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1、人类疾病的动物模型 Animal models of Human Diseases,Yanshu Zhang, Professor Yanshu_,Definition,人类疾病动物模型是指医学研究中建立的具有人类疾病模拟表现的实验对象和相关材料。 人类各种疾病的发生、发展是十分复杂的，但以人作为实验对象来研究是有局限性的，许多实验在道义上也受到限制，不可能也不允许在人体上进行实验，但利用动物复制疾病模型加以研究，克服这些不足。,Significant,避免了临床实验的局限性 利于对发病率低、潜伏期或病程长的疾病的研究 可增加方法学的可比性 同时获得大量的实验材料 取材方便、简化 有助于全面认
2、识疾病的本质,Principle and Evaluation,相似性 大鼠自发性高血压人类原发性高血压； 小型猪自发性冠状动脉粥样硬化人类冠心病； 狗自发性类风湿性关节炎人类类风湿性关节炎 首先要在动物选择上加以注意，如：猪的皮肤与人类十分相似皮肤烧伤，皮肤疾病模型； 其次复制动物模型实验方法上不断改进，如：复制阑尾炎穿孔动物模型结扎兔阑尾血管，与人类大不相同；若结扎兔阑尾基部而保留血供，就与人类很相似。,重复性 理想的人类疾病动物模型应该是标准化的，可重复再现的。应尽量选择标准化实验动物，也应在标准化动物实验设施内完成，要均一性 可靠性 应力求可靠地反映人类疾病。,Principle an
3、d Evaluation-,适用性 应尽量考虑在今后临床能适用。雌激素能中止大小鼠的早期妊娠，但不能中止人妊娠；用大小鼠筛选雌激素避孕药也会带来错误的结论； 用大小鼠复制实验性腹膜炎也不适用，因为大小鼠对G细菌具有较高的抵抗力，不易形成腹膜炎 可控性 要能控制疾病的发展，难以控制的也不宜复制。例如狗腹腔注射粪便滤液腹膜炎，很快引起大量死亡80%，来不及做实验治疗观察 易行性 应尽量做到方法容易执行和合乎经济原则，在选择复制方法和指标的检测上也要注意这一原则,Principle and Evaluation-,人类疾病动物模型种类很多，可按不同情况进行分类，按产生原因分类，按系统范围分类，按模型
4、对象分类，按中医体系分类。 1 按产生原因分类 自发性动物模型 诱发性动物模型,动物模型的分类-,(1)突变性动物模型(mutant animal models) 指未经任何人工处理，利用动物在自然条件下发生疾病来用作模型。 (2)抗病性动物模型(negative animal models) 是指特定的疾病不会在某种动物身上发生，从而探讨为何这种动物对该病有天然的抵抗力。 (3) 异构性动物模型(different construct animal models) 是指利用健康动物生物学特征来提供疾病模型。 (4)培育性动物模型(breeding animal models) 是指通过遗传育
5、种手段将基因突变异常表现保留下来用作疾病模型。,动物模型的分类-自然获得性,人工复制性人类动物模型又称为诱发性动物疾病模型(derivational animal models)又称实验性动物模型 是指通过物理 化学 生物 复合及生物技术因素作用于动物复制疾病模型。,动物模型的分类-,(1)物理因素诱发的动物模型(physical animal models) 是指用常见的物理方法如机械损伤、放射线、气压、手术等复制的动物模型。例如外科手术复制的大鼠急性肝衰和肺水肿动物模型，放射线复制的放射病等。 (2)化学因素诱发的动物模型(chemical animal models) 是指用化学的方法复
