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实验动物学课7

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第七章 人类疾病的动物模型
主要介绍了人类疾病动物模型概念、 复制模型的意义和原则;常用疾病模型的 复制方法和应用;免疫缺陷动物、转基因 动物定义及其在生命科学研究中的应用。 研究动物模型目的在于揭示人类疾病发病 机理,寻找预防疾病的有效措施。

第一节 动物模型概述
人类疾病动物模型: (Animal Model of Human Diseases) 是指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相关材料。动物模型的研 究,实质上是有关实验动物的应用科学。
动物模型主要用于实验生理学、实验病理学和实 验治疗学(药物筛选和新疫苗开发)。

一、人类疾病动物模型的意义
? ? ? ? ? ? 避免人体实验造成的危害 可复制不易见到的疾病 可复制发病率低、潜伏期和病程长的疾病 严格控制试验条件,增加实验的可比性 样品易得,实验操作简化 有助于全面认识疾病本质

二、人类疾病动物模型的复制原则
? ? ? ? ? 相似性 重复性 可靠性 适用性和可控性 易行性和经济性

三、人类疾病动物模型的分类
(一)按产生原因分类
1.实验性动物摸型(Experimental Animal Model) 又称诱发性动物模型
是指研究者通过使用物理性、化学性、生物性和复 合性致病因素作用于动物,造成动物组织、器官或全 身特定的损害,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,即人为地诱发动物产生类 似人类疾病模型。

2.自发性动物模型(Spontaneous Animal Model)
是指实验动物未经任何人工处置,动物自 然发生的疾病,或由于基因突变,通过遗传 育种保留下来的动物模型。主要包括突变系 的遗传疾病模型和*交系的肿瘤疾病模型。

3.抗疾病型动物模型(Negative Animal Model)
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却不能复制血吸虫病。

4.生物医学动物模型(Biomedical Animal Model) 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。
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*,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的动物模型

(二)按系统范围分类
1.疾病的基本病理过程动物模型
Animal Model of Fundamental Pathologic Processes of Disease

是指各种疾病共有的一些基本病理过程模型。 2.系统疾病动物模型
Animal Model of Different System Diseases

是指与人类各系统疾病相应的动物模型,如消 化、呼吸、泌尿、心血管、神经等系统疾病相应 的动物模型。

(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、细胞株和数字模型。 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、影响动物模型质量的因素
? 致模因素 ? 动物因素 ? 实验技术因素
1.实验季节 2.昼夜不同时间的影响 3.麻醉深度的影响 4.操作技术的 5.实验给药的影响 6.对照组对造模的影响

? 环境因素和营养因素

第二节 常用动物模型的复制
一、肿瘤动物模型 ? 自发性动物肿瘤模型 ? 诱发性肿瘤动物模型
1.肝癌 二乙基亚硝胺(DEN)诱发大鼠肝癌,雌雄不限。 亚胺基偶氮甲苯(OAAT)诱发小鼠肝癌

黄曲霉素诱发大鼠肝癌 2.胃癌 甲基苄基亚硝胺(MBNA)复制小鼠前胃癌
3.肺癌 二乙基亚硝胺(DEN)诱发小鼠肺癌

? 移植性肿瘤动物模型

二、消化系统疾病动物模型 ? 幽门螺杆菌感染动物模型 ? 肝硬化动物模型 ? 胃肠渍疡动物模型

三、呼吸系统疾病动物模型 ? 慢性支气管炎动物模型 ? 支气管哮喘动物模型 ? 急性呼吸窘迫综合征动物模型

四、心血管系统疾病动物模型 ? 动脉粥样硬化 ? 高血压动物模型

五、内分泌及营养代谢性疾病动物模型 ? 糖尿病动物模型 ? 营养性肥胖动物模型

六、传染性疾病动物摸型 ? 病毒性肝炎动物模型 ? 流行性出血热动物模型 七、生殖医学动物模型 ? 致畸试验动物模型 ? 前列腺增生症病理实验动物模型

第三节 免疫缺陷动物
免疫缺陷动物 (immunodeficient animal)
是指由于先天性遗传突变或用人工诱导 的方法建立的一种或多种免疫系统组成成 分缺陷的动物。

一、 免疫缺陷动物的分类
1 先天性免疫缺陷动物: a. T淋巴细胞功能缺陷动物:裸小鼠,裸大鼠 b. B淋巴细胞功能缺陷动物:CBA/N小鼠 c. NK细胞功能缺陷动物:Beige小鼠 d. 联合免疫缺陷动物:SCID小鼠等
2 获得性免疫缺陷动物:猴、小鼠、猫等AIDS模型

