人类疾病动物模型

常见人类疾病动物模型及研究进展宁夏医科大学实验动物中心主讲教师：冉林武Email：[e-mail]电话：[phone]常见人类疾病动物模型及研究进展第一章人类疾病动物模型概述人类疾病动物模型(animalmodelofhumandiseases)是指医学研究中建立的具有人类疾病表现的动物实验对象和相关材料。一、概念第一章人类疾病动物模型概述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；烈性传染病（SAS；狂犬病）、中毒病（CO；蛇毒等）、放射病等。二、医学科学研究应用动物模型的意义第一章人类疾病动物模型概述3、研究发病率低，潜伏期和病程长的疾病；遗传病（白化病）；动脉硬化；肥胖等。4、可严格控制条件，克服复杂因素；年龄、性别、饮食、文化经济等二、医学科学研究应用动物模型的意义第一章人类疾病动物模型概述5、样品收集方便，实验结果易分析；6、比较人畜共患病病原体对人与动物病变的异同，更加全面了解疾病性质。二、医学科学研究应用动物模型的意义第一章人类疾病动物模型概述1、自发性动物模型；2、诱发性动物模型；3、基因工程动物模型；4、抗疾病型动物模型；5、生物医学模型；三、动物模型的分类（一）按产生原因分类第一章人类疾病动物模型概述1、自发性动物模型（spontaneousanimalmodel）（1）概念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。（一）按产生原因分类自发性高血压大鼠(突变系的遗传病)(spontaneouslyhypertensiverat,SHRRat)•SHRRat–141/203mmHg–Heartrate390•NormalRat–84/121mmHg–Heartrate380裸鼠nudemouse肥胖症小鼠ob/oborobesemouse1、自发性动物模型1、自发性动物模型乳腺肿瘤；肺脏肿瘤；肝脏肿瘤；卵巢肿瘤；胃肠道肿瘤；淋巴性白血病；垂体瘤等近交系小鼠自发性肿瘤疾病第一章人类疾病动物模型概述（2）优点：完全在自然条件下发生的疾病，排除了人为的因素，疾病的发生、发展与人类相应的疾病很相似，其应用价值很高。（3）缺点：来源困难，种类有限，价格昂贵，饲养条件要求高。1、自发性动物模型（肿瘤、遗传病）第一章人类疾病动物模型概述2、诱发性动物模型（experimentalanimalmodel）（1）概念指通过使用物理、化学、生物等致病手段，人为制造的与人类疾病表现类似的动物模型。（一）按产生原因分类2、诱发性动物模型（一）按产生原因分类物理因素：机械损伤、手术、冻伤、烧伤等；化学因素：化学致癌剂、化学毒物中毒、强酸强碱烧伤、营养物质过剩、营养物质缺乏等。生物因素：细菌、病毒、寄生虫、生物毒素等；复合因素。第一章人类疾病动物模型概述（2）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。（3）缺点：和自然产生的疾病模型在某些方面存在一定差异。2、诱发性动物模型第一章人类疾病动物模型概述3、基因工程动物模型（1）概念指通过基因重组技术，改变动物的基因或基因组，使动物的遗传特性表现与人类疾病表现相似的动物模型。（一）按产生原因分类3、基因工程动物模型（一）按产生原因分类（2）分类a.转基因小鼠模型(transgenicmice）：指用实验的方法将外源基因导入早期胚胎细胞，使之整合于细胞基因组中而建立的动物品系。b.基因敲除小鼠模型(geneknockoutmice）：通过同源重组将外源基因定点整合入胚胎干细胞基因组上某一确定的位点，利用修饰的后的干细胞生成嵌合体，再由嵌合体生成基因敲除小鼠。雄原核注射转基因小鼠基因敲除转基因动物3、基因工程动物模型（一）按产生原因分类（3）优点：不但能从动物整体水平和组织器官水平上进行研究，而且还可以深入到细胞水平和分子水平，为发病机制、药物筛选和临床医学研究提供了比较理想的实验体系。（4）缺点：动物机体基因调控机制十分复杂，目前基因工程动物模型提供的信息还很局限。第一章人类疾病动物模型概述1、疾病的基本病理过程动物模型：指各种疾病共同性的一些病理变化过程模型。如发热、缺氧、水肿、休克、弥散性血管内凝血、电解质紊乱、酸碱平衡失调等。三、动物模型的分类（二）按系统范围分类第一章人类疾病动物模型概述2、各系统疾病动物模型：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、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、动物模型的分类（二）按系统范围分类第一章人类疾病动物模型概述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。三、动物模型的分类（三）按模型种类分类第一章人类疾病动物模型概述自1960年有人复制小鼠阳虚动物模型至今已有30多年，在此期间中医药动物模型迅猛发展，已形成独特的较完整的体系，以其独特的理论体系“辨证论治”；独特的评价标准，证、病、症；独特的处置措施，中药、针灸、养生；独特的观察指标，舌、脉、汗、神、色；独特的认识特色，审证求因，形成中医药动物模型体系，进入了人类疾病动物模型的大家族，成为一支不可缺少的生力军。三、动物模型的分类（四）按中医分类第一章人类疾病动物模型概述1.致模因素对动物模型复制的影响；2.动物因素对动物模型复制的影响（野生动物、家养动物、标准化实验动物）；3.实验技术因素对动物模型复制的影响；季节、时间、试剂、麻醉、手术方法等。