1、人类疾病的动物模型及应用,南方医科大学实验动物中心,王玉珏,一、人类疾病动物模型概念,animal model of human diseases,指医学科学研究中所建立的具有人类疾病模拟性表现的动物实验对象和材料。,人类疾病动物模型是现代生物医学研究中极为重要的实验方法和手段。通过各种动物的生物特征和疾病特点与人类疾病进行比较研究，有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施。,二、动物模型的现实意义,1. 动物作为人类的替难者 2. 临床上少见的疾病可随时进行复制 3. 缩短研究周期,加速研究成果的出现,减少患者的痛苦 4. 可以严格控制实验条件，实验结果可比性强 5.
2、 可根据需要随时采集样品 6. 有助于全面认识疾病的本质,二、动物模型的现实意义,1. 动物作为人类的替难者,三氯乙烯职业危害,动物模型主要用于实验生理学、实验病理学和实验治疗学（包括新药筛选）研究。,二、动物模型的现实意义,2. 临床上少见的疾病可随时进行复制,白化病,白血病,10岁 2.28/10万,全世界 1/1万,遗 传 病,传 染 病,代谢性疾病,内分泌疾病,血液性疾病,二、动物模型的现实意义,3. 缩短研究周期,加速研究成果的出现,减少患者的痛苦,临床上发病率低、潜伏期长和病程长的疾病,4. 可以严格控制实验条件，实验结果可比性强,5. 可根据需要随时采集样品,6. 有助于全面认识
3、疾病的本质,疾病的复杂性，病人的多样性,三、动物模型的设计原则,(一）相似性 （二）重复性（三）可靠性 （四）适用性和可控性 （五）易行性和经济性,三、动物模型的设计原则,（一）相似性 复制人类疾病模型目的在于从中找出可以外推,得到可以应用于病人的有关规律。所以，复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况。尽量寻找与人类疾病相同的动物自发性疾病。,自发性疾病动物模型种类有限，因此疾病动物模型需要加以复制。必需选择合适的动物。,（二）重复性理想的动物模型应该是规范化的，能够准确重复再现。,为了增强动物模型复制时的重复性，必须在动物品种、品系、年龄、性别、体重、健康情况；实验方法步骤；药品生产厂家、批
4、号、纯度规格、给药剂型、剂量、途径、方法；麻醉、镇静、镇痛等用药情况；仪器型号、灵敏度、精确度；实验者操作技术熟练程度等等方面保持一致，因为一致性是重现性的可靠保证。,三、动物模型的设计原则,（三）可靠性 复制的动物模型要求可靠地反映人类疾病，即可特异地、可靠地反映某种疾病或某种机能、代谢、结构变化，具备该种疾病的主要症状和体征，经一系列方法得到证实。,（四）适用性和可控性 复制时应尽量考虑到今后临床应用和便于控制其疾病的发展，以利于研究的开展。,三、动物模型的设计原则,（五）易行性和经济性,灵长类动物与人在许多方面最相似 ，疾病动物模型效果好，但其来源较困难，且价格昂贵。,小鼠、大鼠等遗传背
5、景明确，微生物等级可控，模型性状显著且稳定，年龄、性别、体重容易保持一致，价格低来源数量有保证，便于饲养管理等优点，故应尽量选用。,四、动物模型的设计的注意事项,(一)注意模型要尽可能再现所要求的人类疾病,（二）注意所选用动物的实用价值,（三）注意环境因素对模型动物的影响,(四)不能盲目地使用近交系动物,不然会导致不能控制的因素进入实验,（五）动物进化程度高并不意味着所有器官和功能接近于人的程度,（六）正确地评估动物疾病模型,四、动物模型的设计的注意事项,(一)注意模型要尽可能再现所要求的人类疾病,从研究目的出发,充分了解所需动物模型的全部信息:诱发条件、宿主特征、疾病表现和发病机制，由此分析
6、是否得到预期的结果。,诱发动脉粥样硬化时，草食类动物兔需要的胆固醇剂量比人高得多，而且病变部位不出现在主动脉弓。病理表现为纤维组织和平滑肌增生为主，可有大量泡沫样细胞形成斑块，这与人类的情况差距较大。,要避免选用与人类对应器官相似性很小的动物疾病作为模型材料。,为了增加所复制动物疾病模型与人类疾病的相似性，应尽量选用各种敏感动物与人类疾病相应的动物模型。,四、动物模型的设计的注意事项,（二）注意所选用动物的实用价值,模型应适用于使用，容易复制，实验中便于操作和采集各种标本。同时首选较熟悉而便于饲养的动物作研究对象，这样无需特殊的饲养设施和转运条件，经济上和技术上容易得到保证。,动物来源必须充足