6、制的动物模型，如化学致癌、化学中毒、强酸碱烧伤、某种有机成分的增或减导致营养性疾病等复制的动物模型。,动物模型的分类-人工复制性,(3)微生物因素诱发的动物模型(microorganism animal models) 是指用常见的生物方法，如细菌 病毒 寄生虫等复制的模型。例如柯萨奇B病毒复制大 小鼠 猪等心肌炎模型；志贺杆菌复制猴的细菌 (4)复合因素诱发的动物模型(complex animal models) 是指两种以上的方法复制的模型例如，大鼠或豚鼠的慢支：细菌+寒冷 香烟+寒冷 细菌+SO2； 大鼠肝硬化：CCl4、胆固醇、乙醇等因素来复制； 大鼠肿瘤：二甲基偶氮苯胺+-射线。,动
7、物模型的分类-人工复制性,(5)生物技术制作的动物模型(biotechnical animal models) 是指利用动物卵或胚胎移植、胚胎嵌合、细胞核移植、转基因和克隆等生物技术复制的模型。 嵌合体动物模型 Chimera animal models 核移植动物模型 Nucleus transplant animal models 转基因动物模型 Transgenic animal models 基因敲除动物模型 Gene knockout animal models RNAi 克隆动物模型 Cloning animal models,动物模型的分类-人工复制性,1)疾病的基本过程动物模型
8、(animal models of fundamental pathologic processes) 是指各种疾病共性的一些病理变化过程模型。例如，发热、缺氧、水肿、休克、DIC、电解质紊乱、酸碱平衡失调等。 2)各系统疾病动物模型(animal models of different system disease) 是指与人类各系统疾病相应的人类疾病动物模型。例如，消化、呼吸、心血管、泌尿、神经、血液、内分泌、骨骼等。也可按学科分类，内、外、妇、儿、皮肤、五官、眼等。,动物模型的分类-按系统分类,3 按模型对象分类 疾病模型的对象包括整体动物、离体器官和组织、细胞株. 4 按中医药体系分类
9、 按中医可分为阴虚、阳虚、气虚、血虚、脾虚、肾虚动物模型等； 按中药可分解表、清热、泻下、驱风湿、利水渗湿、止咳、化痰、活血化瘀、补益、理气药等。,动物模型的分类-,（一）免疫缺陷动物疾病模型 1 B淋巴细胞缺陷疾病模型 CBA/A小鼠，起源于CBA/H品系，特点是B淋巴细胞功能减退，为X-链隐性突变系，基因符号是Xid。临床表现为免疫球蛋白缺失，细胞免疫正常。,常用人类疾病动物模型-自发性,2 T淋巴细胞缺陷疾病模型 裸小鼠，主要特征为无毛、裸体、无胸腺和细胞免疫功能丧失，由于第十一对染色体上等位基因突变引起。该鼠免疫力低，易感染，生长不良，繁殖力低。这种动物能接受同种或异种组织移植，包括人
10、癌异种移植，可作为肿瘤免疫研究。国内常用裸小鼠品系为BALB/C nu/nu, Swiss nu/nu和NC nu/nu等。维持费较高。现也有裸大鼠、裸豚鼠等。,常用人类疾病动物模型-自发性,3 T，B淋巴细胞联合免疫缺陷疾病模型 Scid (Severe combined immune deficiency)小鼠，为严重联合免疫缺陷动物，表现T、B细胞大大减少，低-球蛋白血症、低淋巴细胞血症，由于B细胞缺乏在淋巴结内生发中心消失和T细胞缺乏，在脾动脉周围淋巴细胞鞘和淋巴结副皮质区缩小、淋巴细胞减少。细胞和体液免疫功能均缺损，但巨噬细胞和NK细胞功能未受影响。现已广泛应用于免疫细胞分化和功能的
