人类疾病动物模型Animal Models of Human Diseases

学习内容

1. 概念2. 意义3. 动物模型的分类4. 疾病动物模型的设计原则5. 疾病动物模型注意事项6. 疾病动物模型举例—肿瘤动物模型7. 疾病动物模型举例—粥样动脉硬化8. 学习要点

• 人类疾病的发生发展十分复杂，许多研究不可能也不允许在人体上试验，要深入探讨其机理及防治措施离不开动物实验。

• 使用动物模型，是现代科技中一种便于认识生命科学客观规律的实验方法和手段。

1、人类疾病动物模型概念

人类疾病动物模型是指生物医学

研究过程中所建立起来的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象及相关实验材料。

22、使用、使用动物模型的意义动物模型的意义

（1）替代• 临床上对外伤、中毒、肿瘤等研究不可能在人体重复进行，许多科学数据绝不能通过使人遭受损害而收集；

• 动物作为人类的替难者，可在人为设计的特定实验条件下反复观察，并可处死动物取得所需动物组织、器官。

• 避免了人体实验造成的风险、危害和伦理问题。

（2）可提供发病率低、潜伏期长和病程长的疾病材料

• 临床上遗传性、免疫性、代谢性和内分泌、血液等疾病发病率较低，可复制有关动物模型进行研究。

• 临床上肿瘤、慢性气管炎、动脉粥样硬化等疾病，潜伏期长、病程长，可达数十年，在人体很难进行3代以上的观察，而动物可进行几十代的观察。

• 潜伏期长，病程长和发病率低的疾病

（3）可控• 疾病是复杂的，与病人的年龄、性别、体质、遗传、环境等均有关。

• 复制动物模型时，可选择相同品系、性别、年龄、体重的动物，同时微生物控制（感染病原体）、实验环境标准等也完全一致；

• 因此可排除其它影响因素，使实验结果更准确更深入。可增加方法学上的可比性。

（4）方便

动物模型作为人类疾病的“复制品”，可按实验需要：

• 样品易得–反复采集收集各种样品；–及时或分批处死动物收集标本；

• 分析实验简化–结果分析容易（统计）

这是临床难以办到的。

（5）利于更全面认识疾病本质

• 某些病原体对人类和动物均易感，通过对人兽共患病进行比较研究，可以充分认识同一病原体在不同机体引起的损害，更全面地认识该疾病的本质。

• 人兽共患病比较，研究疾病机理

3、人类疾病动物模型分类：

• 按产生原因分类：–自发性动物模型 (Spontaneous animal model)

–诱发性动物模型 (Induced animal model)

–基因工程动物模型 (Genetically engineering animal model)

• 按系统范围分类–疾病的本基病理过程：炎症，肿瘤，休克–各系统疾病动物模型：心血管、呼吸、消化、职业病

• 按模型种类分类–整体动物、离体器官和组织、细胞株等

3.1.自发性动物模型

• 定义：是取自动物自然发生的疾病或由于基因突变的异常表现通过定向培育而保留下来

的疾病模型。

• 种类：– 突变系的遗传疾病模型

– 近交系的肿瘤疾病模型

• 优点：人为因素少，相似性高

• 缺点：来源较困难，种类相对少

3.1.1自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rat, SHR Rat)

• SHR 大鼠– 141/203 mmHg– HR 390

• 正常大鼠– 84 / 121 mmHg– HR 380

• （1）SHR大鼠来源:– 1963, 日本Okamoto, 京都大学，用远交群京都

Wistar大鼠培育成功。–一只雄性, 轻微高血压；雌性, 高血压–后代兄妹交配，选择性状高血压

• （2）SHR大鼠特点:–① 使用最广泛的原发性高血压动物疾病模型。

–② 疾病模型慢性发病、稳定遗传。

•血压变化曲线

• Wistar研究所为纪念医生Dr. Caspar Wistar(1761-1818)而命名。

• 自1906年买来大鼠开始饲养。1918年因棉酚中毒导致大鼠死亡，从外部买进开始饲养，成为Wistar大鼠。

远交群远交群WistarWistar大鼠大鼠

RatsRats远交群远交群 SpragueSprague--DawleyDawley，，SD SD 大鼠大鼠

威斯康森大学物理化学家Robert WorthingtonDawley (1897-1949),将其妻名组合命名。

雄性：体型大，有活力，半白色

雌性：白色，可能是Wistar大鼠子代和雄性回交7代后近交，选10只培育。选择性状为高泌乳力，高生长速度，有活力，气质好，对三氧化砷有高抵抗力。

Comparison Between Sprague-Dawleyand Wistar Rat In-Vivo Pharmacokinetics and In-Vitro Metabolic Stability with Selected Compounds• 2009 AAPS Annual Meeting and Exposition 11/7/2009 - 11/12/2009• .Tracks:Contributed Papers: Pharmacokinetics/Pharmacodynamics / PreclinicalDate/Time:Thursday, November 12, 2009

8:00 AM - 12:00 PM

• 基于6 种化合物的体外代谢稳定性和体内药代动力学研究显示， SD 大鼠和Wistar大鼠之间没有显著差异。

Lipoprotein lipase in developing rat tissues: differences between Wistar and Sprague-Dawley rats

• Biol Neonate. 1993;64(5):295-303.• Galan X, Llobera M, Ramírez I.• Source• Department de Bioquímica i Fisiologia, Facultat de Biologia, Universitat de Barcelona, Espanya.• Abstract

• SD大鼠和Wistar大鼠的脂蛋白脂酶活性，除了在棕色脂肪组织和肺脏中有细微差别外，在肝脏中也表现出极显著差异。

• 脂蛋白脂酶的调控， SD大鼠和Wistar大鼠有明显不同。

Endocrine differences between the Wistar and Sprague-Dawley laboratory rat: influence of cold adaptation

• Horm Metab Res. 1983 Oct;15(10):491-8.• Kühn ER, Bellon K, Huybrechts L, Heyns W.• Abstract

• SD大鼠的生长速度，饲料转化率和摄食量较Wistar大鼠高。

• 但非临床长期毒性和致癌性研究发现，SD大鼠的死亡率较Wistar大鼠高，因此大部分研究转向使用Wistar大鼠。

3.1.1自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rat, SHR Rat)