7、，选用多胎分娩的动物对扩大样本和重复实验是有益的。尤其对慢性疾病模型来说，动物须有一定的生存期，便于长期观察使用，以免模型完成时动物已频于死亡或毙于并发症。,复制模型时必须注意动物种群的选择，要了解各类动物种群的特点和对复制动物的影响。,四、动物模型的设计的注意事项,（三）注意环境因素对模型动物的影响,复制模型的成败往往与环境的改变有密切关系。拥挤、饮食改变、过度光照、噪音、屏障系统的破坏等，任何一项被忽视都可能给模型动物带来严重影响。除此以外，复制过程中固定、出血、麻醉、手术、药物和并发症等处理不当，同样会产生难以估量的恶果。因此，要求尽可能使模型动物处于最小的变动和最少的干扰之中。,氨气增
8、多，引起呼吸道疾病、鼻炎、中耳炎等。,动物机体生理现象周期发生改变,产仔率，泌乳量，或听源性痉挛,国外常用两种近交系的杂交一代（F1）作为模型。优点：个体间均一性好，实验的耐受性强，弥补了近交系的不足；缺点：不一定保持原近交系所有的特性。,除近交系、杂交一代外，封闭群动物（远交系）的遗传特性及反应性也相对稳定,其生活力强,繁殖率高、抗病力强、可以大量生产，但个体间的重复性和一致性没有近交系和F1代动物好。,四、动物模型的设计的注意事项,(四)不能盲目地使用近交系动物,不然会导致不能控制 的因素进入实验,近交系特点:遗传物质纯合度高，稳定。,四、动物模型的设计的注意事项,（五）动物进化程度高并不
9、意味着所有器官和功能接近于人的程度,复制动物模型时，在条件允许的情况下，应尽量考虑选用与人相似、进化程度高的动物作模型。但不能因此就认为进化程度越高等的动物其所有器官和功能越接近于人。例如，非人灵长类诱发动脉粥样硬化时，病变部位经常在小动脉、即使出现在大动脉也与人类分布不同。而有报道用鸽作这类模型时，胸主动脉出现的黄斑面积可达10%，镜下变化与人也比较相似，因此也广泛被研究者使用。,四、动物模型的设计的注意事项,（六）正确地评估动物疾病模型,1.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。 2.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，
10、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。 3.复制过程中一旦出现与人类疾病不同的情况，必须分析其分岐范围和程度，找到相平行的共同点，正确评估哪些是有价值的。,五、疾病模型复制前的准备工作,1、提前预定实验动物。购买的动物必须符合实验要求 （品种、品系、性别、年龄、体重和数量等）。,2、必须留出必要的检疫期以确定动物的健康状况。,3、实验前要做充分的准备：如试剂的购买，实验技术 联系，预实验等。,不同物种不同给药途径下常用给药量(最大给药体积),皮下,腹腔,大鼠,小鼠,猕猴,绒(美洲产小型长尾猴),不同物种重复静脉给药体积(最大给药体积),实验动物循环血量,取血量上限及恢复时
11、间,不同实验动物血液总量表,不同实验动物多次采血方法举例,食蟹猴,颈静脉,股动脉,前肢外侧静脉,六、动物模型的分类,按产生原因分类,自发性动物模型（Spontaneous animal model）,诱发性动物模型（experimental animal model）,阴性动物模型（negative animal model）,孤立动物模型（orphan animal model）,按系统范围分类,疾病的基本病理过程动物模型,各系统疾病动物模型,按模型种类分类,按中医药体系分类,指实验动物未经任何人工处置，在自然条件下所发生的疾病或由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物疾病模型。自发
12、性动物模型以肿瘤和遗传疾病居多。,自发性动物模型,概念：,优点：,疾病的发生、发展与人类相应的疾病很相似，均是在自然条件下发生的疾病，应用价值很高。,举例：,自发性高血压大鼠 中国地鼠自发性真性糖尿病 小鼠各种自发性肿瘤 山羊家族性甲状腺肿,诱发性动物模型（一）,指用物理的、化学的或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引起的功能、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某种疾病。,概念：,优点：,制作方法简便,实验条件比较简单,其它因素容易控制,在短时间内可以复制大量的动物模型。,缺点：,诱发动物模型与人类自然产生的疾病在某些方面存在
