《实验动物学基础课件》课件-第九章 人类疾病动物模型

第九章人类疾病动物模型概论第一节

人类疾病动物模型概念第二节

人类疾病动物模型的分类第三节

人类疾病动物模型的设计原则及注意事项第四节

免疫缺陷动物第五节

肿瘤动物模型第一节

人类疾病动物模型概念一、人类疾病动物模型的定义人类疾病动物模型：是指在医学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象和材料。用于生物医学研究的还有与人类或其他动物疾病类似的动物，称之为疾病动物模型。二、人类疾病动物模型的意义1．避免人体实验造成的危害。2．应用动物模型可研究平时不易见到的疾病。3．可提供发病率低，潜伏期和病程长的疾病的动物模型。4．克服复杂因素，增加方法学上的可比性。5．样品收集方便，实验结果易分析。6．有利于更全面地认识疾病的本质。综上所述，动物模型在医学科学研究中做出了巨大的贡献。第二节

人类疾病动物模型的分类一、按产生原因分类1．诱发性动物模型(Experimentalanimalmodel)2．自发性动物模型(Spontaneousanimalmodel)3．基因修饰动物模型（Geneticallymodifiedanimalmodel）4．人源化动物模型（Humanizedanimalmodel）5．抗疾病型动物模型(Negativeanimalmodel)6．生物医学动物模型(Biomedicalanimalmodel)1．诱发性动物模型又称之为实验性动物模型，是指研究者通过使用物理的、化学的、生物的和复合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时的功能、代谢或形态结构方面的病变，即为人工诱发出特定的疾病动物模型。优点：制作方法简便、实验条件比较简单，其他因素容易控制，短时间内可大量复制缺点：诱发的疾病模型与自然产生的疾病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。物理因素诱发：如外科手术方法复制大鼠急性肝衰动物模型、放射线复制大鼠萎缩性胃炎动物模型化学因素诱发：如应用羟基乙胺复制大鼠急性十二指肠溃疡动物模型、应用D—氨基半乳糖复制大鼠肝硬化动物模型生物因素诱发：如以柯萨奇B族病毒复制小鼠、大鼠、猪等心肌炎动物模型；以福氏Ⅳ型痢疾杆菌或志贺氏杆菌复制猴的细菌性痢疾动物模型；复合因素诱发：如复制大鼠或豚鼠慢性支气管炎动物模型可使用细菌加寒冷方法或香烟加寒冷，也可使用细菌加二氧化硫等方法来复制；2．自发性动物模型指实验动物未经任何人工处置，在自然条件下自发产生、或由于基因突变的异常表现通过遗传育种手段保留下来的动物模型。自发性动物模型以肿瘤和遗传疾病居多，可分为代谢性疾病，分子性疾病和特种蛋白合成异常性疾病等。优点：是一定程度上减少了人为的因素，更接近自然的人类疾病。缺点：许多这类动物模型来源比较困难，种类有限。动物自发性肿瘤模型因实验动物品种、品系不同，其肿瘤所发生的类型和发病机理也有差异。自发性疾病模型的动物饲养条件要求高，繁殖生产难度大，自然发病率也比较低，发病周期也比较长，大量使用有一定困难，如山羊家族性甲状腺肿，牛免疫缺陷病(BIV)等。3．基因修饰动物模型是指通过转基因、基因敲除、基因敲入、基因敲低等生物工程技术人为改变动物遗传性状的动物模型。基因修饰动物也称遗传工程动物，是研究人类基因功能、人类疾病及新药研究开发的极为重要、极具价值的模型动物。4．人源化动物模型是指用人类细胞或基因替代或置换动物的内源性同类细胞或基因产生的动物。基因人源化细胞人源化5．抗疾病型动物模型

是指特定的疾病不会在某种动物身上发生，从而可以用来探讨为何这种动物对该疾病有天然的抵抗力。如哺乳动物均易感染血吸虫病，而居于洞庭湖流域的东方田鼠(OrientHamster)却不能复制血吸虫病，因而将之用于血吸虫病的发病机制和抗病机制的研究。6．生物医学动物模型是指利用健康动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。如沙鼠缺乏完整的基底动脉环，左右大脑供血相对独立，是研究中风的理想动物模型；鹿的正常红细胞是镰刀形的，多年来被供作人类镰刀形红细胞贫血症的研究；兔胸腔的特殊结构用于胸外手术研究比较方便。但这类动物模型与真正的人类疾病存在着一定的差异，研究人员应加以分析比较。二、按系统范围分类1．疾病的基本病理过程动物模型2．各系统疾病动物模型1．疾病的基本病理过程动物模型是指各种疾病共同性的一些病理变化过程模型。致病因素在一定条件下作用于动物，使动物组织、器官或全身造成一定病理损伤，出现各种功能、代谢和形态结构的某些变化，其中有的变化是许多疾病都可能发生的共有的，不是某种疾病所特有的变化，如发热、缺氧、水肿、休克、弥漫性血管内凝血、电解质紊乱、酸碱平衡失调等，均可称之为疾病的基本病理过程。2．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。各系统疾病模型分为消化系统疾病动物模型、呼吸、心血管、泌尿、神经、血液与造血系统、内分泌、骨骼等系统的动物模型，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、寄生虫病、地方病、维生素缺乏病、物理损伤疾病和职业病等动物模型。三、按模型种类分类

