第七章 人类疾病动物模型

广西医科大学实验动物中心 何萍 教授

§ 一、定义

§ 人类疾病动物模型(Animal models of human diseases）是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。

二、建立人类疾病动物模型的意义

1.作为人类的替难者，避免了在人身上进行实验所带来的危害

§ 在我国，每年有1500万只实验动物用于生命科学研究；每年，广西医科大学实验动物中心向校内外供应超过12万只的实验动物用于动物实验教学和科研。作为人类的替难者，实验动物们“向死而生”，从出生的那一刻起，就注定了要为人类健康事业献出生命。它们奔赴教学和科研第一线，为人类健康和医学发展做出了巨大贡献。

4月24日是世界实验动物纪念日， 校实验动物中心与学生爱心社团在2015年4月25日和4月26日联合举办了“关爱实验动物，关注人文教育”主题活动，号召广大同学在尊重实验动物、感谢实验动物的同时，倡导敬畏生命、尊重生命的医学人文精神。

§ 2.可提供发病率低、潜伏期长和病程长的疾病资料

• 遗传病 白化病1/1万• 血液性疾病 白血病2.76/10万• 肿瘤• 慢性支气管炎• 动脉粥样硬化• 肥胖

建立酪氨酸酶转基因小鼠模型为人类攻克白化病这种遗传病提供了基础

§ 3.可严格控制条件，克服复杂因素，增加方法上的可比性

病人

年龄性别体质遗传社会因素

疾病发生发展

动物 品种品系健康状态微生物实验条件

单一病因造模

§ 4.可按需要取得实验样品

§ 5.比较人畜共患病原体对人与动物病变的异同，有助于更全面认识疾病本质

好的疾病动物模型应具有以下特点：

1. 相似性高：保证所复制的模型尽可能接近于人类

疾病。反映该种疾病或某种机能、代谢、结构变

化，同时应具备该种疾病的主要症状和体征，并

经受一系列检测得以证实。

2. 复制率高：可重复、可标准化。标准的动物、标

准的环境、标准的饲养管理、标准的实验器材、

标准的实验操作。

3. 专一性好：即一种方法只能复制一种模型。

4、适用性和可控性：复制模型应尽量考虑今

后临床能应用和便于控制其疾病的发展。

如给犬腹腔注射粪便滤液起腹膜炎，犬很快死亡

（80% 24h内死亡），无法进行实验治疗观察，而且

粪便剂量计细菌菌株不易控制，因此不能准确地重复

实验结果。

5、易行性和经济性：动物经济而来源充足，

便于转运，易于关养。在同等条件下，优先使

用标准化的实验动物。

6、安全性：动物模型应不对实验人员和其它人

员的生命安全产生威胁。

v物理因素：机械力（脑损伤、骨折）、手术、

温度变化（冻伤、烧伤、烫伤）或射线

v化学因素：化学致癌剂，化学毒物中毒、链脲

佐菌素复制糖尿病模型、营养物质过剩或缺乏

等

v生物因素：细菌、病毒、寄生虫、生物毒素等

v复合因素：如豚鼠慢支用致病菌加寒冷或加SO2

2、自发性动物模型（spontaneous animal models）

指不加任何人工诱发，在自然条件下动物自然

产生的疾病，或者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。以肿瘤、遗传性

疾病居多。

§优点：是在一定程度上减少了人为的因素，更接近自然的人类疾病。

§缺点：来源困难，种类有限，价格昂贵，疾病动物饲养条件要求高，发病率低，发病时间长。自发肿瘤模型因动物种系、品种不同，其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异。

如：

与人类疾病相似的心脏病的加拿大犬；

与儿童碳水化合物、氨基酸代谢失调相似的猫；

自发性高血压和脑中风大鼠；

青光眼兔；

自发性糖尿病地鼠；

肥胖症小鼠；

裸鼠；

肺癌、淋巴肉瘤、白血病等等。

3、抗疾病型动物模型

又称为阴性实验动物模型

是指特定的疾病不会在某种动物身上发生。

因此可借以探讨为何该种动物对该疾病有天然的

抵抗力。

如哺乳类动物均感染血吸虫病，而洞庭湖流

域的东方地鼠却不能复制血吸虫病，故可用于血

吸虫感染和抗病的研究。

4、生物医学动物模型

是指利用健康正常的动物生物学特征来提供人类

疾病相似表现的疾病模型。

如沙鼠缺乏完整的脑基底Willis动脉环，动脉环

后交通支，可用来结扎一侧颈动脉制备脑梗塞、脑

缺血模型

鹿的正常红细胞是镰刀形的，多年来一直用于

镰刀形红细胞贫血研究。

兔甲状旁腺分布较分散，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

5、基因工程动物模型

指通过基因重组技术，该病动物的基因或基

因组，使动物的遗传特性表现与人类疾病表现相

类似的动物模型。

§分类：

§转基因小鼠模型：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中而建立的动物品系。

§基因敲除小鼠模型：

§ 向生物体的基因组转移（或植入）外源基因的过程，叫转基因。一般都认为，成功的转基因工作是从1981年开始的。1982年，英国的《自然》杂志发表了一篇文章，两个美国实验小组共同研制出转基因超级鼠。