• SHR 大鼠– 141/203 mmHg– HR 390

• 正常大鼠– 84 / 121 mmHg– HR 380

• （1）SHR大鼠来源:– 1963, 日本Okamoto, 京都大学，用远交群京都

Wistar大鼠培育成功。–一只雄性, 轻微高血压；雌性, 高血压–后代兄妹交配，选择性状高血压

• （2）SHR大鼠特点:–① 使用最广泛的原发性高血压动物疾病模型。

–② 疾病模型慢性发病、稳定遗传。

•血压变化曲线

6-8周前:高血压前期

收缩压100-120 mmHg

12-14周：高血压发展期

14周后：血压平稳期

与人类

一样，雄性高血压发展更快更严重。

• （2）SHR大鼠特点:–③ 症状可预测、可控，可避免危及生命的技术干预。

–环境和饮食因素可影响高血压水平，限制热量摄入可降低血压。

–降SHR大鼠血压的药物，也可降高血压人群的血压。是筛选抗高血压药物合适的动物模型。

–④ 与SD或WKY大鼠相比，对γ-氨基丁酸（GABA）更敏感, 此效应由大脑血管紧张素系统介导。

• （2）SHR大鼠特点:–⑤ 表现胰岛素抵抗，可作为胰岛素抵抗和非

肥胖高血压的动物疾病模型。

–⑥ 相比于WKY大鼠，SHR大鼠肾小球数量少，但大小相似，导致肾小球体积减少，与肾脏在高血压发病中具有重要作用的假说相符。

–⑦ 多动，可能会成为儿童多动症的有用模型。

• （3）批评：这么多年的研究，对高血压发病原因仍知之甚少。

–原因一，对高血压前期大鼠的研究甚少–原因二，从事和解释适当遗传图谱的研究困难

（4）对照品系的选择WKY• SHR大鼠原发性高血压动物疾病模型。• WKY大鼠，选择对照时，很多人选用SHR大鼠的来源品系——京都Wistar大鼠，(Wistar-Kyoto rats, WKY).–但是，认为WKY是有用的对照大鼠的想法，都是基于所有的WKY都是单一的近交系的假设。

–事实上， SHR大鼠是经过充足近交（20代以上）后，NIH才将其分送世界各地；而WKY在未完成充足近交之前，早在第6代，就分发出去了。

–目前命名为WKY的大鼠，可能并不算作是一个近交系。相应地，WKY之间的生物学差异可能比SHR大。

• FIOURE 1. Body weights of WKY from Taconic Farms (open symbols) and Charles River Laboratories (solid symbols) measured in threeseparate studies. Squares denote results of Study 1 (nine rats per vendor); triangles, Study 2 (seven rats per vendor); circles, Study 3 (nine rats per vendor). Symbols and their brackets indicate group means ± SE. In each study, analysis of covariance demonstrated that the slopes of the growth curves of the rats from the two vendors were significantly different.

• FIGURE 2. Body weights of SHR from Taconic Farms and Charles River Laboratories measured in three separate studies. Symbols and statistical analysis as in Figure 1. The slopes of the growth curves were not significantly different.

比较来自美国两个最大供应商、处于相同代谢条件的SHR 和WKY 大鼠的生长率和血压。WKY差异大，而SHR无差异。

• FIGURE 3. Mean arterial pressures of unanesthetized, unrestrained WKY and SHR from Taconic Farms (open bars) and from Charles River Laboratories (solid bars). Blood pressures were measured at 20 weeks of age in nine WKY and nine SHR from each vendor. Vertical bars and their brackets indicate group means ± SE. The p value indicates a statistical difference between group means by Student's t test.

TABLE 1. Study-to-Study Variability of 10 Physiological orMetabolic Characteristics of SHR Relative to Those of WKY*

• 脑卒中易感性自发高血压大鼠SHRSP– Spontaneous hypertension rats Stroke prone

• 中风抵抗SHR大鼠的最高血压不超过200mmHg

• SHRSP血压比SHR大鼠高40-50 mmHg• 脑溢血或梗塞：超过100天雄性大鼠发病率

82%，超过150天雌性大鼠发病率58% .

Nomenclature:SHRSP/A3NCrl

特点

• SHRSP大鼠自发中风常见症状包括：–应激性增高–好斗–运动障碍

• 如爪子重复举起、运动失调、瘫痪 (Okamoto et al, 1974).

• SHRSP大鼠中风发病调节–抗高血压药物可预防– SHRSP中风发病率可通过减少饮食、调节鱼和蔬菜油的量进行调整。

–过量食盐摄取增加高血压和并发症的发生。

基本病理过程

• 血栓形成是由于血管、血成分和血流速度异常导致的。(Virchow's triad)

(1) 血成分异常

血纤维蛋白原水平异常

(2) 血脑屏障功能障碍

• SHRSP 大鼠BBB 通透性增加

• 中风后，血脑屏障功能障碍可能会增加大脑浮肿的形成。

血管异常

• SHRSP大鼠出现侧枝循环下降，及其他多种血管异常。

• 内径吻合降低，SHRSP 33μm，WKY 50μm 。

• (Coyle & Heistad, 1987)

脑血管障碍

SHRSP大鼠大脑中有多个缺血灶出现切面呈现：(1) 额叶萎缩，侧脑室稍扩大(2)局部染色降低：显示脑组织有极小的梗塞或缺血性变化蓄积(3) 与WKY大鼠相比，SHRSP大鼠大脑中，单位体积的神经细胞数目降低。

应用

研究下列疾病理想的动物模型:中风

注意力缺陷多动症ADHDAttention Deficit Hyperactivity Disorder，

肾脏病变

高血压

骨质疏松

不足

• 饲养条件要求高• 价格高• 遗传育种时间长• 容易变异或死亡，至今仍难以大数量使用

3.1.2 免疫缺陷动物

• 定义：指由于先天性遗传突变或用人工方法造成一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。如裸小鼠（nude）和严重免疫缺陷小鼠(scid).

• 为何裸小鼠能做人类肿瘤受体？

• 因为裸鼠无胸腺，不能使T细胞正常分化，缺乏成熟T细胞的辅助、抑制及杀伤功能，因而细胞免疫力低下。B细胞正常但功能欠佳，免疫球蛋白主要是IgM。无接触敏感性，无排斥反应以及无移植物抗宿主反应。

严重联合免疫缺陷小鼠（Sever Combined Immunodeficient Mice, SCID mice）

• 第16对染色体隐性基因突变

• 此纯合突变导致淋巴细胞抗原受体基因VDJ区域重排的重组酶活性异常，基因重排时断裂无法正常连接

• 影响B、T细胞的正常功能分化。

严重联合免疫缺陷小鼠（Sever Combined Immunodeficient Mice, SCID mice）

• 外观体重与普通小鼠相同；• 淋巴器官小，脾脏小无白髓；• 对鼠肝炎，巴氏杆菌、卡氏肺囊虫极易感染，感染后易发病死亡；

• 缺乏功能性B、T 细胞和Thy-1+树突状表皮细胞，对外来抗原无细胞和体液免疫；

• NK、LAK细胞功能正常或增高；• SPF环境；• 存在渗漏现象：在青年期，免疫功能会有一定程度的恢复。不是遗传性的，和小鼠年龄、品系、繁殖，以及环境有关。

3.1.3 快速老化小鼠 SAMP11The Senescence accelerated mouse ,SAM

Nine Senescence accelerated mouse /prone (SAMP) strains

Three senescence accelerated mouse /resistance (SAMR) strains.

3.1.3 快速老化小鼠 SAMP11•The Senescence accelerated mouse ,SAM

Type Inbred StrainTJL Mating Syste Sibling x Sibling

Species laboratory mouseoriginate AKR/J mice

Generation F192 (16-NOV-05)

•①Strain Details•AKR/J crossed (?) with mice of an unknown strain, followed by sib mating

•②AppearanceAlbino: a,B,c

• SAM小鼠自然老化，因此与临床表现相似• 分布广泛，使用量大约占第八位。

–肿瘤研究，白血病发病率高。–免疫学研究中，可作为Thy1.1 (theta AKR) 抗原的来源。

• 病毒为垂直传染，反转录病毒AKV整合到基因级，并在小鼠各组织中表达。

病理表现

4-6月龄后，SAM小鼠迅速表现出所有老化特征：行动迟缓，活动减少

皮肤溃疡

眼睑病变，眼裂变,角膜溃疡,白内障脊柱弯曲,老年性骨质疏松脑萎缩, 学习与记忆缺陷情绪异常

日本学者发现，给予SAMP8小鼠10%红色人参，可以刺激颌下腺生长因子的表达。

3.2.诱发性动物模型• 定义：通过物理的、化学的和生物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；或通过病毒使动物患相

应的传染病。

• 优点：能在短时间内复制出大量疾病模型，实验条件易控制，重复性好。

• 缺点：和自然产生的疾病模型在某些方面存在一定差异。

3.2.1 ICR小鼠

• 来源起源于: Swiss 小鼠

白化小鼠 2♂ 7♀non-inbred stock , in Switzerland.

