人类疾病动物模型.ppt

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1、,1,第九章 人类疾病动物模型,第一节 概述 第二节 诱发性疾病动物模型 第三节 自发性疾病动物模型 第四节 免疫缺陷动物模型 第五节 中医证候动物模型与辨证论治,2,第一节 概 述,一、定义 模型（Model） 动物模型（Animal models） 人类疾病动物模型(Animal models of human diseases） 是指为生物医学研究和阐明人类疾病的病因、发病机理，建立预防、诊断和治疗方法而制作的具有人类疾病模拟表现的实验动物。,3,为什么要在动物身上进行试验？ 在人身上进行试验存在的问题 受伦理学的制约，许多实验不能直接在人体上进行试验 以人本身作为实验对象来推动医学发展

2、是缓慢的 临床所积累的经验在时间和空间上都存在着局限性,4,二、疾病动物模型的发展史 人类用动物进行试验，最初主要是通过观察、比较动物与动物之间以及动物与人之间在解剖结构和功能上的共同点和差异点来认识人类自身。“健康”的动物实际上充当了“健康”的人类模型。 疾病动物模型的发展可追溯到： 18世纪，英国医生詹纳（Edward Jenner）通过实验发现并证实了给人接种牛痘可使之获得天花免疫。 1876年，德国医生郭霍（Robert Koch）从病牛的脾脏中得到了致炭疽病的细菌，并且移种到老鼠身上，使老鼠相互感染，最后又重新分离获得相同的杆菌。 1884年，法国化学家和生物学家巴斯德（Louis

3、Pasteur）研制出狂犬病病毒疫苗后成功地在狗身上进行了试验。,5,1911年，美国病理学家劳斯 (F. P. Rous)用鸡肉瘤的无细胞滤液注射到健康鸡皮下，结果在接种部位出现新生肿瘤，从而发现这种肿瘤具有“传染性”。随后的研究发现这种肿瘤是由病毒引起的，这是病毒引起肿瘤理论的最早研究。-1966年诺贝尔生理学或医学奖 1914年，日本科学家山极和市川用沥青长期涂抹家兔耳朵成功诱发皮肤癌，进一步研究发现沥青中的3,4-苯并芘为化学致癌物，从而证实了化学物质可以致癌的理论。 20世纪50年代中期，美国科学家加德赛克(Daniel Carleton Gajdusek)对发生在巴布亚新几内亚土著

4、部落的库鲁（Kuru）病进行研究，发现库鲁病是一种类似于人类克雅氏病的传染病。美国科学家普鲁西纳(StanleyB.Prusiner)对库鲁病的病原体作了进一步的研究，发现变异的普里昂蛋白(prion protein)才是库鲁病的病原体，从而揭示了本病由朊蛋白（prion）感染因子所引起的本质，这一发现对其他神经系统疑难杂症的解决提供了新的途径。-1976年和1997年诺贝尔生理学或医学奖,6,20世纪60年代，动物模型开始作为专题进行开发研究。 目前，疾病动物模型已经成为现代医学特别是药效学、肿瘤学、免疫学以及临床实验医学深入发展不可缺少的工具，且有良好的发展前景和很高的实用价值。 可以说，

5、一个好的疾病动物模型的建立可极大地促进该疾病发病机理、诊断、预防及治疗研究的进展以及相关新药开发的进程；而一种疑难病、烈性传染病如无相应的动物模型，则是限制该病深入研究的瓶颈。,7,三、应用疾病动物模型的意义 减少了在人身上进行实验所带来的风险； 缩短实验研究周期； 便于实验样品的收集； 便于研究结果分析； 可提供稀缺疾病的材料； 全面认识疾病的本质,8,四、疾病动物模型的制作原则 制作一个好的动物模型除了模拟人的相应疾病表现外，还应掌握以下原则： （1）确定性：能通过各种观察指标得到明确诊断； （2）完整性：能显示某种疾病从发病到转归的整个变化过程； （3）可重复性：相近条件下，能够复制和再

6、现；最好能在两种以上不同种属动物上得到证实。 （4）规范性：在研制与复制过程中有基本同一的操作规程、技术参数与观察指标等； （5）实用性：可应用于药物药效学和毒理学检测，对药物疗效和安全性评价有实用价值；或可应用于医学实验研究，对临床诊治工作有理论指导意义等； （6）易行性：能充分保障所需动物和试剂的来源，并做到制作方法简便，仪器设备普及，造模价格适中。在同等条件下优先使用标准化实验动物。,9,动物模型评价的注意点 动物体毕竟不是人体的真实摹本，没有一种动物模型能完全复制人类疾病的状况。模型实验只是一种间接性研究，只可能在局部或几个方面与人类疾病相似。 对动物模型实验结果的评价应是相对的，不可

