人類疾病動物模型

1、學習內容,概念意義動物模型的分類疾病動物模型舉例—腫瘤動物模型疾病動物模型舉例—粥樣動脈硬化疾病動物模型的設計原則疾病動物模型注意事項學習要點,1、人類疾病動物模型概念,人類疾病動物模型是指生物醫(yī)學研究過程中所建立起來的具有人類疾病模擬表現的動物實驗對象及相關實驗材料。,2、人類疾病動物模型意義,替代：避免了人體實驗造成的風險和倫理問題。潛伏期長，病程長和發(fā)病率低的疾病可控：品系，感染病原體實驗環(huán)境方便：樣品

2、收集結果分析容易（統計）；人畜共患病比較，研究疾病機理,3、人類疾病動物模型分類：,按產生原因分類：自發(fā)性動物模型(spontaneous animal model) 誘發(fā)性動物模型(induced animal model)基因工程動物模型(genetically engineering animal model) 按系統范圍分類疾病的本基病理過程：炎癥，腫瘤，休克各系統疾病動物模型：心血管、呼吸、消化、職業(yè)病按模

3、型種類分類整體動物、離體器官和組織、細胞株等,3.1.自發(fā)性動物模型,定義：是取自動物自然發(fā)生的疾病或由于基因突變的異常表現通過定向培育而保留下來的疾病模型。種類：突變系的遺傳疾病模型近交系的腫瘤疾病模型優(yōu)點： 人為因素少，相似性高缺點：來源較困難，種類相對少,3.1.1自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rat, SHR Rat),SHR Rat 141/203 mmHgHR 39

4、0 Normal Rat 121/ 84 mmHgHR 380,3.1.2嚴重聯合免疫缺陷小鼠 （Sever Combined Immunodeficient Mice, SCID mice）,由于第16對染色體隱性基因突變，純合突變導致淋巴細胞抗原受體基因VDJ區(qū)域重排的重組酶活性異常，基因重排時斷裂無法正常連接，從而影響B(tài)、T細胞的正常功能分化。外觀體重與普通小鼠相同。對鼠肝炎，巴氏桿菌、卡氏肺囊蟲極易感染，感染后易發(fā)病

5、死亡。SPF環(huán)境沒有B、T 陽性標志細胞，對外來抗原無細胞和體液免疫NK、LAK細胞功能正?；蛟龈?；,3.2.誘發(fā)性動物模型,定義：通過物理的、化學的和生物的致病因素作用于動物，造成動物組織、器官或全身一定的損害，出現某些類似人類疾病時的功能、代謝或病毒使動物患相應的傳染病。優(yōu)點：能在短時間內復制出大量疾病模型，實驗條件易控制，重復性好。缺點：和自然產生的疾病模型在某些方面存在一定差異。,3.3.基因工程動物模型,主要是基因工

6、程小鼠:小鼠基因組了解的很清楚，與人基因相同最多，在疾病表現型上小鼠與人類也十分相似。小鼠體積小、生命周期短、繁殖快，操作方便。分類： (1)轉基因小鼠(transgenic mice） (2)基因敲除小鼠(gene knockout mice） (3)基因替換小鼠（gene knockin mice）,雄原核注射轉基因小鼠,基因敲除轉基因動物,4. 疾病動物模型舉例14.1腫瘤動物模型,癌癥

7、成為第一位致死疾病死亡率最高的10種癌癥分別是肺癌、肝癌、胃癌、食道癌、結腸、直腸和肛門癌、白血病、乳腺癌、鼻咽癌、 宮頸癌、膀胱癌；,4.2腫瘤動物模型,4.2.1 自發(fā)性腫瘤動物模型C3H 乳腺癌（100%）129小鼠（生殖細胞腫瘤）4.2.2 誘發(fā)性腫瘤動物模型致癌物：黃曲霉素，甲基乙硝胺…4.2.3 基因工程腫瘤模型癌基因高表達：k-ras敲除P53等抑癌基因（nature，1992）4.2.4 人腫