• 1926年，美国洛克菲勒研究所• 1948年, 美国癌症研究所，Institute for Cancer

Research (ICR). • 1959 年到Charles River• CD-1（ICR），并注册商标 CD-1

• CD-1：是ICR小鼠的升级替代品系。• ICR小鼠因不同地域饲养而引起的不同封闭群之间的差异，Charles River将世界各地繁殖的CD-1种群按计划定期轮换，形成了具有国际遗传学标准的CD-1 IGS（International genetic standard）小鼠。

• 这也是CD-1小鼠特有的优势• 毛色：A,B,c• 应用：一般用途模型，安全性和有效性试验，老年学，外科模型，假孕小鼠

CD-1A. Mice

• 该小鼠是国际通用的封闭群小鼠, 我国从美国、日本、英国、瑞士等国引进的ICR，各群体之间在遗传特性方面不可避免地出现了一些差异，在应用时应注意。

• 肿瘤研究是ICR小鼠的重要用途所在。例如：华蟾素与紫杉醇合用对S180小鼠移植瘤作用的实验研究

• ICR– Swiss, 1926,美国Rockfeller研究所从瑞士引入白化小鼠培育成瑞士种Swiss小鼠。

– ICR, Hauschka用Swiss小鼠群以多产为目标，进行选育，Institute of Cancer Researcch分送各国饲养实验，各国称为ICR.

– KM小鼠, 1944年3月17日, 汤飞凡从印度Hoffkine研究所引进Swiss小鼠，饲养在中国昆明中央防疫处.

• KM 小家鼠 SwissM.m.castaneus M.M.molossinus

• Mpi-1 有 有 很少见

• Es-10 有 有 很少见

• Gpt-1 无

• Thy-1 有 无 无

• Es-2 有 无 无

• Es-10 有 无 无

• 下颌骨形态遗传分析结果说明,来源于Swiss mice种的NIH 鼠与KM 鼠有明显的差异。

• 可能KM 鼠已经M.m.castaneus父源污染。

• 五个昆明小鼠封闭群遗传生化位点比较研究• Comparative Studies on the Genetic

Biological Markers of Five Closed Colonies of Kunming Mice

• , 刘双环岳秉飞 , 刘殿峰 , 胡卫平 , 章根木 , 王珑 , 邢瑞昌测定Es3等十三个生化位点的基因型分布.结果不同昆明小鼠种群之间存在差异,需要进一步标准化.

3.3.基因工程动物模型

• 主要是基因工程小鼠:–小鼠基因组了解的很清楚，与人类基因最相似，在疾病表现上也与人类十分相似。

–小鼠体积小、生命周期短、繁殖快，操作方便。

分类： (1)转基因小鼠(transgenic mice）

(2)基因敲除小鼠(gene knockout mice）

(3)基因替换小鼠（gene knockin mice）

3.3.1 C57BL小鼠

• ① Strain Details

Type Inbred StrainTJL Mating

System Sibling x Sibling

Species laboratory mouseH2 Haplotype b

Generation F231 (16-NOV-05)

② Appearance: Black.

C57 Mice from The Jackson Laboratory

leaden (grey)

brown black black

black black

C57BL/6 Is now probably the most widely used of all

inbred strains.

origin

BL57Cnon-albino

(aaBBCC) female 57 black

substrainsC57BL/6J C57BL/10J C57BL/10SnJ

C57BL/6NJ C57BL/6JEiJ C57BL/10SxJ

C57BL/6By

C57BL/6ByJ

C57BL/10ScNJ

C57BL/10ScSnJ

C57BL/10WtRkJ

C57BL/6HaJ

• 除了特殊用途–裸鼠，肿瘤– Bagg‘s白化小鼠，单克隆抗体生产– Black-6 可用于任何用途实验

• 完成DNA测序的第2种哺乳动物– Oct. 5, 2002会议，没有任何异义地选择–原因，广泛使用，繁殖能力强– "widespread use among the research

community and favorable breeding characteristics,"

特点

脱毛

骨密度低

遗传性脑积水

小眼症

海马小

生育力强，生命期长

DIO, NIDDM, AS

肿瘤发生率低

噬酒

迟发性听力丧失

• 吗啡成瘾倾向• 置于热盘上，B6最先避开，到边缘不停止• 对冷也很敏感，许多镇痛药不起作用• 疼痛实验常选用雄性动物，避免性周期影响• 运动能力强，旋转，响尾• 免疫系统功能比野生鼠低下• 品系特有的理毛现象• 严重皮肤炎（Myobia musculi）

– 强烈搔痒，导致自我损伤甚至死亡，脱毛

plasma ferritin [mg/mL] ...... 118 ▲ 72.2 ▲ 4 strains age 12wksInbred

plasma transferrin [mg/mL] ...... 147 144 4 strains age 12wksInbred

total protein (plasma TP) [g/dL] ...... 4.51 ▼ 4.74 ▼ 6 strains age 12wksInbred

blood urea nitrogen (BUN) [mg/dL] ...... 88.1 ▲ 70.4 ▲ 6 strains age 12wksInbred

Eumorphia1

Eumorphia1

Eumorphia1

Eumorphia1

Eum

alanine aminotransferase (plasma ALT) [IU/L] ...... 43.5 42.1

aspartate aminotransferase (plasma AST; SGOT) [IU/L] ...... 157 194 ▲

Diet-induced AS

• Methods : Feed atherogenic diet (1.25% cholesterol,

0.5% cholic acid and 15% fat) for 14 weeks• Lesions

range of 4500 to 8000 um2 atherosclerotic aortic lesions/aortic cross-section. • Genes: Ath1 to Ath8.

Loci on chromosomes 1, 3, 5 and 11 are associated with variation in HDL levels with coordinate expression of cholesterol-7-a hydroxylase

Diet-induced DiabetesMethods:

Feed high-fat diet or simplely high-carbonhydrate for five months

• Features C57BL/6J mice showed normal insulin sensitivity but

impaired insulin secretion, Glucokinase activity Realated genes• Nnt gene Gluchos1（ chromosome 13）:Encode nuclear-encoded mitochondrial proton pump RT-PCR demonstrated exons 7- 11 absent →impaired glucose homeostasis control and reduce insulin secretion Gck gene Gluchos2 (chromosome 11) ：

C-to-G transversion at base 131 of exon 7， silent polymorphism ， lower Glucokinase activity

Hearing loss• Spontaneous auditory

degenerationdegeneration of the organ of Corti, from basal, high frequency region and then proceeding apically by time, thus susceptible to noise induced deaf

• Histopathological changes early hair cell changes including bent and fused late loss swelling of affected dendrites . Major genes : Cdh23ahl

• located Ch10 nea genetic marker D10Mit5.

