现代实验动物与比较医学研究.ppt

　　现代实验动物与比较医学研究

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　　现代实验动物是指经遗传学和微生物学严格控制的动物 经遗传学控制分类 近交系动物 突变系动物 杂交群动物或称杂交一代动物(F1) 封闭群动物 经微生物学控制分类 无菌动物 悉生动物 无特定病原体动物(Specefic pathogen-free animlas,SPF)和 清洁动物

　　第一节 近交系动物在比较医学研究中的应用

　　1929年美国C. C. Little在研究小鼠毛色基因时，采用了近亲育种繁殖，培育出世界上第一株DBA近交系小鼠，从而揭开了现代实验动物科学的序幕。 成功地解决了哺乳动物遗传、生理、病理、药理学、免疫学等方面机理的诸多问题。同时建立了多种用于研究人类疾病动物模型，对生物医药学发展起了不可估量的作用。

　　近交系动物是指至少经过20代以上连续全同胞或亲子交配，品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先的动物群。 近交系动物的近交系数达98.6%以上，杂合基因小于1.4%，群体内个体间遗传差异小，其遗传相似程度与一卵孪生子几乎一致。 正因为近交系动物遗传纯合度高，个体差异小，特征稳定，越来越广泛地应用于生物医学的各个领域。

　　(一)概念

　　小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔等近交系都是经过长期高度的近亲交配和逐代反复严格选择、淘汰而培育的。 鸡、鹌鹑、猪、犬、猫等若进行高度近亲交配，其繁殖力很快下降，若按其他动物的要求达到20代以上的近交程度是很困难的，因此，有人主张，鸡等动物的近交系数达到50%，血缘系数80%以上者，即可认为是近交系。 目前各类实验动物中已培育的近交系动物的数目有小鼠300、大鼠111、地鼠35、中国地鼠4、美国地鼠4、豚鼠15、兔12、鸡40、鱼9、两栖类4。

　　(二)特征

　　1.基因纯合性 2.遗传稳定性 3.遗传组成的同源性 4.表型均一性 5.遗传组成的独特性 6.遗传特征的可分辨性 7.分布的广泛性 8.资料可查性

　　亚系

　　亚系特点和形成 亚系(Substrain)是由同一个近交系分离出来的具有各不相同特性的品系。 育成的近交系可能由于突变和残余杂合基因而导致部分遗传组成的改变，从而形成亚系。 亚系可由下列途径形成：①在同一研究室里，从近交品系中分离出来，从兄妹交配繁殖达8~19代之后分开饲养，不与其他品系混交，再兄妹或亲子近交12代以上者。如此可获得具有一定特殊性状的亚系。②一个近交品系从一个研究机构或研究者转送另一个机构或研究者，经相当代数的饲养，并与其他品系混交者。③当发现有某些基因变异时，可培育成具有某些特殊性状的亚系动物。

　　(四)使用优点

　　近交系动物其基因的高度纯合，反应一致，克服了普通动物的个体差异，因此，实验结果准确可靠，有规律性，重复性好，能精确地判断实验结果，得出正确结论。 1.具有相同的基因型，表现型也一致，所以其反应是一致的，实验结果正确、可靠 2.由于近交，隐性基因纯合性状得以暴露，使各品系均有其独特的特性 3.国际上分布广泛便于学术交流 4.有大量的历史资料可查

　　二、重组近交系

　　1.定义 以两个无关的高度近交的品系进行交配，产生F2代后，再进行全同胞交配达20代以上而育成的一个近交品系称为重组近交系 重组近交系动物即具有其双亲品系的特性，又具有重组后一组内和每个重组近交系的特征，其具体特点为： ①重组近交系由于各染色体上基因的自由组合和同一染色体上基因的交换，而发生基因重组。 ②重组近交系的遗传成分虽然限于两个亲代近交系，但并不均等。 ③重组近交系和近交系一样，具有极高的纯合性。

　　三、封闭群 (一)概念 封闭群(远交群)是以非近亲交配方式进行繁殖生产的实验动物种群，在不从其外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上。