8、瘤移植動物模型,,K-Ras ,P53-/- 雙轉基因小鼠K-Ras ,P53-/- bitransgenic mice in backgroundsGenes & Development ，2004,4.2.4.1人腫瘤移植瘤模型意義,人腫瘤移植瘤模型在腫瘤基礎研究中的意義添加人為因子（致突變劑，癌基因，藥物等）觀察腫瘤病因及機理和治療。建立腫瘤細胞株：提供大量腫瘤組織供分析。腫瘤移植瘤模型在臨床腫瘤學中的意義診

9、斷和預后 ：建立平行模型，明確診斷和跟蹤預后。個體化療有效試驗：對于晚期和復發(fā)腫瘤有重要意義。藥物有效的標準：1.腫瘤不生長；2.腫瘤生長緩慢；3.腫瘤長出后又消失；4.腫瘤無轉移；5.動物壽命延長。,4.2.4.2人類腫瘤移植于動物的歷史,免疫排斥問題眼前房，腦內，地鼠的頰囊等免疫逃避部位免疫抑制劑、射線照射的使用裸鼠等自發(fā)免疫缺陷動物作為人類腫瘤受體,4.2.4.3裸小鼠（Nude Mice）與腫瘤移植模型,第11對染色體

10、基因突變和近交系小鼠交配獲得近交系裸鼠無毛以及胸腺缺陷SPF環(huán)境,BALB/c-nu的胸腺,昆明小鼠的胸腺,,胸腺殘留一些上皮樣細胞；外周血淋巴細胞減少。無接觸敏感性，無移植排斥，無移植物抗宿主反應。B細胞數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。 粒細胞功能較低，NK細胞活性高。,腫瘤移植瘤模型制作方法,腫瘤組織塊或腫瘤細胞皮下移植腹腔內或腎包膜下移植原位移植,原位移植瘤,腫瘤組織：惡性程度

11、：惡性和轉移復發(fā)瘤成功率較高種類：細胞系成功率>活檢標本 來源：淋巴瘤、骨腫瘤等難獲成功部位：腫瘤塊的外周部接種易成活裸鼠：遺傳背景：胰腺癌接種BALB/c 成功，NIH系失敗性別：雌激素依賴性腫瘤接種雄鼠生長慢鼠齡：4-6周動物健康狀態(tài),移植瘤模型成功制作的影響因素：,接種部位：原位移植成功率高，移植腫瘤與人類原發(fā)瘤相似。有些腫瘤需要接種在特定的部位（對雌激素依賴的人乳腺癌MCF-7 細胞系，接種乳腺脂肪墊才能

12、成活）。其他：環(huán)境：細菌病毒可以影響NK細胞活性；接種時間：越早越好，無菌操作,4.2.3.4 人腫瘤移植備選動物2裸大鼠nude rat,基本無毛，白，黑，黑白相間T細胞缺陷優(yōu)點：大,4.3.2.5人腫瘤移植備選動物3Non-obese diabetic scid mice NOD/SCID,T,B,NK, macrophage缺陷壽命較SCID短，4-6個月適合短期研究移植瘤成功率高,5.2 例2-動脈粥樣硬

13、化動物模型,2006年11月30日根據世界衛(wèi)生組織兩位專家日前在新一期美國《科學公共圖書館·醫(yī)學》網絡期刊上公布的一項研究，從現在至2030年，心肌梗死、腦血管病、艾滋病和肺病將是導致人類死亡的4大主要疾病。,6.1自發(fā)動脈粥樣硬化模型,LDL受體先天性缺陷兔：1974年渡邊從日本白色種兔發(fā)現一只高脂血癥的變種，經傳代篩選于1979年獲得成功。這種兔被名命為“watanble heritable hyperlipidemic

14、rabbit，WHHL”，WHHL的LDL受體先天性缺陷，從出生時表現為高膽固醇血癥，幼齡時自發(fā)形成動脈硬化、心肌梗塞、黃色瘤，其癥狀與FH患者極其相似。WHHL是作為脂質代謝、動脈硬化不可多得的模型，已被世界各地廣泛應用于研究。WHHL的高膽固醇血癥，動脈硬化，黃色瘤等癥狀同FH患者癥狀十分相似。缺點：在WHHL高膽固醇血癥并發(fā)高甘油三酯血癥，WHHL的異種雜交體沒有發(fā)生高膽固醇血癥。前者可能是人與兔種系差異，后者則是生活環(huán)境的不同