11、研究、异种免疫功能重建、人单抗生产、人类自身免疫性疾病及免疫缺陷性疾病、病毒学及肿瘤学等方面的研究，是理想的动物模型。,常用人类疾病动物模型-自发性,(二)、遗传性高血压大鼠疾病模型 自发性高血压大鼠(spontaneous hypertensive rat, SHR) 高血压、病理生理及组织学变化与人相似，并可产生脑血栓、肾硬化、心梗等变化。目前有八个品系， 遗传性高血压品系(GH)、 自发性高血压品系(SHRSR)、 中风型高血压品系(SHRSP)、 Milan高血压品系(MNS)、 盐敏感品系(DS)、 Lyon高血压品系(LH)、 Munster品系(SHM)和 Sabra高血压品系(
12、SBH),常用人类疾病动物模型-,(三) 自发肿瘤疾病动物模型 几乎所有人类肿瘤都可在动物中找到。 小鼠乳腺肿瘤在C3H, A/He, DBA/2发病率高， 在C3H雌性动物月龄超过9个月后，发病率达100%； 皮肤肿瘤在C57L/He,BR/cd； 肝脏肿瘤在C3H, C3Hf, C3He, C57； 淋巴网状瘤在C58, AKR C57L； 血管内皮瘤在HK, BALB/C； 白血病在AKR等发病率较高,常用人类疾病动物模型-,（四）自发性糖尿病动物模型 KK糖尿病小鼠属先天遗传缺陷性小鼠。该鼠对胰岛素不敏感、对葡萄糖耐性小、糖尿病发病率高、老年鼠偶见肥胖。 BB Wistar大鼠是一种典
13、型自发遗传型（胰岛素依赖性）糖尿病，发病率50-70%，临床表现为多饮、多食、高血压、酮症、胰岛内-细胞大量破坏等。 NIH肥胖大鼠(SHR/N-cp)是新培育的一种用于肥胖和糖尿病研究的动物模型，表现出与人非胰岛素依赖性糖尿病相似的代谢改变。 （五）癫痫动物模型 普通长爪沙鼠20%出现癫痫，而纯系发病率100%。可通过光照、噪声等诱发，动物发作后身体不受伤害，动物很快恢复常态。,常用人类疾病动物模型-,（一）心血管疾病动物模型 1 动脉粥样硬化动物模型 常选用兔、猪、大鼠、鸡、鸽、猴和狗等。常用的方法有高胆固醇、高脂肪饲料法，免疫学法、儿茶酚胺药物注射法等。 兔:优点为敏感性高，容易造成模型
14、，时间短，缺点为它的脂质代谢与人类不同，兔表现为血源性泡沫细胞增多，解剖分布以胸动脉为主，小动脉常有病变。 猪:与人类相似，结合胸X-线照射，可引起冠状动脉痉挛。 狗:还需抑制甲状腺功能，才能复制模型。 大鼠:对动脉粥样硬化有自然抵抗力，高脂可发生凝血因子水平增高 小鼠:各品系不同对动脉粥样硬化易感性也不同。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,2 高血压疾病动物模型 可采用肾包扎法及肾动脉缩窄法复制继发性高血压，用噪声刺激复制神经性高血压模型。 3 心肌缺血和心肌梗死 电刺激法，雄兔麻醉后，用弱、强电交替刺激（0.8-1.6mA及4-6mA）右侧下丘脑背侧核，即可形成心肌缺血模型
15、；药物法，给大鼠或兔注射异丙肾上腺素，狗静脉注射麦角新碱复制冠状动脉痉挛；冠状动脉阻断法，用大鼠或狗麻醉，在冠状动脉套上压迫环，复制心肌缺血和心梗模型。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,（二）神经系统动物模型 1 大鼠卒中模型 结扎大鼠中动脉可形成卒中模型，该模型优点是能产生非致命性孤立性病灶损害，可提供长期的行为学和生物化学的研究。 2 兔脑积水模型 选用雌性幼兔，饲以限制维生素A饲料，可诱发兔脑积水。该模型易复制，可同时获得较多胎兔和新生兔的样本。通过血清维生素A的监测，可控制血清中维生素A的浓度，有利进行生化和形态学的研究。 3 诱发性大鼠纹状体损害 将红藻氨酸溶于人工脑