• a G to A transition at nucleotide position 753 of Cdh23 cadherin

解剖特点

器官

• 肾脏脏器系数小• 甲状腺大• 海马小• 32% 小鼠有副脾脏• 骨密度低细胞• Peyer‘s结数量少• 骨髓造血干细胞少，但老化延迟。• 白细胞数量高，红细胞低。

来源

• 雌57，雄52，1921.• 亚系B6 和 B10形成，1937. • C57BL/NCrl (B6C), Charles

River，1974 • B6 到中国实验动物研究所， 1985。 Olac

silbing×silbing↓

B6 与 B10• 二者相似，不同的基因座位

– H9, Igh2 和 Lv– C57BL/10J 是很有价值的免疫学研究工具

• 自发性突变

B6:age hearing loss， Cdh23ahl

conventional diabetes，Nnt

B10 ：LPS response weak，TLR lps-del

Tlr4– , toll-like receptor 4, 缺失–脂多糖反应缺陷–发生天然突变的两种小鼠– C3H/HeJ，点突变导致AA替换– C57BL/10ScCr, Tlr4 gene deficiency。– Tlr4lps-n, 其他 C3H和 C57BL/10 亚系普遍存在.

• LPS，G- ，细胞壁主要致病成分，导致宿主细胞因子失控性表达，严重的感染和多脏器损伤。

• 对LPS产生耐受性，机体自身重要保护机制，同时也抑制了炎症细胞因子的表达，不利于机体抵御微生物的入侵。理论和实际意义

• 例，单核细胞再次暴露于LPS易导致耐受性产生。脓毒症及脓毒性休克存活患者中提取的单核细胞对LPS也具有耐受的特征，明显减轻“二次打击”带来的损伤，提高脓毒性休克患者生存率和改善预后。– TLR靶点药物研究，热点– 干预TLR信号通路中某些环节，提高脓毒性休克及其他感染性疾病疗效

•①Strain Details

•②Appearance:albino

Type Inbred StrainTJL Mating System Sibling x Sibling

Species laboratory mouseH2 Haplotype q

Generation F95 (16-NOV-05)

携带对Friend 白血病B系病毒敏感基因Fv1b（B strain of leukaemia virus）

3.3.2 FVB小鼠

• ③来源: 远交群N:GP (NIH General Purpose)，NIH 1935年建立的 Swiss 小鼠。

• ④ 使用–受精卵原核大而明显，利于DNA的显微注射–繁殖性能旺盛，窝产仔数多

•①毛色：取决于不同的亚系•大部分携带白腹野鼠色基因(white-bellied agouti，Aw)•有的携带白化（albino，c）•青紫蓝（chinchilla, Cch）和/或•粉红色眼睛稀释(pink-eyed dilution , p )基因。

•②起源• 1928, Dunn, 多种毛色宠物鼠群和Castle的青紫蓝色鼠群杂交获得。

3.3.3 129小鼠

129S1

• 亚系的命名表示方法是在原亲本品系名称的后面加一条斜线“/”，再在斜线下标上适当的亚系符号，亚系符号可分为两类。

– 一类亚系符号是用研究人员或研究机构名称的缩写英文字母，第一个字母须大写，随后字母要小写。

–另一类亚系符号是用阿拉伯数或小写英文字母作为亚系的符号。

Major groups of substrains:• Parental substrains(129P):derived from

the original parent strain由原始的父母代繁衍而得(命名为P)；

• Steel substrains(129S):derived from a congenic strain made by outcrossing to introduce the steel mutation 通过远交引入steel突变的同源导入系繁衍而得(命名为S)；

129S2/SvPasCrlVr• 该小鼠品系由Jackson实验室的L.C. Stevens在研究工作中得到，命名为129S2/Sv。

• 二十世纪70年代L.C. Stevens将该品系引入到法国巴斯德研究所J.L. Guenet的实验室Pasteur Inst，命名为129S2/SvPas。

• 1998年11月Charles River引入该品系，命名为129S2/SvPasCrl。

• 2002年维通利华从Charles River引入第8代核心群，命名为129S2/SvPasCrlVr。

• 129S2的基因型为Aw/Aw，表型为white (or light)-bellied agouti

Major groups of substrains:• “Teratoma " substrains(129T):derived from the

129 congenic that originally carried the teratoma mutation 自身带有畸胎瘤突变（teratoma mutation）的同源导入系繁衍而得（命名为T）；

• "X" substrain (129X): genetically-contaminated substrain 基因污染的亚系（命名为X）。

• revision of the nomenclature of this group of strains

4、动物模型的设计原则

• (1) 相似性和可比性• (2) 可重复性• (3) 可靠性• (4) 适用性和可控性• (5) 易行性和经济性

• (1) 相似性：• 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。

• 能够找到与人类疾病相同的动物自发性疾病最好。–如原发性高血压大鼠就是研究人类原发性高血压的理想模型

–小型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十分相似，也是一种理想模型。

• (1) 相似性：• 人工复制动物疾病模型时，要注意动物的选择。

–例如，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。

• (2) 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。

• 如用狗做心肌梗死模型按理很合适– 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.

• 但狗结扎冠状动脉后的结果差异太大– 不同狗同一动脉同一部位的结扎，其结果很不一致，无法预测，无法标准化。

• 相反，大、小鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的结果就比较稳定一致

– 可以预测，因而可以标准化。

• （3）可靠性：• 复制的动物模型应该力求可靠地反映人类疾病

–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–经化验或X光照片、心电图、病理切片等证实。

• （4）实用性和可控性：• 复制动物模型时，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。

–如雌激素能终止大鼠和小鼠的早期妊娠，但不能终止人的妊娠。

–选用雌激素复制大鼠和小鼠终止早期妊娠的模型不适用

–因为在大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的药物时，常常会发现这些药物能终止妊娠，似乎可能是有效的避孕药，但一旦用于人则并不成功。

• （4）实用性和可控性：• 又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。

• 有的动物对某致病因子特别敏感，极易死亡，也不适用。

• （5）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。

–小动物如大小鼠、地鼠、豚鼠等，遗传背景明确，体内微生物可控、可复制出十分近似且稳定的人类疾病模型。其年龄、性别、体重等可任意选择，而且价廉易得、便于饲养管理，因此可尽量采用。

–动物选择上要考虑易行性和经济性，模型复制方法、观察指标也都要注意这一原则。

5、疾病动物模型的注意事项

• 没有一种动物模型能完全复制人类疾病，模型实验结论的正确性只是相对的，最终必须在人体身上

得到验证。

• 尽可能使模型动物处于最小的变动和最少的干扰之中；

• 动物进化的高级程度并不意味着所有器官和功能接近于人的程度；不能盲目使用近交系动物：

• 查找文献并咨询动物实验所需动物和条件是否可行，了解前人所积累的经验，避免低水平的重复或缺乏科学依据的盲动所造成人力物力的浪费；

方法步骤：

(1)将大小鼠放在金属笼或小鼠固定器

中，通过金属笼或大小鼠固定器的孔拉出鼠尾巴。

(2) 用左手捏住鼠尾巴中下部，用75％

酒精棉球反复擦拭尾部。

羊的麻醉药物和剂量

• 方法1：• 雄性绵羊平均体重 37.1 ±6.7 kg, 单次静脉注射给予异丙酚，剂量为3 mg/kg（IV）。之后，连续静脉输注异丙酚，直到口吻部完全放松，可顺利进行气管插管。

