讲鼠解经：自发与诱发性疾病动物模型

图2 ob/ob小鼠

db/db小鼠（db/db mouse）由C57BL/KsJ近亲交配常染色体隐性遗传衍化而来，属2型糖尿病模型。动物在1月龄时开始贪食及发胖，继而产生高血糖、高血胰岛素，胰高血糖素也升高。一般在10月内死亡。另一背景糖尿病小鼠（C57BL/6J db/db）也发生严重的糖尿病症状，类似C57B17KSJ ob/ob小鼠，即早发的高胰岛素血症，体重下降和早死。db/db小鼠与ob/ob小鼠不同，可发生明显的肾病。

LETL（Long-EvansTukushimalean）大鼠是一种1型糖尿病的动物模型，通常于8~20周发生糖尿病，在糖尿病症状发生前4~5天，胰岛可见有明显的淋巴细胞浸润。OLETF（Otsuka-Long-EvansTokushima Fatty）大鼠是利用Long-Evans系大鼠建立的自发性2型糖尿病动物模型。此模型具有2型糖尿病的特征：多食、多饮、多尿和肥胖，有高血糖、高血脂、蛋白尿表现。随着病程进展，OLETF大鼠逐渐出现肾脏系膜基质增生、肾小球基底膜增厚、肾小球透明样变，晚期出现与人类非常相似的结节性肾小球硬化。

NOD/LtJ小鼠是一种非肥胖糖尿病（nonobese diabetic，NOD）小鼠。在对ICRVJcl小鼠进行近交培育第6代时，从白内障易感亚系分离出非肥胖糖尿病品系和非肥胖正常品系（NON）。在近交系20代时，首先发现NOD雌鼠有胰岛素依赖性糖尿病。90〜120天（相当于人类青春期）出现酮尿、糖尿、高血糖、高胆固醇、烦渴、多尿、贪食，临床症状与人类1型糖尿病类似。

糖尿病肥胖小鼠（BKS.Cg-Dock7m+/+Leprdb/Nju）来源于C57BLKS/Nju小鼠，因Leprdb基因缺陷而形成。纯合的自发突变C57BLKS/Nju小鼠在3~4周产生可辨认的肥胖表型（图3）。出生后10〜14天，血浆胰岛素和血糖开始升高。能够观察到很多特征：血糖不受控制的增高、胰岛细胞缺失、寿命10个月。

图3 糖尿病肥胖小鼠

自发性疾病动物模型培育也可依靠选育和杂交的方法获得。白化中国地鼠（A：CHA）是研究人员从中国地鼠的饲养群中发现了白化突变，并对该突变进行了追踪和选育，最后获得了白化中国地鼠，其白化性状的产生源于6号染色体上的单一基因突变。该地鼠品系是辐射遗传和细胞遗传研究的理想实验动物，是黑热病和阿米巴肝脓肿的首选模型动物。

阿尔兹海默病（Alzheimer's disease，AD），是一种由神经系统变性引发的进行性痴呆，老年发病率高，亦称老年痴呆（图4）。常用以研究AD实验动物有非人灵长类动物与啮齿类动物，18个月以上的老年鼠表现出学习和记忆能力的减退，其脑内隔区、基底核及斜角带核的神经元明显萎缩；20年以上的短尾猴脑内出现老年斑，随着年龄的增长，ApoE与β-淀粉样前体蛋白的表达增加，老年斑中相应抗体的阳性染色也增加。快速老化型小鼠（senescence accelerated prone，SAMP）是日本学者在繁殖自然AKR变异的小鼠时筛选出来并近交而培育成功。SAMP包括9个亚系，其中SAMP8作为AD的衰老模型被广泛认可。与正常小鼠相比，SAMP8小鼠寿命更短，脑内沉积灶发生更早，发生率更高。在经过5个月左右的成长期后，SAMP8模型便可出现学习和记忆能力的减退，并产生神经元减少、神经细胞萎缩、神经递质代谢异常等病理改变。SAMP8模型既有自然衰老小鼠特征，又有类似老年痴呆脑部病理改变及学习记忆功能衰退，对AD病理学模拟更好。

图4 阿尔兹海默病与健康大脑的对比

自发性疾病动物模型主要依靠日常饲养过程中对发生自发突变的动物进行人工筛选，通过后代选育而获得，将可稳定遗传的动物模型保留下来，即为自发性疾病动物模型。在自然情况下所发生的疾病，包括突变系的遗传疾病和近交系的肿瘤疾病模型。突变系的遗传疾病很多，又可分为代谢性疾病、分子疾病和特种蛋白质合成异常疾病。如，无胸腺裸鼠，肌肉萎缩症小鼠、肥胖小鼠、无脾小鼠和青光眼家兔等。近交系的肿瘤模型因实验动物种属、品系的不同，其肿瘤的发生类型和发病频率有很大的差异。很多自发性动物模型在研究人类疾病时具有重要的价值，如，自发性高血压大鼠、中国地鼠自发性真性糖尿病、小鼠各种自发性肿瘤等。利用这类动物疾病模型来研究人类疾病的最大优点是，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，其应用价值很高；缺点是这类模型的来源较困难。

自发性疾病动物模型是在长期的繁殖和育种过程中，遗传基因发生突变导致的，这种突变是随机的、不确定的。部分基因的突变导致了自发性疾病的发生，这类自发性疾病与人类相关疾病的表现较为相似。所以，培育自发性疾病动物模型具有重要的应用价值，其培育过程主要是筛选获得该类疾病模型，而后通过繁殖技术进行培育，使得稳定地呈现所需的病理反应。我们将具有突变基因的动物称为突变动物，并将这些突变动物按照科学研究的要求进行定向培育，使育成的动物符合实验要求。

