第七章人类疾病动物模型

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1、第七章人类疾病动物模型 定义：Animal model of human disease是指医学研究中建立的具有人类疾病模拟性表现的动物实验对象和相关材料。人类各种疾病的发生发展是十分复杂的，要深入探讨其疾病的发病机理及疗效机理不能也不应该在病人身上进行。使用动物模型是现代生物医学研究中的一个极为重要的实验方法和手段，可以通过对动物各种疾病和生命现象的研究，进而推用到人类，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。以人本身作为实验对象来推动医学的发展是困难的，临床所积累的经验不仅在时间和空间上存在着局限性，许多实验在道义上和方法学上还受到种种限制。而动物模型的吸引力就在

2、于它克服了这些不足点，其在生物医学研究中所起到的独特作用，正受到越来越多的科技工作者的重视。第一节 人类疾病动物模型的优越性 1.避免对人体造成危害 动物可以作为人类的替难者，在人为设计的实验条件下反复观察和研究。因此，应用动物模型，除了能克服在人类研究中经常会遇到的道义和社会限制外，还容许采用某些不能应用于人类的方法学途径，甚至为了研究需要可以损伤动物组织、器官。2.可复制性 临床上平时很难收集到放射病、毒气中毒、烈性传染病等病人，而实验室可以根据研究目的要求随时采用实验性诱发的方法在动物身上复制出来。3.可按需要取样 动物模型作为人类疾病的“复制品”,可按研究者的需要随时采集各种样品或分批

3、处死动物收集标本，以了解疾病全过程，这是临床难以办到的。如一般遗传性、免疫性、代谢性和内分泌等疾病在临床上发病率很低，例如急性白血病的发病率较低，研究人员可以有意识地提高其在动物种群的中发生频率，从而推进研究。同样的途径已成功地应用于其他疾病的研究，如血友病、周期性中性白细胞减少症和自身免疫介导性疾病等。临床上某些疾病潜伏期很长，很难进行研究，如肿瘤、慢性气管炎、肺心病、高血压等疾病，这些疾病发生发展很缓慢，有的可能要几年、十几年、甚至几十年。有些致病因素需要隔代或者几代才能显示出来，人类的寿命期相对来说是很长的，但一个科学家很难有幸进行三代以上的观察，而许多动物由于生命的周期很短，在实验室观

4、察几十代是容易的。4.可比性 一般疾病多为零散发生,在同一时期内,很难获得一定数量的定性材料,而模型动物不仅在群体数量上容易得到满足，而且可以在方法学上严格控制实验条件，在对饲养条件及遗传、微生物、营养及饲养条件等因素严格控制的情况下，通过物理、化学或生物因素的作用，限制实验的可变因子，限定可变性，得到条件一致的实验模型材料，并排除研究过程中其它因素的影响，取得条件一致的、数量较大的模型材料，从而提高实验结果的可比性和重复性，使所得到的成果更准确、更深入。5.有助于更全面地认识疾病本质 在临床上研究疾病的本质难免带有一定局限性。许多病原体除人以外也能引起多种动物的感染，其症状体征表现可能不完全

5、相同。但是通过对人畜共患病的比较，则可以充分认识同一病原体给不同机体带来的各种危害，使研究工作上升到立体的水平来揭示某种疾病的本质。6.可简化实验操作和样本收集 动物模型作为人类疾病的“缩影”，便于研究者按实验目的需要随时采取各种样品，甚至及时处死动物收集样本，这在临床是难以办到的。实验动物向小型化的发展趋势更有利于实验者的日常管理和实验操作。作为人类疾病的复制品，便于研究者按实验目的和需要进行各种操作，并随时收集各种样品，甚至可以损伤动物组织或者处死动物以收集样本。第二节 人类疾病动物模型评估及分类 一.人类疾病动物模型设计原则 很多阐明疾病及疗效机制的实验不可能或不应该在病人身上进行。常要

6、依赖于复制动物模型，但一定要进行周密设计，设计时要遵循下列一些原则。(一).相似性 在动物身上复制人类疾病模型，目的在于从中找出可以推广（外推）应用于病人的有关规律。外推法（Extrapolation）要冒风险，因为动物与人到底不是一种生物。例如在动物身上无效的药物不等于临床无效，反之也然。因此，设计动物疾病模型的一个重要原则是，所复制的模型应尽可能近似于人类疾病的情况。1.能够找到与人类疾病相同的动物自发性疾病当然最好。例如日本人找到的大白鼠原发性高血压就是研究人类原发性高血压的理想模型，老母猪自发性冠状动脉粥样硬化是研究人类冠心病的理想模型；自发性狗类风湿性关节炎与人类幼年型类风湿性关节炎