4.环境因素和营养因素对复制动物模型的影响；居住条件、饲料、光照、噪音、温湿度、气流速、氨浓度等。四、影响动物模型质量的因素第一章人类疾病动物模型概述1.与人类疾病的可比性，相似性越高越好；动物自发性疾病；制作2.复制动物模型可重复性；品种、品系、年龄、性别、体重，健康状况，饲养环境、管理、实验处理要一致。3.可靠性；特异的、可靠的反映某种疾病。五、动物模型的设计原则第一章人类疾病动物模型概述4.适用性和可控性；临床应用和疾病的可控性，利于疾病研究的开展。5.易行性和经济性；制模方便易行、小动物多选用而灵长类少五、动物模型的设计原则第一章人类疾病动物模型概述没有一种动物模型能完全复制人类疾病真实情况，动物毕竟不是人体的缩影。模型实验只是一种间接性研究，只可能在一个局部或几个方面与人类疾病相似。因此，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。五、动物模型的设计原则第一章人类疾病动物模型概述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；五、动物模型的设计原则第一章人类疾病动物模型概述1.自发性动物模型2.诱发性动物模型3.转基因动物模型六、课程的主要内容常见人类疾病动物模型及研究进展第二章自发性动物模型1.概念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。一、免疫缺陷动物造血干细胞淋巴细胞系胸腺腔上囊(类囊组织)T细胞CKCTLB细胞抗体IgGIgAIgMIgDIgE粒细胞系巨噬细胞-AG免疫缺陷病发生的可能环节第二章免疫缺陷动物1.分类（1）先天性免疫缺陷动物：T淋巴细胞免疫缺陷；B淋巴细胞免疫缺陷；NK细胞免疫缺陷；联合免疫缺陷（2）获得性免疫缺陷动物：黑猩猩HIV感染；有蹄动物慢病毒感染；猴AIDS；猫FeLV病毒感染；小鼠AIDS模型一、免疫缺陷动物裸小鼠（NudeMice）•第11对染色体基因突变（隐性突变）•无毛以及胸腺缺陷•缺乏成熟T细胞的辅助、抑制及杀伤功能，因而细胞免疫力低下。B淋巴细胞正常，但功能不完善。•成年裸小鼠（6～8week）较普通小鼠有较高水平的NK细胞活性，但幼鼠（3～4week）的NK细胞活性低下。•SPF环境,生产上一般采用纯合型雄鼠与杂合型雌鼠交配。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。第二章免疫缺陷动物裸小鼠的应用：广泛应用于肿瘤学、微生物学、免疫学、寄生虫学、毒理学等基础医学和临床医学研究中。品系：NIH-nu、BALB/c-nu、C3H-nu、C57BL/6-nu裸大鼠（NudeMice）•基因符号为rnu，具有与裸小鼠基本相似的特征，无胸腺，缺乏功能性T细胞，B细胞功能基本正常；•基本无毛，但头部和四肢少量毛，皮肤呈白，黑或黑白相间；•优点：个体大，利于试验。起源于CBA/N品系，又称CBA/N小鼠。由于X性染色体上的基因xid发生突变，使其B细胞功能缺陷。纯合子雌鼠(xid/xid)和杂合子雄鼠(xid/Y)对非胸腺依赖性Ⅱ型抗原没有体液免疫反应，血清中IgM和IgG含量较低，对B细胞分裂素(B-cellmitogens）缺乏反应，分泌IgM和IgG亚类的B细胞数量减少。其T细胞功能正常。性连锁免疫缺陷小鼠X-linkedimmunedeficiencymouse，XID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；Non-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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。纯合鼠(bg/bg)被毛完整，但毛色变浅，耳郭和尾尖色素减少，出生时眼睛颜色很淡。纯合bg基因同时还损伤细胞毒T细胞功能，降低粒细胞趋化性和杀菌活性，延迟巨噬细胞调节的抗肿瘤杀伤作用的发生，还影响溶酶体的发生过程，导致溶酶体膜缺损，使有关细胞中的溶酶体增大，溶酶体功能缺陷。由于溶酶体功能缺陷，bg对化脓性细菌感染非常敏感，对各种病原因子也都较敏感，所以要在SPF或无菌环境中才能较好地生存。Beige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。纯合型(me/me)还伴有自身免疫的倾向，免疫复合物可沉积在肾、肺、皮肤。该系小鼠对判别生命早期免疫功能缺陷和某种自身免疫性疾病发生都是有用的模型。Motheaten小鼠基因符号为Dh，是显性突变基因，位于1号染色体上，现有品系为B6C6-Dh；纯合子（Dh/+）缺乏脾脏，其泌尿系统、生殖系统、消化道和骨骼有一定程度的畸形。这种小鼠无需特殊饲养条件。如果将nu基因和Dh基因结合在一起，即可培育出无胸腺和无脾脏的La-sat小鼠。显性半肢畸形小鼠dominanthemimeliamice3SAM小鼠2日本京都大学胸部疾患研究所老化生物研究室，在美国引进的AKR/J小鼠(胸腺肿瘤模型小鼠)中发现突变小鼠，用20年时间精心培育成功快速老化模型小鼠(senescenceacceleratedmouse，SAM)。3SAM小鼠•SAM系列中在4-6月龄以前与普通小鼠的生长一样，4-6月龄以后则迅速出现老化诸特征。如脑、视器、心、肺、肾、皮肤等器官老化。血液、免疫和抗氧化等系统老化，出现骨质疏松和老化淀粉样变。•该小鼠是研究老年病的理想动物模型，也是研究老化肾虚的自发性动物模型。4dwdw