5、基因工程动物模型

§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。

§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有限。

1. 脑缺血动物模型

2. 脑出血动物模型

3. AD动物模型

4. PD动物模型

一、神经系统疾病动物模型

分类

§ 全脑缺血模型和局灶性脑缺血模型

§ 永久性或缺血再灌注脑缺血模型

1. 脑缺血动物模型

全脑缺血模型

局灶性脑缺血模型

局灶性脑缺血模型

局灶性脑缺血模型

选用动物

§ 大鼠

§ 小鼠

§ 沙鼠

§ 兔

§ 小型猪

§ 非人灵长类 沙鼠

§ 大鼠胶原酶诱导脑出血动物模型

§ 大鼠尾状核自体血注入脑出血模型

§ 大鼠微气囊充涨脑出血模型

2.脑出血动物模型

3.AD模型

§ 拟痴呆模型：

三氯化铝；D-半乳糖；中枢神经抑制药（樟柳碱、东莨菪碱、戊巴比妥钠）

§ 大脑基底神经核损毁模型：

电损毁；兴奋性神经毒剂鹅膏蕈氨酸 (Ibotenic acid,IBO)基底前脑注射；

§ 一侧海马伞切断或海马损毁模型：

喹啉酸(Quinolinic acid，QA)海马CA1区注射

§ β-淀粉样蛋白(Aβ)致大鼠痴呆模型：Aβ片段定向注入大鼠海马CA1区

基于Aβ级联假说的AD模型

nAPP转基因小鼠模型：β-淀粉样前体蛋白(β-APP)

n 老龄动物：

18个月以上的老年鼠表现出学习和记忆能力的减退，其脑内隔区、基底核及斜角带核的神经元明显萎缩；20年以上的短尾猴脑内出现老年斑，随着年龄的增长，ApoE与β-淀粉样前体蛋白的表达增加，老年斑中相应抗体的阳性染色也增加。

n 快速老化小鼠SAMP8

快速老化型小鼠（senescence accelerated prone,SAMP)是日本学者在繁殖自然 AKR变异的小鼠时筛选出来并近交而培育成功。SAMP包括9个亚系，其中SAMP8作为AD的衰老模型被广泛认可。

§ 灵长类动物PD模型：

恒河猴颈动脉注 MPTP，入脑后转化为MPP+而进入多巴胺能及去甲肾上腺神经元，导致神经元慢性死亡

§ 旋转大鼠模型

黑质内注入神经毒剂6-羟基多巴胺破坏黑质的多巴胺神经原

4.Parkinson病（PD）动物模型

二、心血管系统疾病动物模型

1. 动脉粥样硬化动物模型

猪、猴、兔、大鼠和鸡、鸽能产生，其中以小型猪较为理想。

§ 喂养法：高脂饲料

§ 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；球囊导管法+高脂饲料

n APOE（载脂蛋白E）基因敲除小鼠

• ApoE-/-小鼠,由美国洛克菲勒大学和北卡罗莱那大学于1992年培育成功。

• 无论正常或高脂饮食，均可发生严重的高脂血症并形成动脉粥样硬化

高脂饲料：常规小鼠饲料+2l%脂肪 +0.15%胆固醇

野生型 油红O 染色

ApoE-/- 油红O染色

2. 心肌缺血和心肌梗塞动物模型§ ①冠状动脉结扎法：最常用。成年犬、家兔、大鼠

§ ②药物法：大鼠和家兔注射异丙基肾上腺素，犬注射麦角新碱。§ ③堵塞法：微珠堵塞法；汞堵塞法、气囊堵塞法。犬、大鼠§ ④血栓形成法:犬、大鼠

3.高血压动物模型

§①自发性高血压大鼠（Spontaneous hypertensive rat，SHR）ØSHR (spontaneously hypertension rat)高血压大鼠：是日本人okamoto用Wistar近交系交配 逐代选育而成。其发病表现与人原发性高血压极为相似，是高血压研究的最佳模型。

ØSHR大鼠在2月龄前几乎全部动物血压值在150mmHg以上，4-5月龄时达到高峰，血压为180-210mmHg

§②肾动脉狭窄性高血压模型

§③听源性高血压模型

§④神经内分泌型高血压模型

三、呼吸系统疾病动物模型

1.慢性支气管炎动物模型

§ 二氧化硫吸入法：选择小鼠，SO2 2％，每天10S

§ 烟雾吸入法：选择大鼠，强、弱，香烟吸入法

2. 肺气肿动物模型

给予水解酶类（猪胰弹性蛋白酶、木瓜蛋白酶）

§ ①雾化吸入法

§ ②气管内滴入法

3. 支气管哮喘模型

§ 一般使用豚鼠，氯化乙酰胆碱和磷酸组胺溶液混合，喷雾吸入，可用鸡蛋白先行致敏。

§ 犬多次暴露于过敏源，也可引起哮喘。

1.溃疡病动物模型

§ 应激法：用饥饿、刺激寒冷等方法造成溃疡，大小鼠采用水浸法造成的胃溃疡模型较为稳定。

§ 幽门结扎法：大鼠较为适宜，结扎幽门18小时后使用。

§ 乙醇损伤法：大鼠禁食48小时后灌服无水乙醇

§ 药物法：可给大鼠或小鼠，注射一定量的组胺、皮质激素、利血平或水杨酸等

根据不同的要求选择不同的方法。

四、消化系统疾病动物模型

§ 2.四氯化碳肝硬化（hepatocirrhosis）动物模型：Wistar或SD大鼠，皮下注射40％～50％四氯化碳（CCl4），同时饲以玉米面（混入0.5％胆固醇）