16、脊液中注入大鼠纹状体内，可选择性诱发亚急性或慢性纹状体损害，该模型用于研究纹状体神经元变性引起的病变。 4 大鼠囊状脑动脉瘤 结扎大鼠颈总动脉，同时佐以去氧皮质酮和高渗盐水处理，饲喂含有氨基丙睛的饲料，即形成大鼠囊状动脉瘤模型。此模型用于研究人类脑动脉瘤与血液动力学的关系、病变的发展及发病机理。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,（二）神经系统动物模型 5 老年痴呆 老年大鼠外出海马伞切断 半乳糖注射小鼠 6 帕金森病模型 6-羟基多巴胺注射 MPTP,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,（三）消化系统疾病动物模型 l 小牛轮状病毒性肠炎模型 轮状病毒能引起人类与许多
17、动物患感染，如小鼠、兔、羊、猪等，人类与动物还可交叉感染。小牛轮状病毒性肠炎模型有利于生产大量血清与抗原，是传染病学、生理学研究用较好模型。 2 豚鼠溃疡性结肠炎模型 豚鼠口服变质角叉菜(从红海藻中提取)溶液产生溃疡性结肠炎，临床表现与人类溃疡性结肠类相似，是研究溃疡性结肠炎的发病机理、综合征对全身影响和治疗方法的模型。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,3 病毒性肝炎动物模型 人类病毒性肝炎病毒对宿主有强的选择性，绒猴接种甲肝病人血浆后会产生肝损伤的生化改变和肝病变，发病绒猴的血清再接种绒猴，甚至传5代以后，仍能引起肝病变。现已发现鸭肝炎病毒与人肝炎病毒特征十分相似，不少学者用
18、鸭病毒性肝炎动物模型进行研究。免疫性肝炎疾病模型可用肝细胞膜蛋白加佐剂分次注射而产生动物免疫性肝炎模型。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,4上消化性溃疡疾病动物模型 十二指肠溃疡是一种常见而病因不明的疾病，选用大鼠能诱发出急慢性十二指肠溃疡。注射丙晴或羟基乙胺后迅速可引起进行性十二指肠溃疡，其病理形态改变与人类患者相似，溃疡见于球部前壁2mm-4mm。常引起穿孔或穿透到肝脏，小的溃疡常位于球部后壁，且必穿透至胰腺。这个动物模型应用于研究十二指肠溃疡的发病机理、实验治疗。 5 胰腺炎疾病模型 选用年轻雌性小鼠，用乙硫氨酸诱发出血性胰腺炎。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动
19、物模型,（四）呼吸系统疾病动物模型 l 慢性支气管炎和肺炎 可用SO2、烟雾、甲醛蒸气等刺激性气体刺激猴、兔、大鼠、小鼠等动物形成慢性支气管炎的动物模型。 2 过敏性肺炎的动物模型 过敏性肺炎是由于动物吸入了小颗粒生物原性抗原所引起的肺泡炎，如霉菌孢子，灰尘，花粉等所致，呈急性发作。 如用鸟粪便，可诱发牛出现过敏性肺炎，这是由于粪便中的蛋白成分引起的，牛吸入后，表现为咳嗽、缺氧、呼吸困难，而慢性期则以咳嗽，过度呼吸为主要病症，病理变化为间质性肺炎，肺泡壁增厚，淋巴细胞、浆细胞和炎性细胞浸润，肺泡间隔内集积淋巴细胞而没有淋巴生发中心。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,3 肺气肿动
