實驗動物學第八章實驗動物的選擇和應用

第八章實驗動物的選擇和應用第一節(jié)實驗動物的選擇原則第二節(jié)實驗動物在藥理學研究中的應用第三節(jié)實驗動物在藥物安全性評價中的應用第四節(jié)實驗動物在免疫學研究中的應用第五節(jié)實驗動物在實驗腫瘤學研究中的應用第六節(jié)實驗動物在遺傳學研究中的應用第七節(jié)實驗動物在病毒學研究中的應用2第一節(jié)實驗動物的選擇原則一、根據(jù)與人相似性的原則選擇動物1.選用在整體上與人的結構、功能及進化程度相似的實驗動物靈長類病原微生物的感染譜獼猴的生殖生理生物藥品的長期毒性試驗2.選用在局部與人的系統(tǒng)、器官結構、功能相似的實驗動物犬、貓的血液循環(huán)、神經(jīng)系統(tǒng)豬的皮膚結構、心血管系統(tǒng)蛙的反射弧實驗2023/2/532023/2/5巴馬小型豬皮膚和人皮膚的比較A巴馬小型豬，B人42023/2/5猴、犬、大鼠與人在藥物代謝方面的相似性動物種類與人相似性強中弱-無合計猴1215431犬5121431大鼠11317312023/2/53.選用群體分布與人相似的實驗動物以群體為對象的研究課題，要選擇群體基因型、表現(xiàn)型分布與人相似的實驗動物。如作藥物篩選和毒性試驗時，除了應考慮人類與實驗動物群體在代謝類型上的差異外，通常以封閉群模擬自然群體基因型，因為封閉群動物既保持其個體基因的雜合狀態(tài)，又保持其群體基因頻率的穩(wěn)定性。近交系動物由于其基因高度純合，表型一致，因而對試驗刺激也一致。但是對于同一種實驗刺激，不同近交系由于其遺傳組成不同，因而對實驗刺激的敏感性也不同，有的品系高，有的品系低，它不能反映人作為基因雜合狀態(tài)下對實驗刺激的反應，因而一般藥物篩選和毒性試驗不選用近交系。6封閉群的實驗數(shù)據(jù)：因為群體內(nèi)個體差異，表現(xiàn)為標準差大，但它反映了種屬對刺激的反應。近交系的實驗數(shù)據(jù)：因為群體內(nèi)個體差異極小，表現(xiàn)為標準差小，但同一刺激對不同近交系反應不同，有的高，有的低，它僅反映某個基因型對刺激的反應。封閉群與近交系實驗結果的比較示意圖封閉群近交系A近交系B正常組實驗組2023/2/574.選用與人類疾病特點相似的實驗動物

同一種病因/病原對不同動物（包括人）的致病作用各不相同，有的差異很大，而有的卻非常相似。要尋找與人類有關疾病相似或接近的自發(fā)或誘發(fā)性疾病動物模型，選擇合適的疾病動物模型進行實驗研究。中國倉鼠易產(chǎn)生自發(fā)性糖尿病自發(fā)性高血壓大鼠（SHR）2023/2/5選用遺傳工程動物疾病動物模型的注意點由于人類的許多疾病是多基因遺傳，而目前基因修飾技術僅是增加或敲除1個基因，其表型只是部分模擬和類似于人某些疾病的臨床表現(xiàn)和病理改變；另外，一個基因產(chǎn)物在體內(nèi)不同器官的表達會產(chǎn)生不同的生物學效應，增加或敲除1個基因除了產(chǎn)生我們預期的特定疾病的部分臨床表現(xiàn)外，還可能產(chǎn)生其它方面的病理改變，這從遺傳角度闡明和解釋某些疾病的發(fā)病機理上有一定的局限性。82023/2/59二、根據(jù)解剖和生理學特點選擇實驗動物1.選用解剖特點符合實驗目的和要求的動物

