第三节　动物模型的制作

一、动物选择的一般原则

实验动物选择的适当与否直接影响到实验的成败和质量。基于各种实验动物的生物学特性不同，在医学实验研究中选择实验动物应遵循以下原则。

（一）选用与人的功能、代谢、结构特点相似的动物

动物进化程度越高，其功能、代谢、结构越复杂，反应就越接近人类。进化程度由高到低依次为脊椎动物（哺乳动物、爬行动物、两栖动物、鱼类、原口动物）、脊索动物（文昌鱼）、棘皮动物（海星）、线型动物（猪肉绦虫）、扁形动物、腔肠动物、海绵动物、多细胞原生动物、单细胞动物（生物）。在哺乳动物中，狒狒、猩猩、猴、长臂猿等非人灵长类动物是最近似于人类的理想动物。其次是价格便宜、易于管理和控制的小鼠和大鼠。从局部上，有些哺乳动物的进化程度并不一定很高，但其与人类的功能、代谢、结构和疾病性质类似，也是常用的动物。如，猪的皮肤组织学结构与人相似（表1-5），因此，猪是进行皮肤烧伤实验研究较理想的动物。此外，猪冠状循环系统结构也与人类似，可利用小型猪建立急性或慢性心肌缺血模型，进行心肌缺血的实验研究。但高脂肪、高胆固醇饲料诱发的兔动脉粥样硬化（简称As）模型却不理想，主要表现为血源性泡沫细胞增多，且病变分布与人的病变也有差异。

（二）差异性原则

利用动物本身独有的生物学特性或解剖学特性，诠释人类生命现象或进行药物评价。家兔对体温变化十分敏感。犬、猫、猴的呕吐反应敏感，但大小鼠无呕吐反应。灵长类及豚鼠缺乏合成维生素C的酶。兔的甲状腺易摘除。犬的甲状旁腺易摘除。雌激素能终止大小鼠的妊娠，但对人类无效。吗啡对犬、兔、猴、大鼠和人的主要作用是中枢抑制，对猫和小鼠则是中枢兴奋。兔、猪、猴食用高胆固醇的饲料后易形成动脉粥样硬化病变，大鼠、小鼠和犬则不易形成。大鼠肝脏的再生能力很强，切除60%～70%仍能再生。兔和猫属刺激性排卵。降血脂药氯贝丁酯可使犬下肢瘫痪。豚鼠易于致敏。

（三）选用标准化的实验动物

所谓标准化实验动物是指人工培育或人工改造，遗传背景清晰（通过严格的全同胞交配或非近亲交配繁殖方式培育），体内微生物及寄生虫携带情况清楚，居住在普通、屏障或隔离环境，食用生长繁殖饲料或维持饲料的实验动物（表1-6）。从遗传学标准化角度来看，近交系动物可以排除遗传上不均质、个体反应不一致对实验结果的影响。突变品系动物具有与人类相似的疾病谱，是研究人类相关疾病谱的重要模型。从微生物与寄生虫学标准化角度来看，普通动物主要用于示教实验或某些科研的预实验。SPF动物是国际公认的标准实验动物。无菌动物常用于特殊研究。

二、动物模型制作的基本原则

动物模型的可靠程度取决于模型与人类疾病的相似程度，在制作模型时一定要进行周密的设计，同时，应遵循以下原则。

（一）相似性原则

能够正确再现所要研究的人类疾病的发生发展过程、临床症状和体征、病理特点、疾病变化规律等。两者相似程度越高，研究结果的可信度越高。

1.最好能找到与人类疾病相同的自发性疾病动物

犬与人类一样可发生自发性前列腺增生（spontaneous benign prostatic hyperplasia），发生率随年龄的增加而增加，是公认的人类前列腺增生的理想动物模型；大鼠和小鼠的阴茎解剖及勃起时海绵体的生理变化与人类阴茎非常相似，常被选作勃起功能障碍动物模型；大鼠原发性高血压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；犬自发性类风湿关节炎是研究人类幼年型类风湿关节炎的理想模型。