疾病模型的种类包括整体动物、离体器官和组织、细胞株和数学模型。整体动物模型是常用的疾病模型，也是研究人类疾病常用的手段。四、按中医药体系分类第三节

人类疾病动物模型的设计原则及注意事项一、人类疾病动物模型应具有的特点①能够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似；②动物能重复产生该疾病；③动物背景资料完整，动物质量合格，生命周期满足实验需要；④动物要价廉、来源充足、便于运送；⑤尽可能选用小动物。二、人类疾病动物模型的设计原则1．相似性

复制的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。

例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痛的良好动物模型；自发性狗类风湿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。2．重复性理想的人类疾病动物模型应该是可重复的，甚至是可标

准化的，不能重复的动物模型是无法进行应用研究的。3．可靠性

复制的动物模型应力求可靠地反映人类疾病，即可特异地可靠地反映该种疾病或某种机能、代谢、结构变化，同时应具备该种疾病的主要症状和体征，并经受一系列检测(如心电图、临床生理、生化指标检验、病理切片等)得以证实。4．适用性和可控性设计复制人类疾病动物模型，应尽量考虑在今后临床能应用和便于控制其疾病的发展过程，以便于开展研究工作。

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型。5、易行性和经济性复制动物模型的设计，应尽量做到方法容易执

行和合乎经济原则。除了动物选择上要考虑易行性和经济性原则外，

在选择模型复制方法和指标的检测观察上也要注意这一原则。三、影响动物模型质量的因素1．致模因素对动物模型复制的影响选择好致模因素是复制动物模型的第一步。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。2．动物因素对动物模型复制的影响复制动物模型的动物种类繁多，应尽可能使用标准化实验动物，这样可排除遗传背景和

微生物对动物模型本身及实验结果的影响。

此外，动物种类、动物品系、年龄和体重、性别、生理状态和健康因素等均对动物模型

质量有不同程度的影响。3．实验技术因素对动物模型复制的影响（1）实验季节的影响：动物体对外界反应情况，如动物有季节性发情、换毛等正常生理现象。（2）昼夜不同时间的影响：实验动物的体温、血糖、基础代谢率、内分泌激素的分泌等随着昼夜的不同进行着节律性的变化。（3）麻醉深度的影响：不同麻醉药物和不同麻醉剂量有不同的药理作用和副作用（4）手术技巧的影响：在实验手术造模时，首先要选择好最佳的手术路线，手术技术熟练与否也是影响因素。（5）实验给药的影响：如给药的途径、方法、剂量、熟练程度等都会带来影响。（6）对照组对造模的影响：根据不同要求设置好对照组。4．环境因素和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。如果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、噪音、氨浓度、温度、湿度、气流速度等任何一项都不容被忽视。第四节

免疫缺陷动物一、概述免疫缺陷动物是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。广泛应用于医学生物学研究，成为肿瘤学、免疫学、细胞生物学和遗传学研究等的重要模型动物二、免疫缺陷动物的分类1．T淋巴细胞功能缺陷，常见的包括裸小鼠和裸大鼠1）裸小鼠裸小鼠是指先天性无胸腺无毛的裸体小鼠，常简称裸小鼠。导致这种异常状态的裸基因（nu）是一个隐性突变基因，位于11号染色体上。各个品系裸小鼠因其遗传背景不同，所表现的细胞免疫反应和实验检查指标也不尽相同。带有纯合裸基因的小鼠具有两个主要的缺陷特征：（1）毛发生长发育异常，表现为全身形似无毛，呈裸体外表；（2）无胸腺，仅有胸腺残迹或仅有异常的胸腺上皮B细胞功能基本正常，成年裸小鼠（6-8周龄）较普通鼠有较高水平的NK细胞活性，但幼鼠（3-4周龄）的NK细胞活性低下，裸小鼠粒细胞数比普通小鼠低。2）裸大鼠（nuderat）