兔的胸腔結構兔的減壓神經(jīng)犬和兔的甲狀旁腺大鼠、倉鼠無膽囊2.選用生理特點符合實驗目的和要求的動物

犬的紅綠色盲兔對致熱原十分敏感犬和貓對嘔吐反應敏感豚鼠易于致敏致敏比較：豚鼠>兔>犬>小鼠>貓>青蛙豚鼠對維生素C缺乏敏感家兔對射線十分敏感2023/2/5103.選用體型和臟器大小符合實驗目的和要求的動物動物體型大小決定了臟器的大小。充分考慮獲得的樣品數(shù)量能否滿足試驗的需要。在藥物代謝動力學研究過程中，選擇大鼠或犬。為臨床操作打基礎，應選用與臨床操作較接近的動物。如模擬人類心臟移植手術操作的動物實驗，由于豬的心臟形態(tài)大小與人很接近，常選擇豬進行實驗；做胎兒圍產(chǎn)期實驗，用孕羊較好，因羊一胎產(chǎn)仔1～2只，且大小體重與人類相似。2023/2/5114.注意某些藥物在不同動物身上有不同反應嗎啡：犬、兔、猴、大鼠和人應用嗎啡后產(chǎn)生中樞抑制，而小鼠和貓則是興奮作用。降血脂藥安妥明：可使家犬下肢癱瘓，而對猴及其它動物不能引起這樣的副作用。苯可引起兔白細胞減少及造血器官發(fā)育不全，而對犬卻引起白細胞增多及脾臟和淋巴結增生。苯胺及其衍生物對犬、貓和豚鼠能引起與人相似的病理變化，產(chǎn)生變性血紅蛋白，但對兔則不易產(chǎn)生變性血紅蛋白，在鼠則完全不產(chǎn)生。性激素可使犬易發(fā)生化膿性子宮內(nèi)膜炎而死于敗血癥。2023/2/512三、根據(jù)標準化的原則選用實驗動物

野生動物：不易獲得年齡、體重一致的一批動物遺傳背景不清健康狀況有差異機體反應性不一致標準化實驗動物具有明確的遺傳背景排除細菌、病毒、寄生蟲和潛在疾病的影響排除環(huán)境因素的影響減少實驗誤差，提高結果的科學性和準確性能得到國際上的承認2023/2/513四、選用的動物品系應符合實驗要求不同品系代表實驗動物的不同遺傳基因型，因而具有不同的生物學特性，對同一刺激的反應差異很大，在選擇時必須注意。內(nèi)源性激素：A系小鼠的促性腺激素含量比DBA小鼠低1.5倍。外源性激素：C57BL小鼠對腎上腺皮質(zhì)激素的敏感性比DBA及BALB/c小鼠高12倍。酶活性：A系小鼠肝臟的β葡萄糖酸活性只有C3H小鼠的十幾分之一。用激素超排卵：C57BL/6J屬高排卵品系，而BALB/c屬低排卵品系。2023/2/514物理因素：35日齡DBA/2小鼠對音響刺激非常敏感，聞電鈴聲后可出現(xiàn)特殊的發(fā)作性痙攣，甚至死亡，而C57BL小鼠卻根本不會出現(xiàn)這種反應。化學試劑：對相同濃度的氯仿，DBA/2雄性小鼠死亡率為75%，DBA/1為51%，C3H為32%，BALB/c為10%。病毒感染：DBA/2及C3H小鼠對新城疫病毒（Newcastlevirus）的反應和DBA/1小鼠完全不同，前者引起肺炎而后者引起腦炎。自發(fā)性腫瘤：C57BL/6J、BALB/c等為低發(fā)乳腺癌品系，而C3H雌鼠乳腺癌自發(fā)率達90%，AKR小鼠白血病自發(fā)率達65%。2023/2/515實驗動物種類最長壽命（年）平均壽命（年）猩猩3720狒狒2415猴3010犬2010貓3012家兔158豚鼠75大鼠53小鼠32豬2716山羊189五、選用的動物年齡和體重應符合實驗要求選擇不同動物的壽命2023/2/516與人性成熟期相對應的動物年齡2023/2/517應根據(jù)實驗目的來選擇適齡動物

