kg，共4次，每次间隔17大，动脉内膜损伤率为88％冠状动脉亦有粥样硬化的病变，若同时给予高胆固醇饲料，病变更加明显。第35页/共43页

三、心肌缺血动物模型犬、猪和大鼠都可用于建立心肌缺血动物模型：犬是心肌缺血试验良好的模型动物。犬的心脏解剖与人类相似，占体重的比例很大，冠状血管容易操作，心脏抗心律紊乱能力较强，此外，犬较容易驯服，可供慢性观察。猪心脏的侧支循环和传导系统血液供应类似于人的心脏，也是心肌缺血试验良好的模型动物。第36页/共43页(一)造模机制常采用电刺激法和药物注射法使动物心脏冠状动脉发生痉挛性收缩可造成人工急性心肌缺血动物模型。(二)造模方法1．药物法

(1)垂体后叶素选用成年健康家兔，体重2—2.5kg。自尾静脉或舌下静脉快速注射垂体后叶素0.5—1.0Iu／kg体重(容积为1—1.5ml/kg)，注射后的1min内，每5—10s记录一次心电图，以后每1—3min记录一次，一直记录到注射后10min。观察心率、s—T段、T波的变化。第37页/共43页(2)异丙肾上腺素选用100-170g休重的大鼠：皮下注射4％异丙基肾上腺素，每日2次。也可选用2kg左右的家兔，异丙基肾上腺素加入500ml盐水中，由耳静脉匀速滴入，每公斤体重给药10、20或30mg；或直接注入腹腔，每日2次。2．电刺激法选用成年雄性家兔，麻醉后用定向仪插入两支涂绝缘漆的不锈钢针弱、强刺激(弱刺激为0.8-1.6mA，强刺激为4-8mA)交替刺激右侧下丘脑背内侧核，每