　　特征及应用 1.封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，因此在遗传学上可作为选择实验的基础群体，用于某些性状遗传的研究。封闭群具有类似于人类群体遗传异质性的遗传组成，因此在人类遗传研究、药物筛选和毒性试验等方面起着不可替代的作用。 2.封闭群动物具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产仔多，胎间隔短，仔鼠死亡率低等、生长快、成熟早、对疾病抵抗力强、寿命长、生产成本低优点。因而广泛应用于预实验、学生教学等实验中。 3.突变种所携带的突变基因通常导致动物在某些方面的异常，从而可成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。

　　第二节 免疫缺陷动物在比较医学研究中的应用

　　免疫缺陷病(immunodeficiency diseases)可分为原发性免疫缺陷病、获得性免疫缺陷综合征和继发性免疫缺陷病三类。 1.原发性免疫缺陷病 原发性免疫缺陷病(PID)是由于先天性免疫系统发育不全而引起的免疫障碍，绝大多数有遗传背景，与造血细胞的分化和发育有关。 2.继发性免疫缺陷病 主要因恶性肿瘤、抗癌药物、放射性治疗、营养不良和老年等导致严重的免疫缺陷。 3.获得性免疫缺陷 感染ADIS时出现广泛的缺陷，包括细胞免疫、体液免疫、吞噬细胞和淋巴因子的缺陷

　　免疫缺陷动物是指由于先天性遗传突变或用人工诱导的方法建立的一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。

　　免疫缺陷动物的特点及其在比较医学研究中的应用

　　1.裸小鼠 1962年由英国格拉斯哥医院的Grist在非近交系小鼠培育中偶尔发现无毛小鼠 1968年Pantelouris研究发现该无毛小鼠没有胸腺 因而引起了医学生物学研究工作者的广泛兴趣，裸小鼠的培育成功，为研究胸腺功能、免疫学机理提供了理想的动物模型。

　　裸小鼠的主要缺陷特征

　　①被毛生长发育异常，表现为全身形似无毛，呈裸体状; ②无胸腺，仅有胸腺残迹或异常的上皮细胞，这种上皮细胞不能使T细胞正常地分化，因而免疫力低下; ③B细胞正常，成年裸小鼠的NK细胞活性较高，但幼鼠的NK细胞活性相对低下。 ④雌鼠乳腺上皮发生角化，乳腺分泌障碍，因此表现母性差。必须采用nu/nu♂×nu/+♀繁殖生产。

　　裸大鼠的特点和应用

　　裸大鼠是1953年由英国的阿伯丁Rowett研究所发现，基因符号为rnu， 1975年又发现了纯合子的裸大鼠(nu/nu)，并于1977年在英国的MRC实验动物中心建立了裸大鼠种群。 此后逐步引入美国、日本等。1983年引人中国。

　　严重联合免疫缺陷小鼠SCID

　　SCID小鼠于1983年由美国的Fox Chase癌症中心的Bosma发现于C.B-17Icr近交系(BALB/c的同类系)中，是位于第16号染色体的称之为scid的单个隐性突变基因所导致。 由于基因发生突变，造成了编码免疫球蛋白重链(IgH)和T细胞抗原受体(TcR)的基因重排异常，抑制了B细胞和T细胞前体的正常分化，导致小鼠成熟的功能T、B淋巴细胞数量大幅度减少，循环中的免疫球蛋白减少或缺损。

　　第三节 悉生动物和无菌动物在比较医学研究中的应用

　　(一)悉生动物 悉生动物是动物有机体与其携带的寄生物或生命体(细胞、真菌、病毒、原生、寄生虫)借助于哺乳动物胎盘的屏障作用，临产前通过剖腹净化，消除动物机体携带的各种寄生物或生命体，并将幼仔饲育在无菌屏障系统中，经人工哺乳或代乳培育出的动物，它是悉生生物学的一个分支，完全是经人工培育的动物。 是用来研究实验动物本身，特别是研究各种动物与微生物及环境之间相互依存、相互制约、相互适应关系为主要内容，是现代生物医学研究的重要手段。