7、十分相似，也是一种理想模型。2.与人类完全相同的动物自发性疾病模型毕竟不可多得，往往需要人工加以复制。为了尽量做到与人类疾病相似，首先要注意动物的选择。例如，小鸡最适宜做高脂血症的模型，因它它的血浆甘油三酯、胆固醇以及游离脂肪酸水平与人十分相似，低密度和极低密度脂蛋白的脂质构成也与人相似。其次，为了尽可能做到模型与人类相似，还要在实践中对方法不断加以改进。例如结扎兔阑尾血管，固然可能使阑尾坏死穿孔并导致腹膜炎，但这与人类急性梗阻性阑尾炎合并穿孔和腹膜不一样，如果给兔结扎阑尾基部而保留原来的血液供应，由此而引起的阑尾穿孔及腹膜炎就与人的情况相似，因而是一种比较理想的方法。3.如果动物型与临床情况

8、不相似，在动物身上有效的治疗方案就不一定能用于临床，反之也然。例如，动物内毒性性休克（Endotoxin Shock，单纯给动物静脉输入细菌及其毒素所致的休克）与临床感染性（脓毒性）休克（Septic Shock）就不完全一样，因此对动物内毒素性休克有效的疗法长期以来不能被临床医生所采用。现在有人改向结扎胆囊动脉和胆管的动物胆囊中注入细菌，复制人类感染性休克的模型，认为这样动物既有感染又有内毒素中毒，就与临床感染性休克相似。4.为了判定所复制的模型是否与人相似，需要进行一系列的检查。例如有人检查了动物压、脉率、静脉压、呼吸频率、动脉血pH、动脉氧分压和二氧化碳分压、静脉血乳酸盐浓度以及血容量等

9、指标，发现一次定量放血法造成的休克模型与临床出血性休克十分相似，因此认为些法复制的模型是一种较理想的模型。同理，按中医理论用大黄喂小鼠使其出现类似人的“脾虚症”，如果又按中医理论用四君子汤把它治好，那么就有理由把它看成人类“脾虚症”的动物模型。(二).重复性 理想的动物模型应该是可重复的，甚至是可以标准化的。例如用一次定量放血法可百分之百造成出血性休克，百分之百死亡，这就符合可重复性和达到了标准化要求。又如用狗做心肌梗死模型照理很合适，因为它的冠状动脉循环与人相似，而且在实验动物中它最适宜做暴露心脏的剖胸手术，但狗结扎冠状动脉的后果差异太大，不同狗同一动脉同一部位的结扎，其后果很不一致，无法预

10、测，无法标准化。相反，大小白鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的后果就比较稳定一致，可以预测，因而可以标准化。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、饲养管理；实验及环境条件，季节、昼夜节律、应激、室温、湿度、气压、消毒灭菌；实验方法步骤；药品生产厂家、批号、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).可靠性 复制的动物模型来应该力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，应具备该种疾病的主要症状和体征

11、，经化验或X光照片、心电图、病理切片等证实。若易自发地出现某些相应病变的动物，就不应加以选用，易产生与复制疾病相混淆的疾病者也不宜选用。例如铅中毒可用大白鼠做模型，但有缺点，因为它本身容易患动物地方性肺炎及进行性肾病，后者容易铅中毒所致的肾病相混淆，不易确定该肾病是铅中毒所致还是它本身的疾病所致。用蒙古沙土鼠就比较容易确定，因为一般只有铅中毒才会使它出现相应的肾病变。(四).适用性和可控性 供医学实验研究用的动物模型，在复制时，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。如选用大小鼠作作实验性腹膜炎就不适用，因为它们对革兰氏阴性细菌具有较高的抵抗力，很不容易造成腹膜炎。有

12、的动物对某致病因子特别敏感，极易死亡，也不适用。如狗腹腔注射粪便滤液引起腹膜炎很快死亡（80%24小时内死亡），来不及做实验治疗观察，而且粪便剂量及细菌菌株不好控制，因此不能准确重复实验结果。(五).易行性和经济性 在复制动物模型时，所采用的方法应尽量做到容易执行和合乎经济原则。灵长类动物与人最近似，复制的疾病模型相似性好，但稀少昂贵，即使猕猴也不可多得，更不用说猩猩、长臂猿。幸好很多小动物如大小鼠、地鼠、豚鼠等也可以复制出十分近似的人类疾病模型。它们容易作到遗传背景明确，体内微生物可加控制、模型性显著且稳定，年龄、性别、体重等可任意选择，而且价谦易得、便于饲养管理，因此可尽量采用。除非不得已

