人类疾病动物模型1

人类疾病动物模型AnimalModelofHumanDiseases马芸[e-mail]2007.10.18学习内容1.概念2.意义3.动物模型的分类4.疾病动物模型举例—肿瘤动物模型5.疾病动物模型举例—粥样动脉硬化6.疾病动物模型的设计原则7.疾病动物模型注意事项8.学习要点1、人类疾病动物模型概念人类疾病动物模型是指生物医学研究过程中所建立起来的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象及相关实验材料。2、人类疾病动物模型意义替代：避免了人体实验造成的风险和伦理问题。潜伏期长，病程长和发病率低的疾病可控：品系，感染病原体实验环境方便：样品收集结果分析容易（统计）；人畜共患病比较，研究疾病机理3、人类疾病动物模型分类：按产生原因分类：自发性动物模型(spontaneousanimalmodel)诱发性动物模型(inducedanimalmodel)基因工程动物模型(geneticallyengineeringanimalmodel)按系统范围分类疾病的本基病理过程：炎症，肿瘤，休克各系统疾病动物模型：心血管、呼吸、消化、职业病按模型种类分类整体动物、离体器官和组织、细胞株等3.1.自发性动物模型定义：是取自动物自然发生的疾病或由于基因突变的异常表现通过定向培育而保留下来的疾病模型。种类：突变系的遗传疾病模型近交系的肿瘤疾病模型优点：人为因素少，相似性高缺点：来源较困难，种类相对少3.1.1自发性高血压大鼠(spontaneouslyhypertensiverat,SHRRat)SHRRat141/203mmHgHR390NormalRat121/84mmHgHR3803.1.2严重联合免疫缺陷小鼠（SeverCombinedImmunodeficientMice,SCIDmice）由于第16对染色体隐性基因突变，纯合突变导致淋巴细胞抗原受体基因VDJ区域重排的重组酶活性异常，基因重排时断裂无法正常连接，从而影响B、T细胞的正常功能分化。外观体重与普通小鼠相同。对鼠肝炎，巴氏杆菌、卡氏肺囊虫极易感染，感染后易发病死亡。SPF环境没有B、T阳性标志细胞，对外来抗原无细胞和体液免疫NK、LAK细胞功能正常或增高；3.2.诱发性动物模型定义：通过物理的、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时的功能、代谢或病毒使动物患相应的传染病。优点：能在短时间内复制出大量疾病模型，实验条件易控制，重复性好。缺点：和自然产生的疾病模型在某些方面存在一定差异。3.3.基因工程动物模型主要是基因工程小鼠:小鼠基因组了解的很清楚，与人基因相同最多，在疾病表现型上小鼠与人类也十分相似。小鼠体积小、生命周期短、繁殖快，操作方便。分类：(1)转基因小鼠(transgenicmice）(2)基因敲除小鼠(geneknockoutmice）(3)基因替换小鼠（geneknockinmice）雄原核注射转基因小鼠基因敲除转基因动物4.疾病动物模型举例14.1肿瘤动物模型癌症成为第一位致死疾病死亡率最高的10种癌症分别是肺癌、肝癌、胃癌、食道癌、结肠、直肠和肛门癌、白血病、乳腺癌、鼻咽癌、宫颈癌、膀胱癌；4.2肿瘤动物模型4.2.1自发性肿瘤动物模型C3H乳腺癌（100%）129小鼠（生殖细胞肿瘤）4.2.2诱发性肿瘤动物模型致癌物：黄曲霉素，甲基乙硝胺…4.2.3基因工程肿瘤模型癌基因高表达：k-ras敲除P53等抑癌基因（nature，1992）4.2.4人肿瘤移植动物模型K-Ras,P53-/-双转基因小鼠K-Ras,P53-/-bitransgenicmiceinbackgroundsGenes&Development，20044.2.4.1人肿瘤移植瘤模型意义人肿瘤移植瘤模型在肿瘤基础研究中的意义添加人为因子（致突变剂，癌基因，药物等）观察肿瘤病因及机理和治疗。建立肿瘤细胞株：提供大量肿瘤组织供分析。肿瘤移植瘤模型在临床肿瘤学中的意义诊断和预后：建立平行模型，明确诊断和跟踪预后。个体化疗有效试验：对于晚期和复发肿瘤有重要意义。药物有效的标准：1.肿瘤不生长；2.肿瘤生长缓慢；3.肿瘤长出后又消失；4.肿瘤无转移；5.动物寿命延长。4.2.4.2人类肿瘤移植于动物的历史免疫排斥问题眼前房，脑内，地鼠的颊囊等免疫逃避部位免疫抑制剂、射线照射的使用裸鼠等自发免疫缺陷动物作为人类肿瘤受体4.2.4.3裸小鼠（NudeMice）与肿瘤移植模型第11对染色体基因突变和近交系小鼠交配获得近交系裸鼠无毛以及胸腺缺陷SPF环境BALB/c-nu的胸腺昆明小鼠的胸腺胸腺残留一些上皮样细胞；外周血淋巴细胞减少。无接触敏感性，无移植排斥，无移植物抗宿主反应。B细胞数量正常但功能有缺陷，合成的免疫球蛋白主要是IgM，只有少量IgG。粒细胞功能较低，NK细胞活性高。