13、差异。,生物因素物理因素化学因素,用细菌、细胞、病毒和寄生虫等作为致病原。 了解动物与人在疾病易感性和临床表现方面 的差异。,通过机械力、气压变动、温度变化或放射线复制相应动物模型。 参照模型设计要求，注意不同对象应采用不同刺激强度、频率和作用时间。,采用直接或间接方法致动物组织器官或全 身损害。,诱发性动物模型（二）,诱发性动物模型（三）,烧伤动物模型,制作方法：选用5kW的溴钨灯，直径15cm的聚焦镜，灯心与烧伤部位距离70cm，使用犬或大鼠烧伤时，烧前先预热灯丝20s，然后再进行烧伤。注意再预热期间需要石棉板屏蔽烧伤野，烧伤完毕后立即去掉石棉板。,原 理：利用溴钨灯焦点热源，模拟核爆炸情
14、况下 的光辐射烧伤。,可观察到烧伤皮肤 收缩现象,不同烧伤程度动物模型制作的方法的比较,阴性动物模型（negative animal model） 指不能复制某些疾病的动物品系或品种。也就是说一定的刺激或处理对一些实验动物产生效应，但对另外的实验动物却没有反应，这些对刺激或处理不起反应的动物称为阴性动物模型。在某些研究领域，这种非致敏机制很具有试验和研究价值。,孤立动物模型（orphan animal model） 指某种疾病最初在一些动物身上发现并被研究，但到目前为止在人类体内无法证实。 如哺乳动物上皮乳头瘤和Mareks病,按中医药体系分类,独特的理论体系：“辨证论治”； 独特的评价标准：
15、证、病、症； 独特的处置措施：中药、针灸、养生措施； 独特的观察指标：舌、脉、汗、神、色； 独特的认识特色：审证求因。,自然病态性动物模型或证候纯系动物模型 自然衰老肾虚状态模型等。,单纯的中医证候动物模型 脾虚证动物模型、肾阳虚证动物模型、血瘀证动物模型等。,病证结合的动物模型 肝郁型胃溃疡动物模型、肾血管性高血压血瘀证动物模型、溃疡性结肠炎脾虚证动物模型等。,状态反应性动物模型 中医“怒伤肝”动物模型、“恐伤胃”动物模型,非啮齿类动物,啮齿类动物,常见的动物模型心肌梗塞动物模型高血压病动物模型高血脂和动脉粥样硬化动物模型支气管哮喘动物模型糖尿病动物模型肺水肿动物模型,心肌梗塞动物模型,正常
16、人心脏示意图,心肌梗塞后心脏示意图,原 理,心肌梗塞的范围取决于阻塞动脉的大小和侧支循环的状况。一般来说，左冠状动脉阻塞引起左室侧壁和近心尖的左室前壁、心室间隔前部和前外乳头肌的梗塞；左回旋支的阻塞引起左室侧壁和近心底部左室后壁的梗塞；右冠状动脉的阻塞引起心室后底部、心室间隔后部和房室结的梗塞。,心肌梗塞动物模型,最常用,同时结扎几处冠脉分支，避免结扎冠状动脉主干造成死亡率增高,高血压病动物模型（animal model of hypertension）,120150g大鼠,应用最广泛,病理生理不完全相同,根据实验要求进行选择,在高血压发病期（1.52个月龄）时，末梢动脉变得狭窄、弯曲，心脏渐
17、渐肥大。以心脏重量和体重比率的增加最为显著。,出生6个月后可发生脑卒中病变（出血或梗死）、心肌梗死和纤维化、肾硬化症、细小动脉肥厚或坏死（多发生于肾及睾丸）。在血压达2425.3kPa（180190mmHg）时这些病变的发生率分别为8%、19%、17%和37%。血压上升到26.730.7kPa（200230mmHg）时上述病变也随之上升到12%、72%、40%和70%。,SHR(Spontaneou hypertensive rat )大鼠高血压发病特点（一）,SHR大鼠高血压的程度和病变的程度会因种种刺激（如背位绑缚、声音、电刺激）和过多摄入食盐而明显恶化。,SHR大鼠中枢和末梢自主神经系统