13、或一些特殊疾病（如痢疾、脊髓灰白质炎等）研究需要外，尽量不用灵长类动物。除了在动物选择上要考虑易行性和经济性原则外，而且在模型复制的方法上、指标的观察上也都要注意这一原则。二.动物模型的分类（一）按产生原因分类 1.诱发性动物疾病模型（Experimental artificial or induced animal model）是指通过使用物理的、化学的、生物的或复合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时的功能、代谢、形态结构等方面的病变，即人为地诱发动物产生类似人类疾病模型。1.1 物理因素诱发动物模型：如机械损伤、放射线损伤、气压、手术等因素复制

14、模型比较直观、简便，是较常见方法。1.2 化学因素诱发动物模型：化学药致癌、化学中毒、强酸强碱烧伤。1.3 生物因素诱发动物模型：如细菌、病毒、寄生虫、生物毒素等复制传染病、寄生虫病以及微生物学、免疫学研究的动物模型。如志贺氏杆菌复制猴的细菌性痢疾模型，柯萨基B族病毒复制大、小鼠、猪等心肌炎模型，钩端螺旋体复制豚鼠肺出血模型。1.4 复合因素诱发动物模型：如复制豚鼠慢性支气管炎模型可使用细菌加寒冷或香烟加寒冷方法，也可使用细菌加SO2。2.自发性动物模型（Spontaneous animal model）是指实验动物未经任何人工处置，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

15、过遗传育种保留下来的动物疾病模型。其中包括近交系的肿瘤疾病模型（如大鼠的结肠腺癌、肝细胞癌模型，家犬的基底细胞癌、间质细胞癌模型等十余种）和突变系的遗传性疾病模型。突变系的遗传性疾病很多，无胸腺裸鼠、肌肉萎缩症小鼠、肥胖症小鼠、癫痫大鼠、高血压大鼠、无脾小鼠和青光眼兔等。优点是在一定程度上减少了人为的因素，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，更接近自然的人类疾病，其应用价值就很高，特别是遗传性疾病、免疫缺陷病、肿瘤等得到广泛应用。缺点是目前所发现的种类有限。近交系的肿瘤模型因实验动物种系、品种不同，其肿瘤所发生的类型和发病机制有差异。而且疾病动物饲养条件要求高，

16、需要一定的时间，操作技术性能强，尚不能普遍应用。3.抗疾病型动物模型（Negative animal model）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田鼠东方田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（biomedical animal model）是指利用健康动物生物学特征来提供人类疾病相似表现的疾病模型。如沙鼠缺乏完整的基底动脉环，左右大脑供血相对独立，是研究中风的理想模型。（二）.按系统范围分类 1.疾病基本病理过程动物模型（Animal model of

17、fundemently pathologic processes of disease）是指各种疾病共同性的一些病理变化过程的动物模型。致病因素在一定条件下作用于动物后，所出现的共同性的功能、代谢、形态结构某些改变的动物模型。如发热（是各种病原生物感染所致，若给动物注射内毒素或异性蛋白可使动物体温调节中枢功能障碍而引起发热）、炎症、休克、电解质紊乱等。这类动物模型是研究疾病机理和药物筛选理想的方法。2.各系统疾病动物模型（Animal model of different system disease）是指与人类各系统疾病相应的动物模型。如心血管、呼吸、消化、造血、泌尿、生殖、内分泌、神经、运

18、动等系统疾病模型，还包括各种传染病、寄生虫病、地方病、维生素缺乏病、物理损伤性疾病、职业病和化学中毒性疾病的动物模型。（三）.按模型种类分类 包括整体动物、离体器官和组织、细胞株和数学模型等。（四）.按中医药体系分类 中医动物模型是根据中医理论，对人类疾病原型的某些特征进行模拟复制，创造出的人类疾病和证的实验动物。通过对动物模型的研究，探讨证的实质，提示辨证论治的基本规律，规范中药及复方的使用，使实验中医学与临床有机地结合，才能使中医理论的发展有所突破，从而有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施。经过30多年的发展，已形成独特的较完整的体系，为中医基础药理学、基础病理

19、学研究提供了重要依据。1.模拟中医传统病因建立动物模型 此类模型是依据中医传统理论，以研制开发“纯”中医病证动物模型为目的，一般不与现代医学疾病模型相等，造模方法有单因素和复合因素两种。1.1 单因素造模 如根据中医“恐伤肾”原理，采用猫吓孕鼠法，得到子代先天肾虚模型；用耗气破气理论，以中药(大黄、厚朴、枳实)灌喂大鼠，塑造脾气虚动物模型；以寒邪伤阳、迟脉主寒证的原理，用寒冷刺激法(大鼠在零下15C的冷环境中，持续4H左右)，复制“迟脉”模型，然后应用温阳活血中药(附子、党参、丹参、红花等)使其复健。1.2 复合因素造模 用睡眠剥夺的小站台法，模拟中医理论的“惊”和“劳”等病因，在大鼠身上建立