7、绝对外推的人身上。因此，模型实验结论的正确性只是相对的，最终必须在人体上得到验证，即最标准的终极“模型”只能是患者本身。所以复制过程中一旦出现与人类疾病不同的情况，必须分析其差异的性质和程度，找出相平行的共同点，正确评估哪些是有价值的内容。,10,五、人类疾病动物模型的分类 （一）按疾病动物模型制作方法的分类 诱发性疾病动物模型 突变系疾病动物模型 1.自发性疾病动物模型 2.人工致突变疾病动物模型 转基因动物疾病模型,11,不同人类疾病动物模型的比较,12,（二）按照各系统疾病动物模型的分类 可分为呼吸系统疾病动物模型、消化系统疾病动物模型等。 （三）按照疾病基本病理过程动物模型的分类 可分

8、为发热、炎症、休克、电解质紊乱、酸碱平衡障碍、呕吐、腹泻动物模型等。 （四）按照所用动物进行分类 例如小鼠模型、大鼠模型等。 （五）中医证候动物模型的分类 利用中医独特理论体系“辨证论治”，在实验动物身上复制不同的临床证候，以不同的证型表现出来，如八纲辨证、脏腑辨证、气血津液辨证、六经辨证、六淫辨证、卫气营血辨证动物模型等。,13,第二节 诱发性疾病动物模型,一、定义 诱发性疾病动物模型（experimental animal model）又称为实验性动物模型，指通过运用物理、化学、生物等致病因素人为作用于实验动物，造成其组织、器官或全身的一定损害，出现某些类似人类疾病的行为活动、体表症状、功

9、能指标、形态结构以及新陈代谢等方面的变化。,14,1.物理因素 机械力所致颅脑损伤、骨折 气压变化所致高原病、潜水病 温度改变所致烧伤、冻伤、中暑 放射线所致免疫功能抑制 手术破坏或切除某些器官脏器 模型应用前必须预先摸索条件，应用时必须统一实验因素，使模型具有重复性。,15,2.化学因素 强酸强碱、重金属 有毒药物：环磷酰胺、庆大霉素等 化学致癌剂：二乙基亚硝胺（DEN）、二甲基胆蒽、黄曲霉素等 营养素的过量或缺乏： 维生素、甘油三脂、胆固醇等 注意剂量的选择 3.生物因素 接种细菌、病毒、寄生虫、肿瘤组织 注意动物的易感性和临床表现的差异,16,优点：制作方法简便，实验条件可人工控制，且重

10、复性好，从而可在短期内获得大量疾病模型样品。 缺点：这类模型与自然发生的动物疾病以及人类疾病本身仍存在某些差异。另外，尚有不少人类疾病至今未能用人工方法复制，需进一步研究。 应用：诱发性疾病动物模型在医学研究中应用较广，适用于对各类疾病病因和发病机制的研究，候选药物活性的筛选，特别在药理学、肿瘤学和临床各学科已广泛被研究者所接受。,17,诱发性疾病动物模型介绍 1.大鼠心肌梗死模型制作： 大鼠麻醉后固定，连接人工呼吸机和心电记录装置，开胸暴露心脏及大血管根部，切开心包，挤出心脏，在左冠脉前降支起始部缝针，回纳心脏入胸廓，收线打结，止血后逐层关胸。分别于开胸后、缝针后、结扎后和关胸后四个点记录导

11、联心电图变化。术后26周，进行心电图、心功能以及组织病理学检查。 模型特征：ST段弓背向上抬高，QRS波群幅度降低；心功能显著下降；左室前壁形成大量边界清楚的圆形梗死灶，梗塞区心肌大量坏死，坏死心肌结构紊乱，部分梗塞区出现肉芽组织。心梗面积在冠脉结扎后6周时较2周时明显增加。 模型特点：该模型制作方法简单，成模动物心电图变化与临床相似，可作较长时间观察。但大鼠冠脉侧枝循环丰富，模型变异性较大，实验所需标本量较多。,18,2. 四氯化碳（CCl4）致肝纤维化模型 模型制作：成年雄性大鼠，按3ml/kg体重的剂量sc 60%CCl4 溶液，首剂加倍，每周2次，共9周。造模期间，每日观察动物的一般情