18、都发生了异常变化，特别是交感神经功能出现亢进，肾上腺髓质的去甲肾上腺素升高，约为正常大鼠的2倍，并以易于释放的形式存在。,SHR(Spontaneou hypertensive rat )大鼠高血压发病特点（二）,在新生期大鼠的侧脑室注入6-羟多巴胺破坏中枢神经的单胺能神经结构可阻止高血压的形成。因此，不论是破坏中枢神经还是破坏外周单胺能通路都可预防SHR大鼠高血压综合征的发生。,高血脂和动脉粥样硬化动物模型,喂养法,非喂养法,免疫诱发模型 儿茶酚胺诱发模型 半胱氨酸诱发模型 表面活化剂诱发模型 胆固醇-脂肪乳剂诱发模型,高血脂和动脉粥样硬化动物模型,国外：Gottigen系小型猪 我国：西藏
19、小型猪、五指山小型猪或贵州小型猪,支气管哮喘动物模型（animal model of bronchial asthma）,卵白蛋白激发哮喘模型,甲苯二异氰酸甲酯（TDI）导致的哮喘模型,邻苯二甲酸酐（PA）致变应性哮喘模型,血小板活性因子（PAF）诱发哮喘模型,支气管哮喘动物模型,国内外使用最多的模型,防止过度反应，在激发前给动物腹腔注射抗组胺药如美吡拉敏或扑尔敏,糖尿病动物模型（animal model of diabetes mellitus）,KK小鼠,自发性糖尿病动物模型,NOD小鼠,ob/ob小鼠,db/db小鼠,NSY小鼠,BB糖尿病大鼠,Zucker fa/fa大鼠,LEW.1A
20、R1/ztm-iddm大鼠,EDS群体,中国地鼠,嗜沙肥鼠,诱发性动物模型,化学诱发法,病毒诱发法,高糖饲喂诱发法,自发性糖尿病动物模型,诱发性糖尿病动物模型,型糖尿病模型,使用较多,肺水肿动物模型,氯甲酸三氯甲酯（俗称双光气）主要作用于呼吸器官，刺激呼吸道感受器，通过迷走神经系统（其作用部位在皮层下），选择性地对肺毛细血管起作用，使肺毛细血管扩张、通透性增加，从而引起肺水肺。有些化学药物和毒气可直接作用于肺毛细血管使其通透性增高，从而发生肺水肿。,原 理,肺水肿动物模型,肝纤维化动物模型,肝纤维化动物模型,正常肝组织,肝纤维化示意图 肝脏血窦内皮下的功能性基底膜造破坏，贮脂细胞激活转化为肌成
21、纤维细胞样细胞和成纤维细胞，导致肝纤维化及脂肪沉积 。,急性肾功能衰竭动物模型,动物实验的统计工作一般分为三个基本步骤：收集资料、整理 资料和分析资料。三个阶段密切联系，哪一个环节出现差错， 都会影响全局，以防实验好，统计差。资料的真实性和数字的 准确性是十分重要的。,七、受试动物的临床检查方法,实验数据的来源、记录,动物实验统计表 （数据、标本等）,化验报告,日常工作记录,实验数据,及时、直接、准确、清楚、不易消除,实验专用记录本 U盘和硬盘等,实验数据储存,七、受试动物的临床检查方法,(一) 一般检查内容及方法,1.全身状态观察,精神状态,健康表现：表现灵活、眼光有神、反应敏捷、背毛光泽。
22、,精神异常,精神抑制：无精打采、眼无神（微睁）、 行动迟缓，对外界反应迟钝。,精神兴奋：惊恐不安、乱叫，严重者攻击 人，尤患狂犬病动物最为典型。,营养状况,发育状况,患病动物体躯消瘦、背毛粗乱无光，有的骨骼外露。,如先天性畸形或代谢紊乱等造成的体躯各部位发育比例不当为发育不良。,2.体温检查,一般测量直肠温度。,体温升高：常见于传染病、呼吸道和消化道疾病；,体温降低：常见于中枢神经系统疾病、中毒、重度衰竭、 营养不良及贫血等。,动物体温存在日差，通常晚上稍高，早晨稍低。,3.呼吸次数检查,一般根据胸腹部起伏动作测定。,(一) 一般检查内容及方法,4.背毛和皮肤检查,背毛不整洁，无光泽：见于管理
23、不当，具有消化系统疾病、寄生虫病、 传染病或慢性皮肤病。,全身或局部脱毛：见于营养不良、某些中毒或寄生虫病等。,家兔等有年龄换毛（4月龄）和季节性换毛（成年后春、秋各一次）。,皮肤主要检查皮肤颜色、温度和弹性等。,(一) 一般检查内容及方法,5.粘膜检查,检查眼角膜为主,眼角膜单眼潮红局部炎症所致； 双眼潮红见于全身性发热疾病； 弥漫性潮红多见于心肺疾病； 角膜苍白见于各种类型的贫血、内出血或大出血； 角膜黄染见于胆汁排泄障碍性疾病； 角膜发绀呈不同蓝紫色见于缺氧症、循环障碍或某些中毒。,（二）系统检查,消化系统检查,采食与饮水的观察,口腔检查,粪便形状检查,呼吸系统检查,呼吸动作检查,上呼吸道检查,胸部检查,循环系统检查,本章知识点要求,掌握人类疾病动物模型的概念； 了解疾病动物模型的现实意义； 理解疾病动物模型设计的原则； 掌握动物模型设计的注意事项； 了解疾病动物模型分类； 掌握自发性和诱发性疾病模型的概念和优缺点； 熟悉各疾病动物模型不同造模方法的特点； 了解受试动物临床检查内容与方法。,谢谢！,