• 参考文献

方法2：表1 不同剂量速眠新静脉注射对山羊的麻醉效果

• 麻醉药和解麻药 麻醉剂速眠新注射液( 规格10×1.5 mL, 以下简称速眠新) 和解麻药苏醒灵4 号注射液( 规格10×2.0 mL) , 均由长春军需大学兽医研究所生产( 为配套产品) 。

方法3：（考虑动物福利）• 在手术切口前至少2小时贴吩坦尼贴片。• 建议麻醉前将动物置于笼中使其保持镇静状态，可

降低应激反应。• 麻醉前用药：轻度镇静可给予咪达唑仑0.5 mg/kg

(IM or SC)。若需重度镇静，则联合使用氯氨酮4 mg/kg（IM）和咪达唑仑。

• 一进入镇静状态(约30min),将绵羊移入麻醉诱导区。• 用异丙酚2-6 mg/kg （IV）诱导麻醉，若不足，则

伍用氯氨酮 2-6 mg/kg （IV）。• 气管插管并持续吸入麻醉异氟烷 1-2.5%。• 插瘤胃管• 用0.25%布吡卡因按1-2 mg/kg剂量浸润手术部位.

(但不要用于心包膜或膈神经.）• 手术结束,关掉异氟烷,缓慢静注氟胺烟酸 2 mg/kg。

之后每天皮下给予氟胺烟酸 1 mg/kg，连续3-4天。• 吩坦尼贴片贴72小时后去除。

7. 疾病动物模型举例17.1肿瘤动物模型

• 癌症成为第一位致死疾病• 死亡率最高的10种癌症分别是肺癌、肝癌、胃癌、食道癌、结肠、直肠和肛门癌、白血病、乳腺癌、鼻咽癌、宫颈癌、膀胱

癌；

7.2肿瘤动物模型

• 7.2.1 自发性肿瘤动物模型– C3H 乳腺癌（100%）– 129小鼠（生殖细胞肿瘤）

• 7.2.2 诱发性肿瘤动物模型–致癌物：黄曲霉素，甲基乙硝胺…

• 7.2.3 基因工程肿瘤模型–癌基因高表达：k-ras–敲除P53等抑癌基因（nature，1992）

• 7.2.4 人肿瘤移植动物模型

K-Ras ,P53-/-双转基因小鼠K-Ras ,P53-/- bitransgenic mice in backgrounds

Genes & Development ，2004

7.2.4.1人肿瘤移植瘤模型意义

• 人肿瘤移植瘤模型在肿瘤基础研究中的意义–添加人为因子（致突变剂，癌基因，药物等）观察肿瘤病因及机理和治疗。

–建立肿瘤细胞株：提供大量肿瘤组织供分析。• 肿瘤移植瘤模型在临床肿瘤学中的意义

–诊断和预后:建立平行模型,明确诊断和跟踪预后。–个体化疗有效试验:对晚期和复发肿瘤有重要意义

7.2.4.1人肿瘤移植瘤模型意义

• 药物有效的标准：–肿瘤不生长；–肿瘤生长缓慢；–肿瘤长出后又消失；–肿瘤无转移；–动物寿命延长。

7.2.4.2人类肿瘤移植于动物的历史

• 免疫排斥问题• 眼前房,脑内，地鼠的颊囊等免疫逃避部位• 免疫抑制剂、射线照射的使用• 裸鼠等自发免疫缺陷动物作为人类肿瘤受体

7.2.4.3裸小鼠(Nude Mice)与肿瘤移植模型

• 1962,因无毛,最先在一非近交,白化封闭小鼠群中注意到

• 1966,第11对染色体隐性突变,nude, nu基因

• 和近交系小鼠交配获得近交系裸鼠

• 1968, nu/nu无毛以及胸腺缺陷, +/+和nu/+正常

• SPF环境.否则, 2w, 45%; 25w, 100%死亡

• 1969,第一例人恶性肿瘤成功移植

• 免疫机能低下，外界细菌和病毒侵染发病，需无菌或无特定病原体条件。

• 其寿命与环境控制密切相关– 普通环境，存活14～30天– SPF及无菌条件，寿命达1年以上，最长2年。

• 成年，6－8周龄，较高水平的NK细胞• 幼鼠，3－4周龄，NK细胞活性低下• 年龄增长,裸鼠体内正常T细胞会增加，接种肿瘤实验一般采用4-6周小鼠。

• 用已建株的癌细胞系移植裸鼠移植成功率高于用人癌手术标本移植。美国NCR Gazdar，120例– 体外建立的肺癌细胞系的移植成功率高达90%– 新鲜肺癌实体瘤的裸鼠移植成功率只有40%。– 常用方法

BALB/c-nu的胸腺 昆明小鼠的胸腺

胸腺残留一些上皮样细胞；外周血淋巴细胞减少。无接触敏感性，无移植排斥，无移植物抗宿主反应。B细胞数量正常但功能有缺陷，合成的免疫球蛋白主要是IgM，只有少量IgG。粒细胞功能较低，NK细胞活性高。

肿瘤移植瘤模型制作方法

• 肿瘤组织块或肿瘤细胞皮下移植• 腹腔内或肾包膜下移植• 原位移植

原位移植瘤

• 肿瘤组织：– 恶性程度：恶性和转移复发瘤成功率较高– 种类：细胞系成功率>活检标本– 来源：淋巴瘤、骨肿瘤等难获成功– 部位：肿瘤块的外周部接种易成活

• 裸鼠：– 遗传背景：胰腺癌接种BALB/c 成功，NIH系失败– 性别：雌激素依赖性肿瘤接种雄鼠生长慢– 鼠龄：4-6周– 动物健康状态

移植瘤模型成功制作的影响因素：

• 接种部位：原位移植成功率高，移植肿瘤与人类原发瘤相似。有些肿瘤需要接种在特定的部位（对雌激素依赖的人乳腺癌MCF-7 细胞系，接种乳腺脂肪垫才能成活）。

• 其他：– 环境：细菌病毒可以影响NK细胞活性；– 接种时间：越早越好，– 无菌操作

7.2.3.4 人肿瘤移植备选动物2裸大鼠nude rat

• 基本无毛，白，黑，黑白相间• T细胞缺陷• 优点：大

• T,B,NK, macrophage缺陷• 寿命较SCID短，4-6个月• 适合短期研究• 移植瘤成功率高

7.3.2.5人肿瘤移植备选动物3严重联合免疫缺陷小鼠

Sever Combined Immunodeficient Mice, SCID

Ighb from the C57BL/Ka strain

Scid：C.B - 17 mutant strain.