15、所引起的。,5.2 誘發(fā)型動脈粥樣硬化模型,5.2.1食餌性動脈粥樣硬化家兔：優(yōu)點：家兔對高脂膳食敏感性高，對外源性膽固醇吸收率高，對高脂血癥清除率低, 家兔在高脂血癥一個月后可造成動脈內皮損傷，2-3個月后可有AS斑塊。缺點: 家兔是草食動物, 其脂代謝與人有很大不同，病變主要分布在胸主動脈、冠狀動脈小分支； 而冠狀動脈大分支不出病灶。病灶主要是血源性巨噬細胞源性泡沫細胞。,,小型豬用含1-2%Ch飼養(yǎng)，6個月即可形成AS病灶

16、，其病變特點及分布都與人類相似,特別是在冠狀動脈可出現AS病灶。豬與人類在解剖、生理和代謝方面有許多共同之處，豬血漿脂蛋白和載脂蛋白結構和生化代謝也與人類似。缺點：考慮分組和數量，費用大。 大鼠、多數小鼠和狗只出高脂血癥和動脈內皮細胞功能和形態(tài)學損傷，難以出典型的AS病灶，甚至脂紋難以出現。,5.2.2 損傷動脈內膜引起AS病灶形成1.機械損傷： 導管法 、空氣干燥法 2.化學損傷： 靜注同型半胱氨酸3.免疫損

17、傷： 喂高膽固醇膳食同時，注射牛血清白蛋白，4.鈣超載 ：VD2 灌胃4天+1.5%膽固醇+0.5%膽酸+0.2%丙基硫氧嘧啶，5.感染： 感染肺炎衣原體或巨細胞病毒或皰疹病毒。,5.3基因工程高脂蛋白血癥動物模型,5.3.1 轉apoE-Leiden 基因小鼠荷蘭有一個Ⅲ型高脂蛋白血癥家系，呈顯性遺傳。病人CH和 TG都增高，早發(fā)冠心病。在ApoE基因編碼第120—126氨基酸的基因缺失，稱ApoE 3-Leiden 。19

18、93年報告：從先證者切下apoE基因和在肝細胞內所有必須的調節(jié)元件），克隆后制成DNA溶液，原核注射獲得的轉基因小鼠，常規(guī)食物就有高CH和TG，但無病灶。喂高CH和高FAT，CH可達40—60mmol/L,整個主動脈樹AS病灶從泡沫細胞組成的脂肪條紋到纖維斑塊、鈣化病灶都有。,5.3.2 apoE基因敲除小鼠非高脂喂養(yǎng)亦出病灶易發(fā)部位：整個血管樹 8周：最早發(fā)現有泡沫細胞；15周：有纖維斑塊； 20周: 有典型斑塊(纖維粥樣斑塊)

19、.小鼠無自發(fā)性粥樣動脈硬化，即使是易感的C57小鼠也需要高劑量的高脂食物，而這樣的食物常使小鼠死亡。2000年Knowles JW等發(fā)現 apoE基因敲除后C57小鼠比FVB小鼠發(fā)生動脈粥樣硬化的傾向更明顯；,(Plump AS,1992). Piedrahita JA,1992,5.3.3 LDL-受體基因敲除小鼠,低脂飲食膽固醇為正常二倍，多在IDL和LDL，不足以引起病灶。高脂喂養(yǎng)，膽固醇達1500mg%,有巨大的脂肪條紋病

20、灶，還有病灶有細胞外脂質核，纖維斑塊。,Ishibashi S,1993,6、動物模型的設計原則,可比性 可重復性可靠性適用性和可控性 易行性和經濟性,7、疾病動物模型的注意事項,沒有一種動物模型能完全復制人類疾病，模型實驗結論的正確性只是相對的，最終必須在人體身上得到驗證。盡可能使模型動物處于最小的變動和最少的干擾之中；動物進化的高級程度并不意味著所有器官和功能接近于人的程度；不能盲目使用近交系動物：查找文獻并咨詢動物實