一般實驗采用性成熟前后生長發(fā)育期的成年動物成年實驗動物體重一般為：小鼠：18-22g，大鼠：180-220g，豚鼠：350-650g，兔：2-2.5kg，貓：1.5-2.5kg，犬：6-10kg

長期試驗選用幼齡動物小鼠：15-18g，大鼠：80-100g，豚鼠：150-200g，兔：1.5-1.8kg，貓：1.0-1.5kg，犬：6-8kg。老齡動物除了用作老年醫(yī)學研究外，其他學科很少應用2023/2/518

注意事項根據(jù)年齡判斷體重或根據(jù)體重判斷年齡要注意品種品系的不同同批動物的年齡、體重盡可能一致，相差不應超過10%。在選擇動物時，必須了解所選動物的壽命、懷孕期、哺乳期等一些指標，這些指標對保證研究工作的順利進行及試驗結果的分析是非常有用的。2023/2/519六、選用的動物性別應符合實驗要求

在藥理學、毒理學實驗研究中如無特殊要求，一般宜選用雌雄各半，以避免由性別差異造成的誤差。動物性別對藥物敏感性的比較2023/2/5下列動物實驗可選用單性別與性別有關的解剖、生理、病理實驗；與性別無關的解剖、生理、病理實驗；已知藥物作用與性別無關，如糖尿病、高血壓；性器官對實驗的影響，如熱板法篩選鎮(zhèn)痛藥物時不用雄性小鼠。2023/2/521七、選用的動物生理狀態(tài)應符合實驗要求動物的特殊生理狀態(tài)如懷孕、哺乳等對實驗結果影響很大。如非專門研究妊娠、哺乳等實驗，應去除特殊生理狀態(tài)的動物，以減少結果的個體差異。健康動物對刺激的耐受性較患病動物高。外購的實驗動物，應適應性飼養(yǎng)、觀察檢疫3-7天，證實其身體健康后才開始實驗。饑餓、衰竭、寒冷、炎熱情況下，動物實驗結果不穩(wěn)定。應加強飼養(yǎng)管理，控制環(huán)境條件。2023/2/522八、動物的易獲得性及動物成本、飼養(yǎng)成本的綜合考慮根據(jù)科研經(jīng)費的預算，在宏觀上估計不會影響實驗結果的前提下，選擇最易獲得、最經(jīng)濟、最易飼養(yǎng)管理的實驗動物進行實驗研究。開題前做好調(diào)查，以免在實施計劃時無法獲得所需實驗動物。2023/2/523值得注意的是，在實驗設計中，如何科學地選擇實驗動物應從多方面考慮。在結合上述選擇原則和實際科研經(jīng)費預算基礎上，還應結合課題組實驗室硬件和軟件等條件綜合考慮、權衡利弊，充分預計選擇的實驗動物對實驗結果的影響。2023/2/524第二節(jié)實驗動物在藥理學研究中的應用藥理學包括藥效學、一般藥理學和藥物代謝動力學等，除了小部分藥效學研究可用體外或離體動物實驗外，一般藥效學和藥物代謝動力學研究離不開整體動物實驗研究。大部分藥效學研究要使用動物模型選擇何種動物，應參考上述的實驗動物選擇原則和實驗的具體要求進行，如對動物進行長時間多次采樣，則用小動物是不合適的。為了觀察不同種屬動物對藥物的反應性，最好同時選用兩種以上動物。2023/2/525一、神經(jīng)系統(tǒng)的藥物研究作用于神經(jīng)系統(tǒng)的藥物研究一般使用健康成年的小鼠和大鼠，除非特定需要，一般不選用幼鼠或老年鼠。鎮(zhèn)痛藥研究：小鼠、大鼠、兔解熱藥研究：兔3.神經(jīng)功能藥研究：貓2023/2/526二、心血管系統(tǒng)的藥物研究抗心肌缺血和心率失常藥物研究：犬、貓、兔、豚鼠降壓藥物研究：犬、貓、大鼠3.