　　现代悉生生物技术的发展，首先成功地培育了无菌豚鼠， 继后人们又培育出无菌大鼠、小鼠、兔、猪、猴等，开辟了悉生动物的先河。 从而使人为净化各种实验动物疾病成为现实。也为实验动物设施净化，开拓净化医学在技术上奠定了基础。

　　悉生动物也称已知菌动物或已知菌丛动物，是指在无菌动物体内植入已知微生物的动物。 按我国的微生物学控制分类，同无菌动物一样，也属于四级动物，必须饲养于隔离系统。 根据植入无菌动物体内菌落数目的不同，悉生动物可分为单菌、双菌、三菌和多菌动物。

　　二、特点

　　悉生动物来源于无菌动物，其体内有不同种类的几种微生物定居，形成动物与微生物的共生复合机体。 悉生动物肠道内存在能合成某种维生素和氨基酸的细菌，尽管经高压灭菌的饲料不能供给足够的维生素，也不会像无菌动物那样发生维生素缺乏症。 悉生动物的生活力较强，抵抗力明显增强，也易于饲养管理，在有些实验中可作为无菌动物的代用动物。 中国药检所的五联菌悉生动物是将大肠埃希氏菌、表皮葡萄球菌、白色葡萄球菌、粪链球菌和乳酸杆菌五种细菌接种无菌小鼠，可代替无菌小鼠进行药物检定。 在免疫学实验中，无菌动物不发生迟发性过敏反应，而感染一种大肠杆菌的悉生动物就可以发生迟发性过敏反应。

　　三、应用

　　由于悉生动物可排除动物体内带有各种不明确的微生物对实验结果的干扰，因而可作为研究微生物与宿主、微生物与微生物之间相互作用的动物模型。 1.微生物学研究 只有选用悉生动物，才有可能了解到单一微生物和抗体之间的关系。多种微生物存在于同一机体内，可以观察微生物与微生物之间及其与机体之间相互关系和菌群失调的现象。

　　2.免疫学研究 悉生动物可以弥补无菌动物的某些缺点。无菌动物抵抗力很弱，饲养管理的难度大。 使无菌动物感染某种细菌后(即成为悉生动物)其抵抗力明显增强。 所感染的微生物或寄生虫和种类可根据实验目的而定，因此适宜做某些特定的实验，如在免疫学实验中，无菌动物不能发生迟发性过敏反应，而感染一种大肠菌的悉生动物就可以发生了。

　　3.抗体制备研究 普通动物消化道内约有100~200种细菌，每克肠内容物约有106~1012个菌，菌就是一种抗原，因此用普通动物很难制备较纯的抗体。 无菌动物缺乏抗原刺激，免疫系统处于“休眠”状态，对外来的抗原刺激，有迅速、单一和持久做出反应的特性。 如果将单一菌株植入无菌动物，那么可制备抗该菌的、较纯的、效价较高的、且不会污染其他微生物的抗体。

　　(二)无菌动物 无菌动物是指不能检出一切生命体的动物，用现有的检测技术在动物体内外的任何部位均检不出任何活的微生物和寄生虫的动物。 此微生物指病毒、立克次体、细菌(包括螺旋体、支原体)、真菌和原虫。 这里的无菌是一个相对概念，不过是根据现有的科学知识和检测方法在一定时期内不能检出病原体而已。 随着科学技术的发展，现在认为是无菌的动物或许将来可以检出病原体而不是无菌动物。 因此，这个无菌是相对而言的。无菌动物来源于剖腹产或无菌卵的孵化，饲育于隔离系统。

　　用大量抗菌素也可以使普通动物暂时无菌，但这种动物不是无菌动物。 因为这种无菌状态往往是一时性的，某些残留的细胞在适当的条件下又会在体内增殖，即使把体内细菌全部杀死，它们给动物造成的影响却是无法消除的。 如特异性抗体的存在、网状内皮系统的活化、某些组织或器官的病理变化等。因此无菌动物必须是生来就是无菌的动物。