BALB/c cross C57BL/Ka

BALB/cxC57BL/Kabackcross

homozygous C.B17

• 第16对染色体隐性基因突变• 导致淋巴细胞抗原受体基因

VDJ区域重排的重组酶活性异常

• 基因重排时断裂无法正常连接，从而影响B、T细胞的正常功能分化。

严重联合免疫缺陷小鼠Sever Combined Immunodeficient Mice, SCID

SCID小鼠特点

• 外观体重与普通小鼠相同。

• 淋巴器官小

• 脾脏小无白髓

• 对鼠肝炎，巴氏杆菌、卡氏肺囊虫极易感染，感染后易发病死亡。

• SPF环境• 缺乏功能性B、T 细胞和Thy-1+树突状表皮细胞，对外来抗原无细胞

和体液免疫

• NK、LAK细胞功能正常或增高；• 存在渗漏现象：在青年期，免疫功能会有一定程度的恢复。不是遗传性的，和小鼠年龄、品系、繁殖，以及环境有关。

SCID小鼠的主要应用

• 肿瘤研究–无免疫排斥，可作为多种细胞和组织的理想受体

• 骨髓移植

–可移植恶性组织，用于人类癌症研究• 免疫学研究

–将人的造血干细胞和免疫细胞移植于SCID小鼠，以重建人免疫系统，称为人源化小鼠（SCID-hu mice）。

–用于人的免疫系统发育、淋巴细胞功能和自身免疫性疾病研究。

–可用于制备单克隆抗体

SCID小鼠的主要应用

• 病毒感染性疾病–许多病原体感染具有种属特异性。– HIV/AIDS只感染人免疫系统细胞，不会感染小鼠免疫细胞

– SCID-hu人源化小鼠已成功感染人免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus HIV) 。

人类免疫缺陷病毒纵切面的形象示意图

7.3.2.6人肿瘤移植备选动物4Non-obese diabetic scid mice NOD/SCID

•Prkdcscid , colony of BALB/c-Ighb (C.B-17) NOD/Lt ♀× C.B-17-Prkdcscid♂

• ↓

•F1/N1 Prkdcscid+ ♂ × NOD/Lt ♀•10 backcrosses •to NOD/Lt ↓• N10 • ↓b × s inbreeding• homozygous Prkdcscid

NOD小鼠Non-obese diabetic Mice

• 日本Shionogi实验室，用远交群 ICR 小鼠，近交培育白内障易感（CTS）系。

• F6, 挑选无白内障小鼠，近交培育空腹高血糖品系。• F13, 分两系

– 高血糖系：现在的NON (Non-Obese Non-diabetic ）– 正常血糖系：1974，F20,一只雌性小鼠出现明显的胰岛素依赖糖尿病insulin-dependent diabetes mellitus(IDDM），伴发胰岛炎。选育出NOD。

– 仅限于日本。1980s早期进入澳大利亚和美国。

NOD/LtJ， NON/LtJ

NOD小鼠• Type 1 diabetes • 遗传基础：隐性多基因位点， 包括H2和

Thy1/Apoa1相关位点， 有独特的MHC II类分子单倍体型(H2g7=Kd, Aad, Abg7, Enull, Db)。

• 胰岛细胞中I类主要组织相容性复合体蛋白过表达，表现胰岛炎，T细胞介导的自身免疫性疾病。

• 胰腺内白细胞浸润，导致胰β细胞坏死。

NOD小鼠Non-obese diabetic Mice

• 12周龄时胰岛素含量显著下降,表现高血糖症状。

• 小鼠发病后，表现典型糖尿病生理生化特点：– 频尿、多饮– 几周内血糖急剧升高（＞250mg/dL），再缓慢下降，但持续高于正常状态

– 体重暴跌，最后昏迷死亡。

1. Anatomic characteristics

NOD小鼠糖尿病: 胰岛炎、高血糖与淋巴管的相互关系研究

遗传因素 自身免疫性胰岛炎

（淋巴细胞浸润）

高血糖

胰岛β细胞脱颗粒，细胞变性、坏死

血管

淋巴管通透性增大、结构改变

（胸腺 T细胞）

内源性胰岛素分泌不足

某些代谢产物沉积

显性糖尿病多器官损害

糖、蛋白质、脂类代谢异常

发病

• NOD 小鼠大约10周龄时发展为糖尿病。• 未观察到自我缓解的情况发生。两性别均发病：–雌，60-80%–雄，20-30%，发病延迟

• NOD小鼠的IDDM是多基因和环境共同作用的结果。

发病

• 饲养环境,健康状况,饮食都影响糖尿病的发展。–不同实验室NOD小鼠发病率不同。–同一实验室，不同时间发病率不同

• The Jackson Laboratory‘s，90-100% 超过30 w，雌； 40-60% ， 30-40 w，雄。

• 2006， females 65%, males 35%• 2008， females 90%, males 85%

–无菌环境下，发病率大大提高。–高蛋白饮食较低蛋白发病显著提前，

NOD小鼠表现多种免疫异常

抗原递呈细胞免疫调节功能缺陷

T淋巴细胞调节功能缺陷NK细胞功能缺陷巨噬细胞产生细胞因子功能缺陷

创口愈合功能下降

III. Application of NOD mice

Developmental Biology ResearchLymphoid Tissue Defects (hematopoietic defects)

Diabetes and Obesity ResearchIslet Transplantation Studies Type 1 Diabetes (IDDM)

Immunology and Inflammation ResearchAutoimmunity (Type 1 Diabetes)

Sensorineural ResearchVestibular and Hearing Defects (Age related hearing loss)

Db/db 小鼠、KK小鼠；GK大鼠，ZDF大鼠

7.3.2.6人肿瘤移植备选动物4Non-obese diabetic scid mice NOD/SCID

• T,B,NK, macrophage缺陷• 寿命较SCID短，4-6个月• 适合短期研究• 移植瘤成功率高• 糖尿病？

NOD.CB17-Prkdcscid/J•①Strain Details

•②Appearance: albino

Type JAX® GEMM® Strain - CongenicType JAX® GEMM® Strain - Mutant Strain

TJL Mating System Homozygote x Homozygote Species laboratory mouse

Background Strain NOD/LtSzDonor Strain C.BKa-Ighb/IcrSz (C.B-17)

H2 Haplotype g7

Generation N10F55 (16-NOV-05)

• ④ NOD-scid mice– an absence of functional T cells and B

cells – no detectable IgM, IgG1, IgG2a, IgG2b,

IgG3, or IgA– NOD/LtSz-Prkdcscid mice are both

insulitis- and diabetes-free throughout life

• ⑤ Uses– serve as a diabetes-free control for

comparison to NOD/LtJ mice ,thymiclymphomas limit the mean lifespan to only 8.5 months under specific pathogen-free conditions.

– an excellent host for xenografts– also as a source for insulitis-free islets.

8 例2-高脂血症动物疾病模型动脉粥样硬化动物模型

2006年11月30日根据世界卫生组织两位专家日前在新一期美国《科学公共图书馆·医学》网络期刊上公布的一项研究，从现在至2030年，心肌梗死、脑血管病、艾滋病和肺病将是导致人类死亡的4大主要疾病。

• 豚鼠• 小型猪• 其他

• 大鼠• 小鼠• 兔

8.1自发高脂血症模型• 8.1.1 肥胖Zucker大鼠• 肥胖Zucker大鼠编码瘦素受体的fa基因出现错义突变，导致瘦素信号转录和传导障碍。

• 正常饮食下出生3到5周即出现明显肥胖，同时还具有高甘油三脂血症及高胆固醇血症的特点。

• 其血清VLDL和HDL水平较高，肝内LDL受体表达下降.