二、免疫缺陷动物的特征及其应用
1.裸小鼠 (nude mice)
(1)发现与培育:裸鼠(nu/nu)
? 1962年由英国格拉斯哥医院的Grist在非*交系小鼠培育 中偶尔发现无毛小鼠。 ? 1966年经英国爱丁堡研究所的Flanagan证实,这种小鼠 是由于11号染色体上的等位基因发生突变所致。 ? 1968年Pantelouris研究发现该无毛小鼠没有胸腺。 ? 1969年Rygaard首先将人结肠腺癌移植裸小鼠获得成功

(2)裸小鼠的主要缺陷特征:
①被毛生长发育异常,表现为全身形似无毛,呈 裸体状; ②无胸腺,仅有胸腺残迹或异常的上皮细胞,这 种上皮细胞不能使T细胞正常的分化,因而免 疫力低下; ③细胞正常,成年裸小鼠的NK细胞活性较高,但 幼鼠的NK细胞活性相对低下。

(3)裸小鼠在生物医学研究中的应用:
①在组织移植(人类肿瘤)研究方面 ②在肿瘤药物治疗和肿瘤免疫研究方面 ③免疫和遗传研究方面 ④病毒、细菌、寄生虫感染机制的研究方面 ⑤其他方面的研究

2.裸大鼠 (nude rat)
(1)裸大鼠的发现与培育:
? ? ? ? ? 1953年由英国的阿伯丁研究所发现,基因符号为rnu; 1975年又发现了纯合子的裸大鼠(nu/nu), 1977年在英国的MRC实验动物中心建立了裸大鼠种群。 此后逐步引入美国、日本等。 1983年引人中国。

(2)裸大鼠的一般特征:
①体毛稀少,裸大鼠并不像裸小鼠一样完全无毛,而是 体毛稀少,尾根往往多毛; ②发育迟缓与裸小鼠一样发育相对较缓慢,体重为正常 大鼠的70%左右; ③繁育能力差,由于裸大鼠与裸小鼠一样在妊娠期间乳 腺发育缺损,故其繁殖方式同裸小鼠相同,即用纯合 子的雄鼠与杂合子的雌鼠交配方式进行繁育; ④易患呼吸道疾病,由于其无胸腺,免疫力低下,因此 易感各种疾病,特别是在环境较差时,易感溃疡性气 管炎和化脓性支气管炎等,生存时间约6~7个月。

(3)裸大鼠的免疫缺陷特征: ①免疫器官的组织学与裸小鼠相似,幼龄裸大 鼠的解剖发现,有胸腺残迹,内有未分化的 上皮细胞,但未见淋巴细胞; ②先天性无胸腺,无T细胞,T细胞功能缺失, 但B细胞功能正常,NK细胞的活力较正常鼠 高。

(4)裸大鼠在生物医学上的应用:
? 主要用于人体肿瘤的移植研究。 ? 进行外科手术,为各部位肿瘤移植和肿瘤供 血研究提供了方便。

(二)B淋巴细胞缺陷动物
又称为性连锁免疫缺陷小鼠
(X-Linked Immune Deficiency Mice,XID)

起源于CBA/N品系,其B细胞功能缺陷,基因 xid,位于X性染色体上。纯合子雌鼠(xid/xid) 和杂合子雄鼠(xid/Y)对非胸腺依赖Ⅱ型抗原没 有体液免疫反应,血清中IgM和IgG含量降低,对B 细胞分裂素缺乏反应,B细胞数量减少,T细胞功能 正常。其病理与人类Bruton丙种球蛋白缺乏症和 Wziskott-Aidsch综合征相似。

(三)NK细胞缺陷Beige小鼠

(四)严重联合免疫缺陷小鼠

第四节 转基因动物
一、转基因动物的概念 转基因动物是指基因组中稳定地整合有以实验方法 所导入的外源基因或特定DNA片段的动物。 ? 嵌合体动物(chimeric animal):只有部分组织细胞 的基因组中整合有外源基因。 逆转录病毒感染法、胚 胎干细胞介导法制备的动物第一代均为嵌合体。雄原 核显微注射法制备的动物第一代中1-10%为嵌合体(延 迟整合)。

二 、 转 基 因 动 物 的 原 理 方 法

转基因动物的制作方法
1、受精卵雄原核显微注射法 2、胚胎干细胞(ES细胞)法 3、逆转录病毒感染法 4、体细胞核移植法 5、精子载体法 6、YAC法(YAC:酵母人工染色体)

三、转基因动物的制备
实验程序如下: (1)准备假孕母鼠(养母)

