第一節 概念及意義
一、概念
人類疾病的動物模型(animal model of human disease) 是指各種醫學科學研究中建立的具有人類疾病模擬表現的動物。
動物疾病模型主要用于實驗生理學、實驗病理學和實驗治療學（包括新藥篩選）研究。人類疾病的發展十分復雜，以人本身作為實驗對象來深入探討疾病發生機制，推動醫藥學的發展來之緩慢，臨床積累的經驗不僅在時間和空間上都存在局限性，而且許多實驗在道義上和方法上也受到限制。而借助于動物模型的間接研究，可以有意識地改變那些在自然條件下不可能或不易排除的因素，以便更準確地觀察模型的實驗結果并與人類疾病進行比較研究，有助于更方便，更有效地認識人類疾病的發生發展規律，研究防治措施。
二、動物模型在生物醫學中的意義
1. 可復制 臨床上一些疾病不常見,如放射病、毒氣中毒、烈性傳染病、外傷、腫瘤等。還有一些如遺傳性、免疫性、代謝性和內分泌、血液等疾病，發生發展緩慢、潛伏期長，病程也長，可能幾年或幾十年,在人體很難進行3世代以上的連續觀察。人們可有意選用動物種群中發病率高的動物，通過不同手段復制出各種模型，在人為設計的實驗條件下反復觀察和研究，甚至可進行幾十世代的觀察，同時也避免了人體實驗造成的傷害。
2. 可按需要取樣 動物模型作為人類疾病的“復制品”,可按研究者的需要隨時采集各種樣品或分批處死動物收集標本，以了解疾病全過程，這是臨床難以辦到的。
3. 可比性 一般疾病多為零散發生,在同一時期內,很難獲得一定數量的定性材料,而模型動物不僅在群體數量上容易得到滿足，而且可以在方法學上嚴格控制實驗條件，在對飼養條件及遺傳、微生物、營養等因素嚴格控制的情況下，通過物理、化學或生物因素的作用，限制實驗的可變因子，并排除研究過程中其它因素的影響，取得條件一致的、數量較大的模型材料，從而提高實驗結果的可比性和重復性，使所得到的成果更準確更深入。
4. 有助于全面認識疾病的本質 在臨床上研究疾病的本質難免帶有一定局限性。許多病原體除人以外也能引起多種動物的感染，其癥狀體征表現可能不完全相同。但是通過對人畜共患病的比較，則可以充分認識同一病原體給不同機體帶來的各種危害，使研究工作上升到立體的水平來揭示某種疾病的本質。
因此，一個好的疾病模型應具有以下特點：①再現性好，應再現所要研究的人類疾病，動物疾病表現應與人類疾病相似。②動物背景資料完整，生命周期滿足實驗需要。③復制率高。④專一性好，即一種方法只能復制出一種模型。應該指出，任何一種動物模型都不能全部復制出人類疾病的所有表現，動物畢竟不是人體，模型實驗只是一種間接性研究，只可能在一個局部或一個方面與人類疾病相似。所以，模型實驗結論的正確性是相對的，最終還必須在人體上得到驗證。復制過程中一旦發現與人類疾病不同的現象，必須分析差異的性質和程度，找出異同點，以正確評估。
四、人類疾病動物模型的分類
1. 自發性動物模型(naturally occuring or spontaneous animal models)是取自動物自然發生的疾病,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。如大鼠的結腸腺癌、肝細胞癌模型，家犬的基底細胞癌、間質細胞癌模型等十余種。突變系的遺傳性疾病很多,可分為代謝性疾病、分子性疾病、特種蛋白合成異常性疾病等。這類疾病的發生在一定程度上減少了人為因素，更接近于人類疾病，因此近年來十分重視對自發性動物疾病模型的開發。
2. 誘發性動物模型(experimental artificial or induced animal models)
誘發性動物模型是通過物理、生物、化學等致病因素的作用，人為誘發出的具有類似人類疾病特征的動物模型。
誘發性動物模型制作方法簡便，實驗條件容易控制，重復性好，在短時間內可誘導出大量疾病模型，廣泛用于藥物篩選、毒理、傳染病、腫瘤、病理機制的研究。但誘發性動物模型是通過人為限定方式而產生的，多數情況下與臨床所見自然發生的疾病有一定差異,況且許多人類疾病目前還不能用人工誘發的方法復制,因而又有一定的局限性。
第二節 自發性人類疾病動物模型
一、免疫缺陷動物疾病模型
1. B淋巴細胞缺陷疾病模型 臨床常表現為免疫球蛋白缺失， 細胞免疫正常。 如CBA/N小鼠，起源于CBA/H品系，為X-染色體隱性遺傳，其基因符號為xid。純和型雌鼠(xid/xid)和雜合型雄鼠(xid/y)對Ⅱ型抗原(非胸腺依賴性抗原)以及雙鏈DNA 等沒有反應。對胸腺依賴性抗原缺乏抗體反應，IgG3、IgM低下。如果移植正常鼠的骨髓到xid宿主，B細胞缺失可得到恢復。而將xid鼠的骨髓移植到受射線照射的同系正常宿主，其仍然表現為不正常的表型。