• 与人类脂蛋白谱相差较大且HDL浓度高于LDL，但高脂肪或高胆固醇饮食条件下LDL水平提高。

8.1自发高脂血症模型• 8.1.2 LPL基因突变小鼠• 脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase, LPL）催化CM和VLDL核心的TG分解为脂肪酸和单酸甘油酯，与脂质代谢密切相关，其基因具有易突变和明显多态性的特点。一种LPL基因突变小鼠，于14 355 bp处发生G→A转换，导致LPL分泌或活性降低，脂肪分解能力下降，表现出以TG水平升高为主要特征，同时存在LDL升高，HDL降低的高甘油三酯血症[10]。

• 8.1.3 ob/ob、db/db• ob/ob小鼠是瘦素基因缺陷、db/db小鼠是瘦素受体基因缺陷导致的中等程度肥胖和高脂血症的小鼠模型。

8.1自发高脂血症模型

• 8.1.4 渡边兔• 渡边兔（WHHL）是LDLr单基因隐性突变纯合子，其血浆TC、TG和磷脂自出生即异常升高（是普通家兔的十倍），HDL降低[22]，普通饮食即形成高胆固醇血症和AS，血浆TC主要以LDL为主，其次是IDL，且临床特征和病理变化与人家族性高胆固醇血症非常相似。

8.1自发高脂血症模型

• LDL受体先天性缺陷兔：1974年渡边从日本白色种兔发现一只高脂血症，传代筛选1979年成功。 watanble heritable hyperlipidemic rabbit，WHHL

• WHHL的LDL受体先天性缺陷，从出生时表现为高胆固醇血症，幼龄时自发形成动脉硬化、心肌梗塞、黄色瘤，其症状与FH患者极其相似。

• WHHL是作为脂质代谢、动脉硬化不可多得的模型，已被世界各地广泛应用于研究。

8.1自发高脂血症模型

• 8.1.5豚鼠• 豚鼠性情温顺、易于饲养、采血量大，其血浆TC以LDL-

C为主，血浆脂蛋白谱、血脂分解速率、调节脂蛋白代谢的酶类的表达和活性与人的情况相似。

• 高脂饮食下，豚鼠体内的胆固醇分解代谢关键酶CYP7A1无法高表达、活性不上调、肝内ApoB/E受体受到抑制，使得胆固醇分解代谢受影响，同时肝内游离胆固醇浓度的升高抑制了HMG-CoA还原酶活性，从而使ACAT活性随胆固醇的增加而增加；同时LDL受体抑制，易形成高胆固醇血症，表现为血清TG、TC、LDL-C，FFA明显升高，血清HDL-C 水平显著升高，高密度脂蛋白亚型HDL3 /HDL2的比值升高。

• 8.1.5豚鼠• 豚鼠对胆固醇的敏感性明显高于大鼠。低胆固醇饲料诱导下的豚鼠血清TG、TC、LDL-C 水平远高于高胆固醇饲料诱导下大鼠模型，且血清TG、TC、LDL-C 水平的升高时间先于大鼠。

• 豚鼠将脂肪酸作为优先的能量来源，因此，相比于低糖高脂饲料，豚鼠在高糖高脂饲料下LDL值较高而甘油三酯、酮体和VLDL水平较低。

• 另有实验对切除卵巢的豚鼠进行高脂实验，发现其可较好的模拟绝经后妇女的脂蛋白代谢。

8.1自发高脂血症模型

• 8.1.6猪• 猪的血脂构成、脂质代谢、对高胆固醇饮食反应与人类接近，且可重复取血，这使猪成为研究高脂血症的良好动物模型。

• 任何品种、品系的小型猪均可用于AS研究。• 猪对饲料变化较其他动物更为敏感，形成的高脂血症与人类相似。

• 如贵州小香猪高脂血症模型，饲喂高脂饮食后血浆TC 、TG、LDL-C 、HDL-C均明显升高。

• 现亦有针对转基因小型猪的研究如将人类基因D374Y-PCSK9、ApoCⅢ导入小型猪内，或敲除小型猪的ApoE基因。如体内含有ApoCⅢ基因的小型猪体同非转基因猪相比，具有血浆TG水平明显升高，TC和HDL无明显变化的特点[31]。

8.1自发高脂血症模型

8.1自发高脂血症模型

• 8.1.7 其他• 长爪沙鼠的血浆TC以LDL为主，高脂饮食下血浆TC、LDL和HDL升高快速、明显，且持续时间长，形成的高脂血症稳定。

• 鸡和鸽短期高胆固醇饮食可发生主动脉局部病变，可用于AS早期病变研究。

• 金黄地鼠低胆固醇饮食时，短时间内TG 即开始升高，并趋于稳定，且较好模拟人类胆固醇代谢等特点。

• 8.1.7 其他• beagle犬进行造模，高脂饮食可使其甘油三酯和胆固醇显著升高。但因为犬类是肉食动物，其饮食习惯使犬类形成高脂血症相对较难。

• 非人灵长类与人类基因同源性高、免疫反应与人相似。• 恒河猴采用高脂饮食进行喂养，4个月时，实验组与对照组相比体重无显著差异，但TC、LDL-C 呈显著上升，TG降低，6 个月时TC、LDL-C 升高明显，高脂饮食通过使动物脂质代谢紊乱而建立模型，具有高TC 血症和高LDL-C 血症的特征。

• 另有研究有酒瘾的食蟹猴血脂代谢发生改变，对比正常饮食及控制饮酒的对照组，其血浆TG增高两倍，TC升高，单位TG的α-生育酚下降，血浆apo CIII升高。

• 也有通过向食蟹猴静注链脲霉素建立的高脂血模型，具有高TG和低HDL血症的特点。

8.1自发高脂血症模型

8.2 诱发型动脉粥样硬化模型

8.2.1食饵性动脉粥样硬化

•家兔：优点：家兔对高脂膳食敏感性高，对外源性胆固醇吸收率高，对高脂血症清除率低, 家兔在高脂血症一个月后可造成动脉内皮损伤，2-3个月后可有AS斑块。

缺点: 家兔是草食动物, 其脂代谢与人有很大不同，病变主要分布在胸主动脉、冠状动脉小分支； 而冠状动脉大分支不出病灶。病灶主要是血源性巨噬细胞源性泡沫细胞。

• 大鼠• 大鼠是目前研究高脂血症最常用的动物，能较好地反映多种实验因素对脂质吸收、分解及合成等代谢环节的影响，同时具有成本低、易于饲养、取血量大等优点，因而被作为高脂血症动物模型广泛用于降脂药物的研究。

• 多通过高脂饮食或灌胃建立，大鼠表现血清TC水平显著升高，HDL-C明显降低，TG浓度升高，且SD 大鼠的升高幅度明显高于Wistar大鼠，提示SD 大鼠可能是较好的高甘油三酯血症模型。

• 也有通过在食物中加入促进肝脏合成胆固醇或甘油三酯物质的方法，如加入L-蛋氨酸，或抑制甲状腺功能的甲基硫氧嘧啶等，建立的高脂血症大鼠TC、TG水平明显升高。

• 猪油含量的多少同高脂血症形成存在正相关, 但抗甲状腺类药物在造模过程中容易造成肝脏及淋巴结损伤, 增加死亡率，不符合正常代谢过程。

• 另外大鼠的高脂血症与人类高脂血症的发病机制差异较大，如大鼠内源性胆固醇合成量与人类差异较大，大鼠体内胆固醇转运依赖HDL，人类体内胆固醇转运则依赖LDL，且大鼠体内胆固醇血浆清除率明显高于人类。