2.尽量选择能人工复制的与人类疾病相似的动物

细菌性前列腺炎模型的建立常选择家兔、大鼠和小鼠；良性前列腺增生模型的建立常选择家犬；无精子症动物模型常选择小鼠；鼠和人类尿道的发育显示了很强的相似性，例如，两个上皮边缘的融合、一个上皮缝中线的闭合以及随后的细胞再塑，所以，通常选用小鼠作为尿道下裂实验动物模型；高脂血症的模型常选择小鸡；大鼠、小鼠、生鸽、鹌鹑、猕猴、小型猪、犬等动物均可用于制作动脉粥样硬化模型，但模型在心脏的主要病变部位与人类不同。与人类疾病相似的其他动物模型见表1-7。

（二）重复性原则

理想的动物模型应该是可重复的，甚至是可以标准化的，应该在许多因素上保证一致性，遵循“齐同可比”的原则进行实验的各项工作。例如犬最适宜做暴露心脏的剖胸手术，其冠状动脉循环与人相似，但同一冠状动脉同一部位的结扎，造成的后果在个体间差异很大，无法预测，也无法标准化。相反，大鼠、小鼠、地鼠和豚鼠结扎冠脉的后果就比较稳定一致，可以预测，可以标准化。标准化是重现性的可靠保证。为了增强动物模型复制的重复性，必须在以下方面尽可能标准化：动物品种、品系、年龄、性别、体重、健康状况；实验及环境条件如季节、昼夜节律、应激、温度、湿度、气压；实验方法步骤包括药品生产厂家、批号、纯度规格、给药剂量、给药途径；仪器设备的型号、灵敏度、精确度；实验者操作技术熟练程度。

（三）可靠性原则

在复制动物模型时，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功能、代谢、结构变化，同时具备该种疾病的主要症状和体征，并经过化验、B超、X光、心电图、病理切片等检测加以证实。不选用易自发地出现某些类似病变或易产生与复制疾病相混淆疾病的动物。如大鼠本身容易患地方性肺炎及进行性肾病，后者容易与铅中毒所致的肾病相混淆，而蒙古沙土鼠不易自发肾病变，一般只有铅中毒的动物才会出现相应的肾病变，因此，建立铅中毒动物模型时，宜选择蒙古沙鼠而不用大鼠。

（四）适用性和可控性原则

在复制动物模型时，应尽量考虑能在临床应用和疾病发展的控制性，以利于研究的开展。即要注意所建立的模型应该具有普遍适用性。同时，可通过人为控制一些条件，控制动物模型发生疾病的强弱，突出疾病的典型性。如在大鼠和小鼠筛选带有雌激素活性的药物时，雌激素能终止大鼠和小鼠的早期妊娠，可能是有效的避孕药，但不能终止人的妊娠。因此，选用雌激素复制大鼠和小鼠终止早期妊娠的模型是不适用的。同理，研究具有雌激素活性的化合物终止大鼠或小鼠妊娠的作用是没有意义的。又如大鼠、小鼠对革兰氏阴性细菌具有较高的抵抗力，不易发生腹膜炎，因此，建立实验性腹膜炎动物模型时，选用大鼠或小鼠就不合适。用犬腹腔注射粪便滤液建立腹膜炎模型时，一是粪便剂量及细菌菌株不易控制，二是引起的腹膜炎来不及进行实验治疗观察，动物就很快死亡（80%犬24小时内死亡），因此犬是不宜用于腹膜炎模型的动物。

（五）经济性和易行性原则

在复制动物模型时，应尽量选择经济的实验动物和容易执行的建模方法。大鼠、小鼠、豚鼠、地鼠、兔和犬等一是可以复制出十分近似人类疾病的动物模型，二是它们容易做到遗传背景明确，体内微生物、寄生虫可控制，动物年龄、性别、体重等可任意选择，而且价廉易得、便于饲养管理，因此，是复制动物模型使用最多、应用最广的实验动物。尽管非人灵长类动物与人最近似，复制的动物模型相似性好，因其稀少昂贵，除一些特殊疾病（如痢疾、脊髓灰质炎等）研究外，一般不作首选。如在制备动脉粥样动物模型时，猕猴和小型猪的诱发病变部位、病理特点均与人类相似，但猕猴的价格昂贵，小型猪的饲养管理技术要求较高，所以两者都不是制备动脉粥样动物模型的首选实验动物。此外，在模型的复制方法、观察指标的选择上也要注意经济性和易行性这一原则。