肿瘤移植瘤模型制作方法肿瘤组织块或肿瘤细胞皮下移植腹腔内或肾包膜下移植原位移植原位移植瘤肿瘤组织：恶性程度：恶性和转移复发瘤成功率较高种类：细胞系成功率活检标本来源：淋巴瘤、骨肿瘤等难获成功部位：肿瘤块的外周部接种易成活裸鼠：遗传背景：胰腺癌接种BALB/c成功，NIH系失败性别：雌激素依赖性肿瘤接种雄鼠生长慢鼠龄：4-6周动物健康状态移植瘤模型成功制作的影响因素：接种部位：原位移植成功率高，移植肿瘤与人类原发瘤相似。有些肿瘤需要接种在特定的部位（对雌激素依赖的人乳腺癌MCF-7细胞系，接种乳腺脂肪垫才能成活）。其他：环境：细菌病毒可以影响NK细胞活性；接种时间：越早越好，无菌操作4.2.3.4人肿瘤移植备选动物2裸大鼠nuderat基本无毛，白，黑，黑白相间T细胞缺陷优点：大4.3.2.5人肿瘤移植备选动物3Non-obesediabeticscidmiceNOD/SCIDT,B,NK,macrophage缺陷寿命较SCID短，4-6个月适合短期研究移植瘤成功率高5.2例2-动脉粥样硬化动物模型2006年11月30日根据世界卫生组织两位专家日前在新一期美国《科学公共图书馆·医学》网络期刊上公布的一项研究，从现在至2030年，心肌梗死、脑血管病、艾滋病和肺病将是导致人类死亡的4大主要疾病。6.1自发动脉粥样硬化模型LDL受体先天性缺陷兔：1974年渡边从日本白色种兔发现一只高脂血症的变种，经传代筛选于1979年获得成功。这种兔被名命为“watanbleheritablehyperlipidemicrabbit，WHHL”，WHHL的LDL受体先天性缺陷，从出生时表现为高胆固醇血症，幼龄时自发形成动脉硬化、心肌梗塞、黄色瘤，其症状与FH患者极其相似。WHHL是作为脂质代谢、动脉硬化不可多得的模型，已被世界各地广泛应用于研究。WHHL的高胆固醇血症，动脉硬化，黄色瘤等症状同FH患者症状十分相似。缺点：在WHHL高胆固醇血症并发高甘油三酯血症，WHHL的异种杂交体没有发生高胆固醇血症。前者可能是人与兔种系差异，后者则是生活环境的不同所引起的。5.2诱发型动脉粥样硬化模型5.2.1食饵性动脉粥样硬化家兔：优点：家兔对高脂膳食敏感性高，对外源性胆固醇吸收率高，对高脂血症清除率低,家兔在高脂血症一个月后可造成动脉内皮损伤，2-3个月后可有AS斑块。缺点:家兔是草食动物,其脂代谢与人有很大不同，病变主要分布在胸主动脉、冠状动脉小分支；而冠状动脉大分支不出病灶。病灶主要是血源性巨噬细胞源性泡沫细胞。小型猪用含1-2%Ch饲养，6个月即可形成AS病灶，其病变特点及分布都与人类相似,特别是在冠状动脉可出现AS病灶。猪与人类在解剖、生理和代谢方面有许多共同之处，猪血浆脂蛋白和载脂蛋白结构和生化代谢也与人类似。缺点：考虑分组和数量，费用大。大鼠、多数小鼠和狗只出高脂血症和动脉内皮细胞功能和形态学损伤，难以出典型的AS病灶，甚至脂纹难以出现。5.2.2损伤动脉内膜引起AS病灶形成1.机械损伤：导管法、空气干燥法2.化学损伤：静注同型半胱氨酸3.免疫损伤：喂高胆固醇膳食同时，注射牛血清白蛋白，4.钙超载：VD2灌胃4天+1.5%胆固醇+0.5%胆酸+0.2%丙基硫氧嘧啶，5.感染：感染肺炎衣原体或巨细胞病毒或疱疹病毒。5.3基因工程高脂蛋白血症动物模型5.3.1转apoE-Leiden基因小鼠荷兰有一个Ⅲ型高脂蛋白血症家系，呈显性遗传。病人CH和TG都增高，早发冠心病。在ApoE基因编码第120—126氨基酸的基因缺失，称ApoE3-Leiden。1993年报告：从先证者切下apoE基因和在肝细胞内所有必须的调节元件），克隆后制成DNA溶液，原核注射获得的转基因小鼠，常规食物就有高CH和TG，但无病灶。喂高CH和高FAT，CH可达40—60mmol/L,整个主动脉树AS病灶从泡沫细胞组成的脂肪条纹到纤维斑块、钙化病灶都有。5.3.2apoE基因敲除小鼠非高脂喂养亦出病灶易发部位：整个血管树8周：最早发现有泡沫细胞；15周：有纤维斑块；20周:有典型斑块(纤维粥样斑块).小鼠无自发性粥样动脉硬化，即使是易感的C57小鼠也需要高剂量的高脂食物，而这样的食物常使小鼠死亡。2000年KnowlesJW等发现apoE基因敲除后C57小鼠比FVB小鼠发生动脉粥样硬化的倾向更明显；(PlumpAS,1992).PiedrahitaJA,19925.3.3LDL-受体基因敲除小鼠低脂饮食胆固醇为正常二倍，多在IDL和LDL，不足以引起病灶。高脂喂养，胆固醇达1500mg%,有巨大的脂肪条纹病灶，还有病灶有细胞外脂质核，纤维斑块。IshibashiS,19936、动物模型的设计原则可比性可重复性可靠性适用性和可控性易行性和经济性7、疾病动物模型的注意事项没有一种动物模型能完全复制人类疾病，模型实验结论的正确性只是相对的，最终必须在人体身上得到验证。尽可能使模型动物处于最小的变动和最少的干扰之中；动物进化的高级程度并不意味着所有器官和功能接近于人的程度；不能盲目使用近交系动物：查找文献并咨询动物实验所需动物和条件是否可行，了解前人所积累的经验，避免低水平的重复或缺乏科学依据的盲动所造成人力物力的浪费；学习重点疾病动物模型的种类疾病动物模型的注意事项