12、况，每周称重一次。造模过程中，动态抽取全血制备血清作生化检测。造模毕，处死动物，摘取肝、脾等脏器称重，计算脏器系数，并作组织形态学检查。 模型特征：注射CCl4后，模型动物活动逐渐减少，精神萎糜，毛发蓬乱无光泽，进食量减少，体重增长减慢。在造模1周时，血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）升高；3周时，肝脏开始肿大，肝细胞出现大面积的脂肪变性；5周时，ALT，天冬氨酸氨基转移酶（AST）、透明质酸（HA）同时升高，血清总蛋白（TP）、白蛋白（ALB）下降，球蛋白（GLO）增高，肝脏明显肿大，质较硬且脆，油腻感较重，肝实质内大量炎症细胞浸润，胶原纤维从汇管区升始向实质延伸；7周时，肝细胞约半数细胞发生坏

13、死，小部分视野中出现纤维包裹形成假小叶；9周时，肝脏仍肿大变硬，但增大程度和肝重指数上升程度稍有下降，肝细胞大部分发生变性坏死，胶原纤维包裹肝组织形成假小叶。 模型特点：首选雄性大鼠作为受试动物。皮下注射法虽成模率有所提高，且受干扰因素影响相对较少，但成模时间较长。该模型致模机理明确、病变典型、操作简便，但造模周期过长，动物死亡率较高，且停药后有一定自然恢复趋势。,19,型糖尿病模型 制作方法：成年大鼠，用含20%蔗糖和10%猪油的高糖高脂饲料饲养，4周后按30mg/kg体重的剂量一次性ip或iv链脲佐菌素（STZ）溶液。 模型特征：注射STZ后7、14、21d时，模型动物体重增长曲线、血清胆

14、固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL）、空腹和餐后血糖（Glu）、糖化血红蛋白（HbAlc）水平均明显升高，其中空腹血糖均值高于6.78mmol/L。 模型特点：该模型表现为胰岛素抵抗、高血糖等型糖尿病的特征，但有时高胰岛素（RI）并不明显，故不适宜于胰岛素增敏剂的研究。,20,定义：自发性疾病动物模型是指在自然情况下正常染色体上的基因发生突变，从而出现具有某种遗传缺陷或某种遗传特点的动物，通过合理的遗传育种和检测手段加以定向培育，保持其遗传性状，培育出有研究价值的突变系动物。 自发性疾病动物模型是突变系疾病动物模型中的一种，后者还包括人工用物理、化学方法致基因突变，导致动物出

15、现异常疾病表现，通过定向培育而保留下来的疾病模型。,第三节 自发性疾病动物模型,21,优点： 在一定程度上减少了人为的因素，因此更接近于自然发病的人类疾病。 缺点: 自发突变自然发生率低，目前所有的自发性疾病动物模型数量有限； 发现和验证基因突变需要专业知识，培育费时，专业性强； 有的疾病动物难以饲养繁殖。 有的疾病没有自发性疾病动物模型 应该指出，很多自发性疾病动物在饲育过程中往往被当作为患病劣质动物而淘汰，这是很可惜的。通过分析和定向培育，保留其疾病特征，人们可能从中获得更多的疾病材料。,22,自发性疾病动物模型介绍,一、自发性糖尿病（spontaneous diabetes mellit

16、us）动物模型 世界卫生组织（WHO）于1985年将糖尿病分为胰岛素依赖型（insulin dependent diabetes mellitus，IDDM）和非胰岛素依赖型（non insulin dependent diabetes mellitus，NIDDM）。目前已培育出上述两种类型糖尿病的动物模型，其中以NIDDM动物模型居多。 1db/db（Diabetes）小鼠 是由近交系C57BL/KS小鼠单隐性基因突变后培育而成，属NIDDM糖尿病模型。该模型具有肥胖、胰岛素抵抗、高血糖、高胰岛素血症、高甘油三酯血症等特征，临床症状包括肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、烦渴、多尿，最后可因酮尿而

17、死亡。 2ob/ob（Obese） 小鼠 常染色体隐性遗传，纯合子动物，表现肥胖、高血糖和高胰岛素血症，属NIDDM糖尿病模型。该小鼠因Leptin（ob基因产物）缺乏引起肝脂肪生成和肝糖原异生，高血糖又刺激胰岛素分泌，引起胰岛素抵抗的恶性循环。,23,3BB（Biobreeding）大鼠 选育自 Wistar大鼠，是型糖尿病的良好模型。其发病与自身免疫性毁坏胰岛细胞引发胰腺炎和胰岛素缺乏有关。大鼠通常在60120日龄时发病，数天后就出现严重的高血糖、低胰岛素和酮血症。给予免疫抑制剂、切除新生鼠胸腺等方法可预防糖尿病的发生，说明自身免疫参与发病过程。 4. GK大鼠 属通过选择糖耐量处于上限的