三、动物模型制作的影响因素

动物模型的制作离不开制模方法、动物因素和操作人员。凡是影响这三个环节的因素，均会影响动物模型的质量。因此，在动物模型的制备时必须加以重视。

（一）制模的方法

选择好制模的方法是复制动物模型的第一步。应明确研究目的、疾病发生机制和临床症状，确定制模方法。如建立骨折动物模型，可以采用物理撞伤的方法；萎缩性胃炎动物模型可以选择射线照射的方法，给予一定的时间的射线强度；糖尿病模型可以选择化学药物的方法，需了解化学药物的厂家、批号、纯度、规格、给药剂量、给药途径；传染性动物模型则必须了解微生物（细菌、病毒等）来源、浓度、瘤株种类、接种剂量、接种部位；乙肝动物模型可以借助转基因的方法，将HBV全基因或其片段转入动物全身性或动物特异性组织内。

（二）动物因素

1.力求使用标准化的实验动物

复制动物模型的动物种类繁多，如家养动物、野生动物和实验动物。家养动物饲养方便，来源容易，但微生物控制不严，遗传背景不清楚，不提倡使用；野生动物属自然生态类型，其微生物的感染情况复杂，遗传背景不清楚，来源困难，很难饲养，因此，也不便使用；实验动物的遗传、微生物、寄生虫、营养、环境均受到严格的控制，排除遗传背景和微生物对动物模型本身及实验结果的影响，因此，应尽可能使用标准化实验动物。

（1）遗传因素的影响：

遗传决定性状，在一个动物群体内遗传差异是引起表型差异的重要原因之一。同种动物不同培育方式，如封闭群SD大鼠与近交系大鼠，或同一培育方式的不同动物，如近交系BALB/c、C57BL/6、CBA/Caj小鼠，其生物学特性是有差异的，由此会影响模型的建立。如BALB/c、C57BL/6、CBA/Caj小鼠对HBV的易感性不同。因此，在建立动物模型时，一定要选择合适遗传背景的动物进行实验。

（2）微生物和寄生虫的影响：

动物体内微生物、寄生虫的携带状况对动物模型的建立有影响。如仙台病毒可严重影响动物体液和细胞介导的免疫应答、小鼠胎儿的发育、甚至干扰肿瘤形成。小鼠肝炎病毒可引起小鼠致死性肝炎、脑炎和肠炎，改变肝酶的活性及机体的各种免疫应答等。

（3）动物营养因素的影响：

动物食用的营养成分过高或过低均可导致相应疾病，如动物体内水分减少8%时，就有失水表现，严重干渴、食欲丧失、黏膜干燥、抗病力下降、蛋白质和脂肪分解加强；水分减少10%时，会引起严重的代谢紊乱；水分减少20%时，可能导致死亡。饲料中蛋白质缺乏易导致腹泻、脂肪肝、肌肉萎缩、生长缓慢、智力发育障碍，严重时导致死亡。脂肪含量过多会使动物肥胖，生殖力下降；脂类缺乏可引起严重的消化系统和中枢神经系统功能障碍。维生素A缺乏导致视觉损害、夜盲症、上皮粗糙、角化、骨发育不良和生长迟缓；维生素D缺乏导致软骨病；维生素E缺乏导致睾丸萎缩、肌肉麻痹、瘫痪、红细胞溶血；维生素B₁缺乏导致多发性神经炎；维生素B₂缺乏导致生长停止、脱毛、白内障、角膜血管新生；维生素C缺乏导致维生素C缺乏症。钙缺乏会造成幼畜的佝偻病；铁缺乏易患贫血。在制备动物模型时，只有食用符合国家标准的动物饲料才能保证动物及模型质量的一致性。

（4）动物环境因素的影响：

动物居住的环境是指动物生长繁殖的特定场所及有关条件，即围绕实验动物的事物总和。动物的基因型（染色体、基因、DNA及构象）在发育环境的作用下，产生某种表现型（酶、蛋白质、动物的形态和新陈代谢），而这种表现型在周围环境的作用下，导致不同的演出型（生物反应现象）。动物模型与动物实验一样，是对原演出型进行有控制的处理而获得的新演出型。只有动物原有的演出型稳定，才能获得重复性好的新的演出型（动物模型）。动物环境包括大环境和小环境，小环境又分为外环境和内环境，其中内环境包括温度、湿度、光照、噪声、氨浓度、气流速度等。