1、培育纯合子型突变系

通过连续选择携带目的突变基因同时有繁殖能力的动物进行兄妹交配，使其子代基因纯合，经过20代即可育成一个稳定的品系。

2、单一隐性基因突变

啮齿类动物中大多数常见毛色的基因属于这种类型。纯合单一隐性基因虽然是反常的，但能良好地生活和繁殖。以白化（c）为例，简单的繁殖方法是白化之间的交配，就能生产全部白化的后代。c/c×c/c→全部c/c（白化）。有时，为了保持动物健壮，需要与其他品系进行异型杂交。如果另一品系是正常毛色基因型，异型杂交所产生的全部杂合子，其表现型是正常的。c/c×+/+→全部c/+（正常），杂合子（c+）互交，可以预期得到1/4白化和3/4正常型。c/+×c/+→1/4c/c（白化）：l/2c/+（正常）：1/4+/+（正常），然后再用白化与白化交配，可以生产出全部白化动物。采用白化与杂合（c/+）回交，可以产生半数白化和半数正常的动物。c/+×c/c→1/2c/c（白化）：1/2c/+（正常）。回交具有许多优点，它产生的子代具有数量相等的双亲基因型，因此可以世世代代地重复交配繁殖。另外，它生产的子代是一半正常一半反常的，所以当研究需要正常的同一胎子代作为对照时，那么这种交配方法最为适用。

3、显性突变育种

最常用的交配方法是采用杂合子突变与正常动物交配，这个结果能生产相同数量的突变型和正常的子代。以小鼠短卷毛为例。Re/+（短卷毛）×+/+（正常）→1/2Re/+（短卷毛）：1/2+/+（正常）。如果是杂合子之间的交配，则将能生产3只突变型和1只正常：Re/+×Re/+→1/4Re/Re（短卷毛）：l/2Re/+（短卷毛）：1/4+/+（正常）。

4、培育杂合型的突变系

当突变基因的两性中一性或两性不能繁殖时，多采用育成杂合型的近交系，以保持其突变基因不被丢失。

5、隐性纯合中一性是不良的繁殖者

有的突变型缺陷严重的危害纯合子动物的生理功能，而使其丧失繁殖能力。如，小鼠隐性“无毛”（hr），因为纯合子（hr/hr）母鼠不能哺育乳鼠，所以不能用纯合子之间的交配。但因无毛雄鼠能繁殖，因而采用无毛雄鼠与杂合（+/hr）雌鼠回交的繁殖方法。hr/hr♂ × +/hr♀ → +1/2hr/hr：l/2+/hr。又如裸鼠（nu/nu），它繁殖困难，生产能力极低，因而限制了使用范围。约2/3的纯合裸雄鼠不育和所有纯合裸雌鼠不哺育仔鼠，在这种情况下，只有使用杂合子与纯合子之间交配繁殖。nu/nu♂×+/nu♀→1/2nu/nu：1/2+/nu。有人报道使用1只纯合雄鼠（nu/nu♂）配3只杂合雌鼠（nu/+♀），结果平均每月每笼离乳的裸鼠为8.5只，占整个离乳幼鼠的43%。

6、隐性纯合中的两性都不能繁殖

如果隐性纯合的两性都不能繁殖，则饲养繁殖该基因型的原种就较为困难。小鼠垂体性侏儒（dw）基因就是一个例子，纯合子侏儒（dw/dw）缺乏垂体生长激素，并且两性都不育，假如采用杂合子之间的交配，即能生产1/4侏儒和3/4正常的子代。+/dw×+/dw → 1/4dw/dw（侏儒）：l/2+/dw（正常）：1/4+/+（正常）。表现型正常的动物中有2/3是杂合子（+/dw），适用于繁殖侏儒鼠，但是在外貌上无法与正常纯合子（+/+）相区别，所以外观正常的动物用“+/dw?”标记。测试外貌正常的基因型要经过试验。其方法有二：

（1）取1只+/dw?与另一只已知的杂合子（+/dw）交配：如其子代产生1/4侏儒仔，则可证明此待查+/dw?动物是+/dw；如这种试交的结果，子代中没有侏儒仔，则该动物是正常纯合子。

（2）把未知的子代互相随机交配：表现型正常的动物有2/3机会是杂合子（+/dw）。这样合在一起将有2/3×2/3=4/9的机会是预期的基因型。因此，可以平均接近1/2产生侏儒仔。如果交配结果不产生侏儒仔，则必然是这一对中有1只或2只是正常的纯合子。

自发性疾病动物模型大多遗传背景清楚，对研究疾病相关位点和基因具有重要的应用价值。这类疾病的发生更接近于人类疾病，其病理生理特征是稳定、均一、可重现的，减少了诱发模型所不能克服的人为因素干扰，受到广大研究者的青睐。自发性疾病模型的动物饲养条件要求高，自然发病率也比较低，自然选育获得纯系需要花费很长时间，并且这些动物模型的建立是一个被动获得过程，这使其应用发展受到局限。大部分自发性疾病动物模型主要用于相关疾病的病程监测和病理分析。

美国Jackson实验室（http://www.jax.org/index.html）和国家遗传工程小鼠资源库（http://www.nrcmm.cn/mice/index.asp）均可提供自发突变疾病大小鼠模型。研究者也可通过个人联系某些动物模型的培育者，如果是用做非商业的科学研究，大多时候会获得对方积极回应。

自发性疾病动物模型是指实验动物未经任何人工处置，在自然条件下发生或由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物模型。以上介绍了常用自发性动物模型、自发性动物模型的发现和培育及自发性动物模型的特点和来源。

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