18、Wistar大鼠近交繁殖重复数代培育而成。表现为胰岛素分泌不全、胰岛素抵抗、胰岛纤维化等典型的NIDDM糖尿病特征。大鼠在长期糖尿病后会出现各种并发症，如视网膜病、微血管病、神经病、肾病等。和其它啮齿类II型糖尿病动物模型相反，GK大鼠是非肥胖的。,24,二、自发性高血压（spontaneous hypertension）动物模型 目前已培育出兔、大鼠和小鼠自发性高血压模型 自发性高血压大鼠（SHR）: 由具有显著高血压症状的远交Wistar雄性鼠与带有轻微高血压症状的雌性鼠交配选育而成。该鼠毛色为白色，其后代患有高血压，一般在出生后血压会随着年龄的增长而升高。10周龄雄鼠平均血压为18417

19、 mmHg，雌鼠平均血压为17814mmHg（23.71.9kPa）最高可超过200mmHg。该鼠高血压形成机制与人类有许多相似之处，如血压的升高与外周血管阻力的增加有关，高血压性心血管病变多发，无明显原发性肾脏或肾上腺损伤，对抗高血压药物有反应等，因此，它是目前国际公认的最接近于人类高血压病的动物模型，亦是目前最为成熟、使用最多的自发性高血压动物模型，适用于人类原发性高血压研究及高血压药物活性筛选。,25,三、自发性快速老化（senescence accelerated mouse，SAM）小鼠 日本京都大学胸部疾患研究所老化生物研究室竹田俊男教授，在美国引进的AKR/J小鼠（胸腺肿瘤模型小

20、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（SAM）。 主要特性 SAM系列中的一个品系在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。如免疫功能紊乱，肺泡扩张，听力损伤，退行性骨关节炎，骨质疏松，老化淀粉样变，伴有或不伴有脑萎缩的学习记忆功能障碍等。该小鼠是研究老年病的理想动物模型。,26,免疫缺陷动物模型在肿瘤学、免疫学、遗传学研究中的重要性 免疫缺陷动物发现前研究移植肿瘤模型的方法 接种 1.直接接种动物体内： 2.移植到动物某些免疫反应较弱的器官，如眼球前房或脑组织、仓鼠颊囊以及鸡胚等。 免疫抑制剂 全身射线照射 切除新生动物的胸腺、脾脏,第

21、四节 免疫缺陷动物模型,27,免疫缺陷动物的发现历史 1962年苏格兰医师首先发现无毛裸小鼠，后来发现是基因突变导致胸腺发育不良。1966年确定裸基因位于第11条染色体上；1969年丹麦Rygaard教授将人结肠癌移植到裸小鼠获得成功。 1953年英国Rowett研究所发现裸大鼠，在普通环境下仅维持15-16代。1975年再次发现裸大鼠，并证明是常染色体隐性遗传。1978年用于人癌移植。 1983年美国Bosma发现Scid小鼠。 通过回交-互交人工培育的联合免疫缺陷小鼠。,28,一、免疫缺陷动物的分类 （一）先天性免疫缺陷动物 T淋巴细胞功能缺陷动物：裸小鼠、裸大鼠、裸豚鼠 B淋巴细胞功能缺

22、陷动物：CBA/N小鼠 NK细胞功能缺陷动物：Beige小鼠 联合免疫缺陷动物：Scid小鼠、人工培育的联合免疫缺陷动物,29,（二）获得性免疫缺陷动物： 1小鼠AIDS模型：SCID小鼠的AIDS模型，转基因小鼠的AIDS模型； 2猴AIDS模型：猴免疫缺陷病毒（SIV）急性感染模型， SIV慢性感染模型，D型离转录病毒感染模型； 3黑猩猩AIDS模型：黑猩猩人免疫缺陷病毒（HIV）感染模型。,30,二、免疫缺陷动物模型介绍 T淋巴细胞缺陷动物：裸小鼠 基因突变符号及定位：nu，第11对染色体 主要特性： 体表：被毛生长异常，呈裸体外表。随着年龄增长，皮肤逐渐变薄、头颈部皮肤出现皱折、生长发