• 大鼠对摄入的高胆固醇食物不敏感，而且还可以通过减少自身肝脏合成胆固醇、并诱导胆固醇7A羟化酶（CYP7A1）表达上调，增加胆汁酸生成等途径而使血浆脂蛋白保持稳定，使用时应注意。

• 小型猪–用含1-2%Ch饲养，6个月即可形成AS病灶，其病变特点及分布都与人类相似,特别是在冠状动脉可出现AS病灶。

–猪与人类在解剖、生理和代谢方面有许多共同之处，猪血浆脂蛋白和载脂蛋白结构和生化代谢也与人类似。

–缺点：考虑分组和数量，费用大。• 大鼠、多数小鼠和狗

–只出高脂血症和动脉内皮细胞功能和形态学损伤，难以出典型的AS病灶，甚至脂纹难以出现。

8.2.2 损伤动脉内膜引起AS病灶形成

• 1.机械损伤： 导管法、空气干燥法

• 2.化学损伤：静注同型半胱氨酸• 3.免疫损伤：喂高胆固醇膳食同时，注射牛血清白蛋白，

• 4.钙超载：VD2 灌胃4天+1.5%胆固醇+0.5%胆酸+0.2%丙基硫氧嘧啶，

• 5.感染： 感染肺炎衣原体或巨细胞病毒或疱疹

病毒。

8.3基因工程高脂血症动物模型

• 8.3.1 APOE*3-Leiden转基因小鼠• APOE*3-Leiden（E3L）突变是一种人类罕见的

APOE3基因显性失活，与Ⅲ型高脂蛋白血症有关。• E3L转基因小鼠是将人E3L突变基因导入C57BL/6小鼠获得，同时其转基因构建体中还引入了APOC1基因，通过降低脂类分解及LDLr和LRP对VLDL的摄取，来进一步提高血浆脂质水平。

• E3L小鼠有内源性ApoE蛋白表达，但对含ApoE脂蛋白的清除率降低，且降低程度显著低于ApoE-/-小鼠。

• 与野生型小鼠相比，E3L小鼠血浆TG水平，正常饮食时显著升高，高脂、糖和胆固醇饲料时达极显著水平，且VLDL、LDL含量增加。

8.3基因工程高脂血症动物模型• 8.3.1 APOE*3-Leiden转基因小鼠• 由E3L、ApoE-/-、LDLr-/-小鼠血浆TC水平可知，

E3L小鼠的高脂血症比ApoE-/-和LDLr-/-小鼠表现更温和，且血浆TC和TG水平随肝脏VLDL的生成变化明显。

小鼠正常饮食（mmol/L）

高脂饮食（mmol/L）

E3LApoE-/-LDLr-/-

285

≦25＞70＞25

表1 E3L和ApoE-/-、LDLr-/-小鼠的血浆TC水平变化

8.3基因工程高脂血症动物模型

• 8.3.1 APOE*3-Leiden转基因小鼠• 另外值得一提的是，E3L小鼠对含脂、糖和胆固醇饲料高度敏感，其血浆脂质水平可通过饲料中胆固醇和糖的含量来调节。

• 影响CMs和VLDL生成的药物或饮食会同样改变小鼠血浆CH和TG水平，在这一点上，E3L小鼠比ApoE-/-和LDLr-/-敏感得多，降脂成分可使E3L小鼠胆固醇降低。

8.3基因工程高脂血症动物模型• 8.3.2 ApoE-/-小鼠• 载脂蛋白E（ApoE）是一种强的细胞胆固醇接受体，参与泡沫细胞的形成和胆固醇的逆向转运，同时也是清除乳糜微粒（chylomicrons, CMs）和VLDL的受体的配体，缺乏则会导致血液循环中富含胆固醇的物质积累。

• ApoE基因敲除（ApoE-/-）小鼠由于缺乏ApoE，导致LDL受体（LDL receptor，LDLr）和LRP（LDLr-related proteins）介导的脂蛋白清除缺陷.

8.3基因工程高脂血症动物模型

• 8.3.2 ApoE-/-小鼠• 正常饮食下，其血浆LDL和VLDL水平即显著升高，可形成严重高胆固醇血症及自发动脉粥样硬化（arteriosclerosis, AS）。

• 高脂高胆固醇饮食可加速AS的发生。• 但该品系小鼠具有两个缺点，一是由于完全缺失ApoE蛋白，导致小鼠高水平的血浆胆固醇含量；二是血浆胆固醇主要以VLDL为主，而不似人类以LDL颗粒为主[11]。

Mice homozygous for the Apoetm1Unc

mutation show a marked increase in total plasma cholesterol levels that are unaffected by age or sex.

Western-type Food动物分组 TC TG GLU HDL LDL

C57BL 3.66±0.27 0.47±0.23 10.14±1.19 2.32±077 1.12±0.25apoE-/- 13.22±0.38* 0.62±0.36 6.86±2.65 2.98±0.67 9.96±0.95**

小鼠品系 性别 TC TG雌性 2.79±0.083 0.75±0.34雄性 2.98±0.57 1.04±0.29雌性 5.81±1.30 0.524±0.21雄性 7.04±0.17 1.20±0.40

apoE-/-

C57BL/6

Normal Diet

• 8.3.2 apoE基因敲除小鼠非高脂喂养亦出病灶易发部位：整个血管树8周：最早发现有泡沫细胞；15周：有纤维斑块； 20周: 有典型斑块(纤维粥样斑块).小鼠无自发性粥样动脉硬化，即使是易感的C57小鼠也需要高剂量的高脂食物，而这样的食物常使小鼠死亡。2000年Knowles JW等发现 apoE基因敲除后C57小鼠比FVB小鼠发生动脉粥样硬化的倾向更明显；

(Plump AS,1992). Piedrahita JA,1992

（1）Cardiovascular ResearchLipoprotein profile changes

Vascular DefectsAtherosclerosis

Heart AbnormalitiesHypercholesterolemia

(2) Rat / human homologous geneAlzheimer's DiseaseHyperlipoproteinemia

(3) Neurobiology ResearchBehavioral and learnrning DefectsAlzheimer's DiseaseAPOE mutantsNeurodegeneration• Less well understood but

intriguing are possible roles for apoE in nerve regeneration and amyloidprocessing in CNS neuron.（3）Diabetes and obesity research

8.3.3 LDL-受体基因敲除小鼠

• 这类模型中应用最广泛的是LDL受体基因敲除（LDLr-/-）小鼠。

• LDLr-/-小鼠血浆脂蛋白谱与人类相似，以LDL-C为主。

• 正常饮食时，LDLr-/-小鼠表现中等强度的血浆TC上升，并缓慢发展成AS；

• 高脂饮食时，血浆TC大幅上升，并可快速形成AS。

• 相比ApoE-/-小鼠，LDLr-/-小鼠的高脂血症程度较温和。

6. 学习重点

• 疾病动物模型的种类• 疾病动物模型的设计原则和注意事项• 常用模型举例