环境因素是影响动物质量及造模结果的重要因素，一个微小的环境因素变化都可影响到动物的行为和生理学特征，因此，任何一项环境因素都不容忽视。外环境中：随着实验季节的不同，动物对外界反应情况不同，如动物有季节性发情、换毛等生理现象；随着昼夜的不同，实验动物的体温、血糖、基础代谢率、内分泌激素的分泌等发生着节律性的变化。内环境中，温度影响动物的生殖、免疫功能、新陈代谢和药物毒性：高温导致雄性动物睾丸和副睾萎缩，精子生成能力下降；温度过高、过低常导致机体抵抗力下降、雌性动物性周期紊乱。湿度对动物的健康也有影响：高湿条件有利于环境病原微生物、寄生虫的生长、繁殖，垫料、饲料易发霉变；低湿条件下易导致动物呼吸道疾病。强光照射可导致动物视网膜损伤、生殖系统产生连续发情、大鼠、小鼠出现永久性阴道角化、多数卵泡达到排卵前期，但不形成黄体；持续的黑暗环境可抑制大鼠的生殖过程，使卵巢功能减弱。噪声过高可引起动物呼吸和心跳加快、血压升高、交配推迟、幼仔小或不产仔、哺乳期幼仔死亡率上升或生长速度改变。高分贝噪声可导致DBA/2系小鼠听源性痉挛。对啮齿类动物产生影响的音频范围一般为20～40kHz，器具和笼盒的碰撞落地、送风系统、空调机和电子设备等均能产生这种噪音，由于人的耳朵不能听到这些声音，这些噪声对动物的影响往往被忽略。

饲养笼盒放在房间的不同位置、笼内是否存在内含物（包括垫料和饲料）及内含物的量等都可能影响动物生存的微环境。如小鼠饲养房间内，排气口较进气口附近的温度要高3～4℃，相对湿度要高5%～10%。另外，放在笼架上层的动物感受到的光强度要比底层的强。一般来说，白化动物不能对达到视网膜的光线进行限制性调节，可导致视网膜的伤害，因而能改变松果体的功能，甚至影响动物对心理活性药物的反应。大鼠、小鼠和其他许多动物听觉范围、频率比人大得多。垫料的特性也会影响动物代谢的特点，包括影响动物对实验处理的反应，如用松木和桉木做成的垫料含有能诱发较大动物肝脏酶活性和细胞毒效应的物质，直接影响动物对药物代谢的特点。

2.选择的动物年龄、体重、性别和生理状态应适宜

动物的年龄、体重、性别、生理和健康状态等均对动物模型质量有不同程度的影响。根据实验目的选用适龄动物，同组动物的年龄（age）和体重（weight）相差不能超过10%。毒理学研究要求用未成年动物，因为其机体发育不健全，解毒排泄的酶系不完善，较成年动物敏感；而老年动物代谢功能低下，反应不灵敏。急性实验最好选用成年动物。慢性实验最好选用年轻的动物。在合格的饲养管理条件下，小型实验动物的年龄是可以根据体重来估算的（表1-8、1-9）。

在实验研究中，不同性别对同一致病刺激的反应也不同。如大鼠皮下注射150～300 mg乙醇，84%的雄性死亡，而雌性的死亡率只有30%左右；麦角新碱对5～6周龄雄性大鼠有明显的镇痛效果，对雌性却无；氯仿只对雄性小鼠肾脏有毒性作用。如果研究对性别无特殊要求时，应选用雌雄各半的动物。

在选择动物个体时，还应考虑动物的特殊生理状态，如妊娠、授乳期等，因为此时机体的反应性变化很大。

（三）人员因素

首先，复制模型时，要求研究者必须从研究目的出发，熟悉诱发条件、宿主特征、疾病表现和发病机制，即充分了解所需动物模型的全部信息，分析是否能得到预期的结果。懂得各种动物所需的诱发剂量、宿主年龄、性别和遗传性状等对实验的影响，以及动物疾病在组织学、生化学、病理学等方面与人类疾病的差异。要避免选用与人类对应器官相似性很小的动物作为模型材料。

其次，实验人员应该进行动物实验规范化操作培训，确保实验过程的一致性、准确性、完整性和标准化。即使对动物进行简单操作，也应该经过适当的培训以提高实验人员的操作质量。如动物注射给药时，正确的操作应该是首先称量动物以确定给药剂量，随后，使用一套容量合适的新注射器和针头抽取相应体积的注射药物，避免用一个注射器一次抽取注射几只动物的药物或选择容量过大的注射器，给药过程中应避免药液溢漏和前后不一致的操作。实验操作过程中动作轻柔，减轻动物的紧张情绪。