治療心功能不全藥物研究：犬、貓、豚鼠4.降血脂藥物研究：大鼠、兔5.抗動脈粥樣硬化藥物研究：兔、鵪鶉6.調(diào)心功能藥物研究：青蛙、蟾蜍2023/2/527三、呼吸系統(tǒng)的藥物研究1.鎮(zhèn)咳藥物研究：豚鼠、犬、貓2.支氣管擴張藥物研究：豚鼠3.祛痰藥研究：雄性小鼠、兔或貓四、消化系統(tǒng)的藥物研究1.胃腸解痙藥物研究：大鼠、豚鼠、兔、犬2.催吐或止吐藥物研究：貓、犬、鴿等2023/2/528五、泌尿系統(tǒng)的藥物研究六、內(nèi)分泌系統(tǒng)的藥物研究七、血液系統(tǒng)的藥物研究八、精神藥物研究九、計劃生育藥物研究2023/2/529藥物安全性評價是新藥在上市前所必須做的一項研究，用以了解藥物對各系統(tǒng)、器官臟器的毒性作用單次給藥毒性試驗多次給藥毒性試驗安全性藥理試驗遺傳毒性試驗生殖毒性試驗免疫原性試驗致癌試驗毒代動力學試驗第三節(jié)實驗動物在藥物安全性評價中的應用2023/2/530（一）急性毒性試驗急性毒性試驗是通過單次或短時間內(nèi)多次給藥，了解動物所產(chǎn)生的毒性反應及其嚴重程度，為臨床安全用藥及監(jiān)測提供參考。急性毒性試驗一般用嚙齒類小鼠。一般選用昆明種、ICR或NIH等封閉群，雌雄各半，體重18~22g（約4~5周齡），同批動物體重相差不超過4g。分為4-6個劑量組，各劑量組組距以0.65-0.85為宜。申報一類新藥至少必須用兩種動物，除了嚙齒類動物外，化學藥物非嚙齒類用比格犬。犬用成年犬，體重8~10kg。2023/2/531（二）長期毒性試驗長期毒性試驗是通過連續(xù)反復多次給藥，觀察動物出現(xiàn)的毒性反應，劑量與毒性的關系，主要靶器官是什么，毒性反應的性質(zhì)和程度以及毒性反應是否可逆等。長期毒性試驗要求用兩種動物。嚙齒類首選大鼠；非嚙齒類動物當供試品為化學品時首選比格犬，當供試品為生物藥品時，要用猴。大鼠可選用SD或Wistar大鼠，體重要求180~220g（約6~8周齡），體重差異應不超過平均體重的20%。試驗周期在3個月以上，可選用120~160g（約5~6周齡）。每組雌雄各半。比格犬一般用6~12月齡，試驗前適應觀察2周，接種疫苗和驅(qū)除腸蟲。猴子采用成年猴，3-5歲（3.5-6.5kg），試驗前適應觀察1個月，必要時需要接種疫苗和驅(qū)除腸蟲。2023/2/532一般設定3個劑量組。低劑量組目的是尋找動物安全劑量范圍，為臨床劑量設計作參考。此劑量下應不出現(xiàn)毒性反應。高劑量組目的是為尋找毒性靶器官、毒性反應癥狀及搶救措施提供依據(jù)，也為臨床毒性及不良反應監(jiān)測提供參考，應使動物產(chǎn)生明顯的或嚴重的毒性反應，或個別動物死亡。中劑量組應使動物產(chǎn)生輕微的或中度的毒性反應。2023/2/533（三）皮膚給藥毒性試驗皮膚給藥毒性試驗包括皮膚給藥急性試驗、皮膚給藥長期毒性試驗、皮膚刺激實驗、皮膚過敏試驗。采用的實驗動物為兔、豚鼠和大鼠，首選兔。體重要求兔2kg左右、豚鼠300g，大鼠200g，雌雄各半。給藥前24小時將動物背部脊柱兩側(cè)被毛脫去，脫毛范圍約相當于體表面積的10%，兔約150cm2，豚鼠、大鼠約40cm2左右。一般一側(cè)脫毛區(qū)為給藥區(qū)，一側(cè)脫毛區(qū)為賦形劑區(qū)。2023/2/534第四節(jié)