23、育迟缓。其中，BALB/c裸小鼠为浅红色、白眼睛，C3H裸小鼠为灰白色，黑眼睛，C57BL裸小鼠为黑灰色或黑色； 免疫： T淋巴细胞功能缺陷，淋巴细胞转化试验为阴性；B淋巴细胞功能一般正常，但分泌的免疫球蛋白以IgM为主，仅含少量的IgG；NK细胞活力正常，6-8周龄时细胞活性还高于一般小鼠；,31, 生理：无胸腺，仅有胸腺残迹或异常胸腺上皮，不能使T淋巴细胞正常分化，缺乏成熟的T淋巴细胞；抵抗力差，容易患病毒性肝炎和肺炎，必须饲养在屏障系统内。,32, 生殖：一般采用纯合子雄性小鼠与杂合子雌性小鼠交配繁育，可以获得1/2 纯合型仔鼠。 nu/nu +/nu nu/nu(+) + +/nu(+

24、) 寿命：在SPF环境下可活15-26个月； T细胞缺陷可通过移植成熟T细胞、胸腺细胞或正常胸腺上皮得到校正。 常用裸小鼠品系：BALB/c-nu、NIH-nu、NC-nu、Swiss-nu、C3H-nu、C57BL-nu等。 主要用途： 广泛应用于肿瘤学、免疫学、毒理学等 基础医学和临床医学的实验研究。,33,2. B淋巴细胞功能缺陷动物：CBA/N 基因突变符号及定位：xid，X性染色体 品系特征： 免疫：B细胞发育先天性缺陷， B细胞功能缺乏，对非胸腺依赖性型抗原没有体液免疫反应，血清IgG、IgM含量低； 生理：有x-连锁免疫缺陷（x-linked immune defect），其病理

25、改变与人类Bruton氏丙种球蛋白缺乏症及Wiskott-Aidsch氏综合征等相似； 移植正常鼠骨髓到xid 宿主，B淋巴细胞缺损可得到恢复。 用途：适用于研究x-染色体对免疫功能的影响，是研究B淋巴细胞的发生、功能与异质性的理想动物模型。,34,3. NK细胞功能缺陷动物：Beige小鼠 基因突变符号及定位：bg，13号染色体 品系特征： 体表：毛色变浅，耳朵和尾巴色素减少，尤其是出生时眼睛色淡，表型特征与人色素缺乏易感性增高综合症即齐-希二氏综合征（Chedian-Higashi syndrome）相似； 免疫：NK细胞发育和功能缺陷，细胞毒T细胞功能损伤，粒细胞趋化性和杀菌活性降低，巨

26、噬细胞抗肿瘤活性、移植物抗宿主（GVH）反应欠缺； 生理：溶酶体功能缺陷，对化脓性细菌敏感，必须饲养于SPF环境中； 若将bg和nu非等位基因的小鼠(C57BL/6J)，通过杂交-互交，即可培育出T与NK细胞功能联合缺陷的Beige/nude小鼠。 用途：Beige小鼠适用于作为色素缺乏易感性增高综合征动物模型进行实验研究。Beige/nude小鼠特别适用于对肿瘤转移因素的研究。,35,4. 重症联合免疫缺陷动物：Scid小鼠 基因突变符号及定位：scid，第16对染色体 品系特征： 免疫：T淋巴细胞和B淋巴细胞数目大大减少，细胞免疫和体液免疫功能缺陷；骨髓结构、巨噬细胞和NK细胞功能正常；

27、生理：胸腺、脾脏、淋巴结重量下降；外周血白细胞和淋巴细胞减少，丧失T和B淋巴细胞免疫功能，容易死于感染性疾病，必须饲养在屏障环境中；223%出现淋巴细胞功能恢复即渗漏现象； 寿命：1年以上； 通过移植人免疫组织或免疫细胞，可使SCID小鼠具有人类部分免疫系统，称为SCID-hu小鼠； 与非肥胖糖尿病小鼠NOD/Lt杂交可培育出杂交双突变NOD-SCID小鼠，后者除保留了scid小鼠T、B细胞缺陷的特点外，同时还具有低细胞活性的特性，属T、B、NK细胞缺陷的严重联合免疫缺陷动物模型。 用途：常用于肿瘤、免疫学、胚胎干细胞、人类自身免疫性疾病和免疫缺陷性疾病的研究,36,复习题,1.什么叫人类疾病动物模型？使用疾病动物模型的意义是什么？ 2.一个好的动物模型应该包括哪些特点？ 3.试比较不同方法制作的动物模型的优缺点。 4.自发性动物模型，诱发性动物模型的基本概念。 5.免疫缺陷动物模型的分类。 6.裸小鼠、CBA/N，beige和Scid小鼠的主要生物学特性是什么？,