20、物模型 把木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、胰蛋白酶、蛋白溶解酶分别注入兔、大鼠、地鼠气管内诱发肺气肿动物模型。1978年Kartinsky和Snider曾总结自发性和诱发的肺气肿动物模型，在马、兔、大鼠、小鼠中发现肺气肿。发现花斑小鼠(Blotchy mouse)的自发性进行性全小叶肺气肿的模型有遗传性弹力纤维合成障碍。把肺气肿的发生机制与弹力组织网遗传性结合成缺陷联系起来，为研究人类肺气肿的病因开拓了思路。 4 哮喘疾病动物模型 狗是唯一可作为哮喘疾病动物模型的动物，当受到抗原刺激后，临床明显表现是结膜炎、鼻炎和全身皮肤瘙痒症，血中可测到ragweed抗原。抗原性气溶胶激发过敏反应后，毕革狗血浆中发
21、现组胺和过敏慢反应物质(SRS-A)两种物质。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,（五）泌尿系统疾病动物模型 1 Masugi型肾炎 给兔、猫、狗注射异种抗肾血清可诱发与人肾小球肾炎相似动物肾小球肾炎模型。 2 慢性肾小球肾炎模型 用异种动物肾小球基底膜和弗氏佐剂，给绵羊注射，可获得慢性肾小球肾炎。 3 血清病肾炎 注射异种血清蛋白，受试动物产生可溶性抗原抗体复合物，沉淀于肾小球血管壁形成血清病肾炎。 4 肾衰动物模型 给大鼠注射18%酪蛋白，一个月后复制出慢性肾衰大鼠动物模型，动物出现肾小球硬化，肾小球萎缩和肾小管钙化。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,（六）内
22、分泌与代谢:有手术、化学物质损伤两种方法 1 手术 将犬作胰腺全切除术造成糖尿病后，陆续报道猫、大鼠、兔、猪、猴等切除80%-90%胰腺并受到高糖饮食刺激后，出现剩余细胞退变衰竭而引起永久性糖尿病。 2 化学物质损伤 (l)链脲佐菌素(streptozocin STZ) 一次腹腔或静脉注射30mg/kg-100mg/kg，但STZ造成糖尿病的同时，还可造成白内障、冠状动脉粥样硬化斑块 (2)四氧嘧啶(alloxan) 一次静或腹注射30-150mg/kg，可使细胞受到损害，复制糖尿病模型外还可造成肝、肾组织的损害，它在生理上不同于人类所患的糖尿病 (3)环丙庚哌(cyproheptadine)
23、 给大鼠连续给药4周后，出现胰岛素细胞的分泌颗粒逐渐消失。胰岛素分泌在安静时呈正常值，当补充葡萄糖过量时，则不能引起胰岛素的补充分泌，这与人类糖尿病患者的胰岛素动态极为相似，停药一星期后，病态可自动恢复正常，该模型比上述模型更接近于人体发病形式。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,（七）肿瘤疾病动物模型 一般使用化学致癌物质诱发动物发生肿瘤。诱发小鼠肝脏肿瘤的化合物就有58种，诱发途径口服、注射、埋藏、涂抹等，方法简单、操作容易、成功率高。常用方法有: 1 皮肤涂抹法 将致癌物质配制成溶液，反复涂抹皮肤，而复制出肿瘤，如用乙酰胺基的丙酮液涂抹皮肤复制皮肤癌。 2注射法 将致癌剂制
24、成针剂，经静脉、腹腔、皮下等部位给动物注射，如用氨基偶氮甲苯、揉酸等复制肿瘤。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,3 埋藏法 采用外科手术方法，将致癌物质包埋于皮下或其他组织内，也有将经致癌物质作用的器官组织移植于自体或同种系动物皮下，诱发出有该器官组织特点的肿瘤，由于将肿瘤组织移植到皮下，便于观察，若接种时加用一些降低免疫力的措施，如适量放射线，效果更好。 60年代后裸鼠的发现，为肿瘤移植提供了理想的宿主，由于该动物缺乏T细胞，因而广泛用于肿瘤的移植和研究。,常用人类疾病动物模型- 诱发性人类疾病动物模型,Quiz- Nov 17, 2010,Q：人类疾病动物模型设计原则和评估？ A: please read your text book (p169),