纯合子裸大鼠（rnu/rnu）具有与裸小鼠基本相似的特征，无胸腺，缺乏功能性T淋巴细胞，B细胞功能基本正常，NK细胞活力增强，抵抗力差，易患呼吸道疾病，繁殖方法与裸小鼠相同，但躯干部仍有稀少被毛而并非像裸小鼠那样完全无毛，头部及四肢更多。2．B淋巴细胞功能缺陷小鼠：性连锁免疫缺陷小鼠CBA/N小鼠）

性连锁免疫缺陷小鼠（X-linkedimmunedeficiencymouse，XID）起源于CBA/N品系，又称CBA/N小鼠，其B细胞功能缺陷，基因符号xid，位于X性染色体上。3．NK细胞功能缺陷小鼠：Beige小鼠

Beige（bg）小鼠为NK细胞活性缺陷的突变系小鼠，bg是隐性突变基因，位于13号染色体上。4．联合免疫缺陷小鼠：指两种以上的免疫细胞（T、B、NK）缺陷的小鼠1）SCID小鼠：严重联合免疫缺陷小鼠（severecombinedimmunodeficientmice，SCID小鼠）在1983年由美国学者Bosma首先发现于C.B-17近交系小鼠，是位于16号染色体的称之为scid的单个隐性突变基因所导致。2）Motheaten小鼠

Motheaten小鼠突变基因（me）位于第6对染色体上，出生后2h内即可出现皮肤脓肿，有严重联合免疫缺陷，表现为对胸腺依赖和不依赖抗原均无反应，对T、B细胞分裂素的增殖反应严重受损，细胞毒和NK细胞活性减低。3）人工培育的联合免疫缺陷型小鼠①B-NSG：利用CRISPR/Cas9系统直接在NOD鼠上进行Prkdc和IL2rg双基因敲除的小鼠②NCG:该小鼠是直接在NOD/ShiLtJNju小鼠上敲除Prkdc及Il2rg基因所得③其他人工培育的联合免疫缺陷小鼠第五节

肿瘤动物模型一、诱发性肿瘤动物模型诱发性肿瘤模型：是使用致癌因素在实验条件下诱发动物发生肿瘤的动物模型，它是进行实验肿瘤学研究的常用方法。诱发性肿瘤模型的原理是利用外源性致癌因素引起细胞遗传特性异常而呈现出异常生长和高增殖活性，形成肿瘤。外源性致癌因素主要有化学性、物理性及生物性致癌物，其中化学性致癌物最常见。

(一)诱发方法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的该组织或器官的肿瘤。异位诱发肿瘤具有易于观察和取材的优点。

常用的给药基本方法：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

本法是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之发生肿瘤。食管癌、胃癌、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、静脉或体腔等途径注入体内而诱发肿瘤。本法亦常用，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浮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．穿线法

适用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。方法是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动物皮下进行肿瘤的诱发实验。

(二)常见诱发肿瘤动物模型1．肺癌（Carcinomaofthelung）

肺癌的诱发模型较多，方法也很成熟。常用方法有：（1）二乙基亚硝胺(DEN)诱发小鼠肺癌模型：（2）乌拉坦诱发肺多发性肿瘤模型：（3）气管内灌注致癌物诱发肺癌模型：2．鼻咽癌（nasopharyngealcarcinoma）（1）二甲基胆蒽(DMC)诱发大鼠鼻胭癌模型（2）二乙基亚硝胺(DEN)滴鼻法诱发大鼠鼻咽癌3．食管癌（carcinomaofesophagus）（1）甲基苄基亚硝胺(MBNA)诱发大鼠食管癌模型（2）二烃黄樟素(dihydrosaforle)诱发大鼠食管癌模型

4．胃癌（carcinomaofthestomach）（1）甲基胆蒽(MC)诱发小鼠胃癌模型（2）不对称亚硝胺诱发小鼠胃癌模型（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（5）甲基苄基亚硝胺(MBNA)诱发小鼠前胃癌模型5．大肠癌（carcinomaofthelargeintestine）（1）二甲基苄肼(DMH)诱发大肠癌模型（2）甲基硝基亚硝基胍(MNNG)诱发大鼠大肠癌模型6．肝癌（carcinomaoftheliver）（1）二乙基亚硝胺(DEN)诱发大鼠肝癌模型（2）4—二甲基氨基偶氮苯(DAB)诱发大鼠肝癌模型（3）2—乙酰氨基芴(2AAF)诱发动物肝癌（4）亚胺基偶氮甲苯(OAAT)诱发小鼠肝癌（5）黄曲霉素诱发大鼠肝癌7．脑肿瘤（braintumor）（1）乙基亚硝基脲(ENU)诱发大鼠胶质瘤（2）甲基胆蒽(MC)诱发脑肿瘤8．宫颈癌（cervicalcarcinoma）二、