§ 3.免疫性肝纤维化模型：

血清白蛋白

4.病毒性肝炎动物模型

§ 猩猩、猴：人类肝炎病毒

§ 树鼩：人类甲乙丙肝炎病毒

§ 鸭：鸭乙型肝炎病毒

n 免疫缺陷动物模型

n 自身免疫病动物模型

n 超敏疾病动物模型

自发性免疫缺陷动物

§ B淋巴细胞缺陷模型

CBA/N系小鼠

§ T淋巴细胞缺陷模型

裸小鼠（无毛、裸体、无胸腺）、裸大鼠

§ 重症联合免疫缺陷小鼠模型

SCID小鼠（无T、B淋巴细胞，无免疫球蛋白，对放射性高度敏感）

§ NK细胞缺陷模型

Beige小鼠

裸小鼠

裸大鼠

§ 一、诱发性肿瘤模型

§ 二、自发性肿瘤模型

§ 三、移植性肿瘤模型

§ 一、诱发性肿瘤模型

外源性致痛因素主要有化学性、物理性及生物性致癌物，其中化学性致癌物(Chemical carcinogens)最常见。

1.化学性致癌物(Chemical carcinogens)

苯并芘（benzpy rene）

甲基胆蒽（MC）

联苯胺（benzidine ）

亚硝胺类（nitrosamine ）

黄曲霉素类（aflatoxin）

2. 物理性方法主要是放射性物质致瘤，用放射线照射或局部注射放射性同位素。

3. 生物学方法是用能诱发动物肿瘤的病毒致癌，如：小鼠白血病病毒（Murine leukovirus，MLV），Rous鸡肉瘤病毒，SV40

病毒。

二、动物自发性肿瘤模型

各类动物自发瘤:

乳腺肿瘤

肺肿瘤

白血病

其它

三、动物移植瘤

§ 是指将动物或人体肿瘤移植到同种或异种动物，连续传代而培养出的模型

§ 移植性肿瘤可利用动物的自发瘤或诱发瘤建立。

§ 1．小鼠可移植性乳腺癌

§ 2．小鼠可移植性肺腺癌

§ 3. 小鼠可移植性肝癌

§ 4．小鼠可移植性宫颈癌

§ 5. 小鼠可移植性淋巴造血系肿瘤

人体肿瘤的免疫缺陷动物移植模型

Rygaard和Povlson1969年首次将人结肠癌在裸鼠上移植成功。迄今为止，世界上建立的人体肿瘤免疫缺陷动物移植模型达400种以上。

裸鼠在肿瘤研究中的应用

• 裸鼠具有免疫缺陷的特点。裸鼠成瘤模型具有成瘤时间

短、效果稳定、可重复性好和能够模拟人体内肿瘤的生

物学行为等优点，是进行肿瘤基础研究、抗肿瘤药物评

价和筛选的理想工具，广泛应用于肿瘤学研究中。

裸鼠成瘤常规评价

1. 裸鼠体重

2. 肿瘤体积及重量

3. 肿瘤生长曲线

4. 病理学检测和分析

传统方法存在实验误差大、对实验动物创伤大、

研究周期长、无法连续动态观察等诸多弊端。

美国ROPER公司Lum020ne FA1024 小动物活体联合成像系统

• 活体动物体内光学成像主要采用生物荧光与生物发光两种技术。荧光技术则采用绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白(RFP)等荧光报告基因进行标记，而生物发光是用荧光素酶基因（Luciferase）标记细胞或DNA。

• 带GFP或者RFP荧光的成瘤细胞株 • 带luciferase表达的成瘤细胞株。

七、内分泌及代谢性疾病动物模型

诱发性糖尿病动物模型

①化学诱发法：四氧嘧啶；链脲佐菌素

②病毒诱发法：DBA/2雌性小鼠，皮下注射脑炎、心肌炎病毒M型变异株

③高糖饲喂诱发法：SHR/NLH-cp大鼠，喂含54%蔗糖饮食。

•KK-Ay糖尿病小鼠：轻度肥胖2型

•NOD/LtJ小鼠: 1型

•Ob/ob小鼠：2型

•BB Wistar大鼠：1型

•肥胖性糖尿病Wistar大鼠：2型

•糖尿病地鼠：2型

自发性糖尿病动物模型

Homework

选择你感兴趣的一种动物疾病模型，叙述其造模方法和成模标准。（400字以上）