實驗動物在免疫學研究中的應用一、免疫學研究在抗感染免疫、免疫生物學研究中應用最廣的是BALB/c小鼠和各種免疫缺陷動物自身免疫性疾病和系統(tǒng)性紅斑狼瘡研究：新西蘭黑（NZB）以及新西蘭黑和新西蘭白的雜交F1代（NZB×NZWF1）小鼠動物模型。變態(tài)反應研究：豚鼠移植免疫研究：小鼠H-2型同類系，二個相同H-2型品系小鼠間移植，可不發(fā)生排斥反應。二、免疫學應用1．單克隆抗體的制備：BALB/c2．免疫血清的制備:兔、羊3．提供補體：豚鼠2023/2/535第五節(jié)實驗動物在實驗腫瘤學研究中的應用一、自發(fā)性腫瘤模型在自發(fā)性腫瘤動物模型中，利用小鼠生長快、生命周期短、近交品系多、自發(fā)性腫瘤與人類腫瘤發(fā)病相似等特點，可以選用具有不同的遺傳性狀特點的近交系動物進行腫瘤遺傳學和腫瘤病因?qū)W研究。缺點:不易同時獲得大批病程相似的自發(fā)性腫瘤動物，又因這種腫瘤生長較慢，實驗周期相對較長，所以一般很少用于篩藥。二、誘發(fā)性腫瘤模型用化學致癌物、射線或病毒均可在各類動物中誘發(fā)不同類型的腫瘤。如用強化學致癌物二甲基苯蒽（DMBA）和甲基膽蒽可誘發(fā)乳癌，二苯芐芘誘發(fā)纖維肉瘤，二乙基硝胺（DEN）誘發(fā)大鼠肝癌，黃曲霉素誘發(fā)大鼠肝癌等。2023/2/536在使用化學劑致癌時，要注意各類化學致癌劑對動物致癌的特點

芳香胺及偶氮染料：①通常需要長期、大量給藥才能致癌；②腫瘤多發(fā)生于遠離作用部位的臟器如膀胱、肝等；③有明顯的種屬差異；④其本身不是直接致癌物，致癌是由于其某種代謝產(chǎn)物的作用。⑤其致癌作用往往受營養(yǎng)或激素的影響。

亞硝胺類：①致癌性強，小劑量一次給藥即可致癌。②對多種動物的許多器官能致癌，甚至可以通過胎盤致癌。③具有不同結構的亞硝胺有明顯的器官親和性。

黃曲霉毒素：已知致癌劑中最強的一種，很小劑量（1mg/kg體重）即可使犬、幼齡大鼠、火雞或小鴨致死；其致癌性也極強。注意：應在專門的有毒有害化學品生物安全動物實驗室進行致癌試驗。應注意自身安全防護。2023/2/537三、移植腫瘤模型人癌腫瘤移植模型主要利用裸小鼠、裸大鼠及Scid小鼠。將人體腫瘤移植于免疫缺陷動物因能保持其生物學特性，用于研究人體腫瘤對藥物的敏感性。