20、心虚证模型；采用麻黄汤发汗复加风寒刺激和高温发汗复加风寒刺激制作小鼠卫气虚动物模型，玉屏风散对此模型具有纠正作用；根据血虚证其因不外生血少和耗血多两个方面的理论，用放血和限制饮食法复制“血虚”动物模型；采用饥饿、酒醋及大黄等综合方法塑造“脾虚证”大鼠模型，并经四君子汤在辰、戌两时治疗，结果提示，戌时比辰时治疗效果好。2.采用西医病因病理复制动物模型 此种模型多是在特定的化学、生物、机械和物理的致病因素作用下，复制出西医或中医病名的动物模型，或再用中药或中医疗法观察疗效及监测病理改变，其在造模时重视动物组织、器官或全身的病理损害，这是目前应用最广泛的一种实验形式。2.1 化学因素刺激法 如采用灌

21、注地塞米松法，建立家兔糖皮质激素受抑模型，并观察到中药生地能减轻由糖皮质激素对兔垂体-肾上腺皮质系统和形态的影响；由家兔耳缘静脉注入10%高分子右旋糖酐液复制“血瘀”动物模型，实验证明川芎注射液对“血瘀”动物具有较好的治疗作用；采用胃饲大鼠适量秋水仙碱后，出现了一系列典型的脾气虚证候群及符合脾虚证的一些生化、组织指标的相应变化，运用补中益气汤可使这些病理改变得到有效的防治。2.2 生物因素刺激法 取新西兰小黑鼠与昆明小白鼠第五代杂交鼠具有自身IgG和抗核抗体的特点，经血清或组织液诱导形成类似人类内伤痹证的病理模型；以“气管内接种”肺炎双球菌作造模因素，初步建立了家兔邪热壅肺证动物模型，该实验用

22、宣肺透热的代表方剂-麻杏石甘汤进行治疗，证实了麻杏石甘汤对邪热壅肺的治疗效应；在建立巴氏杆菌性家兔温病气营传变模型及小鼠模型的基础上，用解毒凉营护阴注射液在阻断温病气营传变中的治疗作用，结果提示该药能够明显降低模型动物的高热，改善症状，控制病变，减轻病损，处长存活时间，从而达到阻断气营传变，促进机体恢复的治疗作用。2.3 物理、机械因素刺激法 用结扎大鼠一侧大脑中动脉(MCAO)造成局部灶性脑缺血模型，通过对MACO大鼠神经病学、被动性条件反射、脑梗死面积及脑组织病理学等多项指标的检查测定，显示出醒脑开窍针法对局灶性脑缺血的明显治疗作用；取体外直肠半结扎法建造“肺与大肠相表里”实验动物模型，着

23、重指出，人工致直肠狭窄后模型鼠所出现的反应性肺损害，大承气汤对其有明显促修复作用。2.4 综合因素刺激法 采用地塞米松、呋喃苯胺酸和大肠杆菌内毒素联合造模的方法，制作温病营热阴伤证家兔动物模型，方法简便，而且模型家兔在证候表现和病理改变上与传统中医理论相关性较高；以氟氢可的松和肾上腺素使大鼠处于阴虚火旺状态复制慢性血瘀模型。3.依据中西医结合病因学说塑造动物模型 这类模型的造模方法是既运用了中医的发病学说，又考虑了西医的致病原理，实际上是综合了上述两类型的造模特点而塑造的动物模型，这是目前应用较少的一种实验方法。3.1 以型胶原免疫所致关节炎动物模型为基础，以风寒湿为痹证外因，肾虚为痹证内因的学说为依据，利用中西医结合肾本质研究的成果，采用复合因子方法制作痹证动物模型。3.2 用饮食不节、劳倦过度等因素塑成了大白鼠脾虚证模型，在此基础上并用氯化铝(AlCl)复制了Alzheimer 型痴呆疾病模型，补益脾胃方药对其具有较好的疗效；将家兔在禁水禁食18h后，予速尿二度利尿脱水，造成“阴津亏虚”状态，然后注射大肠杆菌内毒素以致“热盛”，从而完成温病阴虚热盛模型的制作。3.3 采用中剂量链脲佐菌素腹腔内注射及肥甘饮食持续喂养10周的方法，复制实验性NIDDM大鼠模型(消渴病)；以给动物灌服寒凉药及结扎冠状动脉并逐渐缩窄升主动脉口径，制作家兔充血性心力衰竭少阴病阳虚水停证模型。