(2)受精卵的准备
(3)基因导入

(4)胚胎移植 (5)对幼鼠的鉴定

? 人类已获得转基因鱼、鼠、羊、猪、兔、牛 等等大小动物。

四、转基因动物的应用
1、动物乳腺生物反应器
? 1987年,世界上第一只商业化转基因绵羊在英国 著名的罗斯林研究所诞生。这只转基因母羊的乳 汁中可以分泌α -抗胰蛋白酶,含量高达30毫克/ 升。 “生物反应器”的概念也由此产生。

? 目前已在下列动物的乳汁中生产出一些人类蛋白 质药物: ? 牛:抗凝血酶、纤维蛋白原、人血清白蛋白、胶 原蛋白、乳铁蛋白、糖基转移酶、蛋白C等; ? 山羊:抗凝血酶原、抗胰蛋白酶、血清白蛋白、 组织纤溶原激活因子、单克隆抗体等; ? 绵羊:抗胰蛋白酶、凝血因子Ⅸ、蛋白C; ? 猪:凝血因子Ⅸ、蛋白C、纤维蛋白原、血红蛋 白。

2、建立疾病模型,用于疾病研究和药物筛选等 目前已建立的疾病模型有:癌症、动脉粥样 硬化、镰状细胞性贫血、囊状纤维化、红细胞 增多症、肝炎、免疫缺陷、自发性高血压等。 3、用于育种,提高育种效率 转基因技术用于育种,不仅可以加快改良遗 传性状的进程,使选择的效率提高,改良的机 会更多,而且不会受到有性繁殖的局限。

目前转基因动物研究领域尚存在: 1)制备的效率低 制备一只转基因小鼠,需40个注射过的受精 卵,而绵羊、山羊、猪、牛分别为110、90、 110和1600。而转基因个体的后代中只有50%表 达基因) 2)转入的基因不能表达或表达混乱 3)不能遗传给后代等。

第五节 胚胎工程技术
胚胎工程技术主要是指从雌、雄生殖细胞至 囊胚的体外操作技术,包括人工授精、同期发 情、超数排卵、胚胎培养、胚胎保存、胚胎移 植、胚胎分割、胚胎嵌合、体外授精、显微授 精、性别控制、基因转移、胚胎干细胞、细胞 核移植、卵母细胞激活与孤雌发育等等。

(一)胚胎分割
用显微术将未着床的早期胚胎一分为二,四或更多,然后分 别移植给受体,妊娠产仔。一枚胚胎可克隆出两个或两个以 上的后代。

? Mular等于1968年将兔的2~8细胞期胚胎一分为二,移植给受体获得成功。 ? 70年代,利用胚胎分割先后得到小鼠、牛、山羊、马和猪的同胚双生后代。 ? 1986年,西北农业大学张涌、窦忠英等分别获得胚胎二分割的同胚双鼠和 半胚犊牛。 ? 1987年,谭丽玲等,奶牛,张涌等,山羊获得同胎双生后代。 ? 1988年,杜森等,获得同胚双生后代兔。1992年,徐宁等得同胚三鼠6组。 ? 1996年陶涛等得胚胎单细胞(分裂球)移植仔猪。 ? 目前,小鼠、家兔、山羊、绵羊、猪等实验动物均可用胚胎分割技术获得 同卵孪生后代。

(二)胚胎嵌合
将两枚或多枚胚胎细胞聚合共同发育成一个 胚胎,称为嵌合体(chimera)。 两种以上不同基因型(如A和B)的变精卵,复 合而发育成的个体也称为嵌合体,又称异表型 体(allophenics)。
小鼠、大鼠、兔、牛、猪、山羊嵌合体以及 大鼠小鼠、绵羊-山羊、马-斑马和牛-水牛等属 间嵌合体

嵌 合 体 小 鼠

(三)胚胎干细胞
胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES)
来源于胚胎的内细胞团(innercellmass,ICM)和 原始生殖细胞(primordialgerm,PGC), 具有发育 全能性(具有分化发育成三个胚层细胞的潜力)的 细胞,是动物多种组织细胞的祖细胞。能分化出 成体动物的所有组织和器官,包括生殖细胞。

( 四 ) 细 胞 核 移 植

( 五 ) 卵 母 细 胞 激 活 与 孤 雌 发 育

思考题:
1、什么是疾病动物模型? 2、使用人类疾病动物模型的意义? 3、免疫缺陷动物?祼小鼠、裸大鼠的生物学特性? 4、转基因动物、原理、方法和应用? 5、胚胎工程技术包括哪些?




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