常用的人癌組織移植的途徑皮下移植、腹腔移植、原位移植腎囊膜下移植2023/2/538第六節(jié)實驗動物在遺傳學研究中的應用在遺傳學上用來研究闡明正常遺傳及遺傳性疾病機理的動物稱為模式動物。目前在遺傳學研究上公認的模式動物有果蠅、線蟲、斑馬魚和小鼠等。為什么可使用生物進化級別較低的動物來研究遺傳學？這是因為生物體由低等向高等、由簡單向復雜的進化過程中，很多生物學現(xiàn)象是非常保守的。低等生物的生命現(xiàn)象及分子基礎與高等生物相似。因此利用位于生物復雜性階梯較低級位置上的物種來研究發(fā)育共通規(guī)律是可能的。因為這些生物的細胞數(shù)量更少，分布相對單一，變化也較好觀察，而對這些生物的研究有助于人們理解生命世界的一般規(guī)律。2023/2/539果蠅（

Drosophila）：成蟲體小，長僅3～4毫米。身體淡黃色，復眼多為紅色。染色體2n=8，數(shù)量少而且形狀有明顯差別。成蟲喜在多種腐爛水果和發(fā)酵物周圍飛舞和產(chǎn)卵。生活周期較短，約2周。果蠅性狀變異很多，如眼睛顏色、身體顏色、翅膀形狀、頭部形狀等，這些性狀是遺傳學研究觀察的重要指標。果蠅常用于遺傳學、發(fā)育基因調(diào)控、各類神經(jīng)疾病、帕金森氏病、老年癡呆癥、藥物成癮和酒精中毒、衰老與長壽、學習記憶與某些認知行為的研究等。果蠅1933年，摩爾根因發(fā)現(xiàn)了果蠅白眼突變的性連鎖遺傳，提出了基因在染色體上直線排列以及連鎖交換定律，被授予諾貝爾獎。1946年，摩爾根的學生米勒，證明X射線能使果蠅的突變率提高150倍，被授予諾貝爾獎。1995年，EdwardB.Lewis(美國)，ChristianeNüsslein-Volhard(德國)，EricF.Wieschaus(美國)，因發(fā)現(xiàn)早期胚胎發(fā)育中的遺傳調(diào)控機理，被授予諾貝爾獎。2023/2/540秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditiselegans)：成體長僅1mm，全身透明，以細菌為食，居住在土壤中，全身共有959個細胞，性別為雌雄同體或雄性。染色體數(shù)2n=12，其基因組很小，僅有8×107bp，為人類基因組的3%，約有13,500個基因。

整個的生命周期僅3天。由一個受精卵發(fā)育成為成熟的成體只要二天多一點（25℃時需52小時）。線蟲的細胞分化譜系明確，基因組測序完成，在胚胎發(fā)育、性別決定、細胞凋亡、RNA干擾、行為與神經(jīng)生物學等方面研究中得到廣泛應用。

線蟲2002年，西德尼·布雷納(SydneyBrenner，英國)、約翰·薩爾斯頓(JohnSulston，英國)和羅伯特·霍維茨(RobertHorvitz，美國)因在線蟲的遺傳與發(fā)育方面的成就，獲得諾貝爾醫(yī)學或生理學獎。2006年，美國科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了RNA干擾現(xiàn)象。2023/2/541斑馬魚(Danio

rerio)：斑馬魚通體透明，體長4～6厘米，染色體2n=50。體呈紡錘形，背部橄欖色，體側(cè)從鰓蓋后直伸到尾末有數(shù)條縱紋，臀鰭部也有與體色相似的縱紋，尾鰭長而呈叉形。斑馬魚它具有體外受精、胚胎透明、體外發(fā)育、胚胎早期發(fā)育快、繁殖力強和易于大量獲得樣品等獨有的特點，是研究發(fā)育生物學、疾病動物模型和藥物篩選的最佳材料之一。2023/2/542第七節(jié)實驗動物在病毒學研究中的應用實驗動物在病毒學研究中的應用病因未明病原體的分離確認發(fā)病機制的研究抗病毒藥物篩選疫苗效果鑒定診斷試劑制備2023/2/5

病毒性疾病的研究需要對病毒敏感的動物模型。沒有合適的動物模型甚至成為阻礙該病研究的瓶頸。不同種屬動物對同一病毒的易感性不同，選用作病毒學研究的實驗動物，應首先考慮采用該病