2. T淋巴細胞缺陷動物疾病模型 胸腺分泌淋巴細胞缺陷導致細胞免疫功能喪失，臨床表現為毛發缺乏和胸腺發育不全。1966年在蘇格蘭的一群小鼠中發現了一種突變種--自發無毛小鼠，該鼠生長不良，繁殖力低下，易發生嚴重感染，到1968年對無毛小鼠進行縱膈連續切片，顯示出胸腺缺失，遺傳檢查為常染色體隱性遺傳，這種動物能接受同種或異種組織移植。現在有多種遺傳性無胸腺動物，如裸小鼠、裸大鼠、裸豚鼠和遺傳性無脾癥小鼠動物模型。
3. T、B淋巴細胞聯合免疫缺陷動物疾病模型 這是最嚴重的免疫缺陷疾病,動物臨床表現為低γ球蛋白血癥、低淋巴細胞血癥，由于B淋巴細胞缺乏， 在淋巴結內生發中心消失，由于T淋巴細胞缺乏，在脾動脈周圍細胞鞘和淋巴結副皮質區縮小、淋巴細胞減少。SCID(severe combind immuno deficiency)小鼠由美國Bosma M.J于1980 年首次發現，1988年由Jackson實驗室引入我國。遺傳檢查為第16號染色體上隱性突變基因,為C、B17/Icrj同源近交系。
二、遺傳性高血壓大鼠疾病模型
自發性高血壓(SHR)是1963年在日本由岡本和Aoki從Wistar大鼠中篩選培育而成,血壓呈持續升高，雄性SHR還拌有廣泛結節性動脈周圍炎,被用作結節性動脈周圍炎動物模型。用遺傳育種法已純化了八個品系遺傳性高血壓大鼠,即遺傳性高血壓品系(SHRSP)、鹽敏感品系(DS)、自發性高血壓品系(SHR)、中風型高血壓品系(SHRSP)、Milan 高血壓品系(MNS)、Munster品系(SHM)、Sabra高血壓品系(SBH)和Lyon高血壓品系(LH),病理生理及組織病理學變化與人類高血壓疾病有相似之處。
三、自發腫瘤疾病動物模型
幾乎所有人類腫瘤疾病在實驗動物中都可以有相似的腫瘤疾病，腫瘤在不同種系動物中發病率有差異，利用高發病率品系動物來研究自發性腫瘤疾病，更接近人群發病情況。小鼠乳腺癌在C3H、A/He、DBA/1、DBA/2發病率較高,在C3H雌性動物年齡超過9個月后,乳腺腫瘤發病率可高達100％;肺腫瘤多在A/He、A/JAX,皮膚腫瘤在C57L/He、BR/cd,肝臟腫瘤在C3H、C3Hf、C3He、C57,淋巴網狀系統腫瘤在C58、C57L，血管內皮瘤在HK、BALB/c等發病率較高，在實際工作中應進行針對性選擇。
第三節 誘發性動物模型的復制方法
誘發性動物模型的復制不外是以生物的、物理的及化學的因素作用于動物，使動物產生類似于人類疾病的生理改變。
物理因素包括機械力、溫度和壓力的改變、放射線 、噪音等。復制模型時要注意選擇適宜的刺激強度、時間和頻率。例如要觀察Ⅰ度燒傷，若作用時間過長，溫度過高，則會出現深度燒傷，達不到觀察Ⅰ度燒傷所引起的病理生理改變的目的，模型將失去價值。
生物因素，如病毒、細菌、真菌、寄生蟲、生物制品、細胞、毒素等各種致病原，通過注射或接種使動物產生相應疾病。用該方法進行復制時首先要注意易感動物與人臨床癥狀的異同處，選用易感動物。如輪狀病毒可引起嬰兒急性壞死性腸炎，而犬感染該病毒后僅出現亞臨床癥狀。人畜共患病動物模型是研究人類疾病的極好材料，現有 150多種人畜共患病資料，為流行病學、病理學和臨床癥狀學的研究提供了依據。
化學因素的作用有兩方面，一是通過化學物質的燒傷、腐蝕，二是通過化學物質參與代謝實現的。在復制過程中要注意不同品種、不同年齡、體重的動物存在著劑量、耐藥性和副作用的差異。如用四氯化碳復制肝脂肪變性動物模型，量過大會引起肝壞死，乃至出現急性中毒而死亡，因此，在試驗前要摸出穩定的實驗條件。
一、心血管系統疾病動物模型
（一）心肌缺血的動物模型
急性心肌缺血動物模型的制備方法很多，可概括分為兩類，一是開胸法諸如冠脈結扎法、冠脈夾閉法、微量直流電刺激法、化學灼燒法及冠脈局部滴敷藥物法；二是閉胸法，通過注射或接種使動物產生相應疾病。包括異物法如微珠堵塞法和球囊堵塞法及冠脈內注射藥物誘發冠脈痙攣法。開胸法直觀省時，易掌握，冠脈病變的部位恒定，個體間差異小,但需行開胸手術并要求以呼吸機輔助呼吸,創傷大,動物死亡率高達30-60％。閉胸法簡便易行，手術創傷小，動物死亡率低，術后動物恢復迅速，可以選擇任何一支冠脈，定位準確，且動物處于較少的生理擾亂下，用這種方法制備的模型進行實驗研究，結果相對準確，誤差小。
齊淑英等利用銅圈置入法制備急性心肌缺血動物模型，其機理可能在于銅圈作為異物被置入冠脈內，會誘發冠脈內血栓形成，堵塞冠脈而發生急性心肌缺血。選健康雜種犬，體重19±4kg，硫噴妥鈉10mg/kg靜脈注射麻醉動物，左側臥位固定于實驗臺上。右頸部常規備皮消毒，橫行切開皮膚，逐層分離皮下組織，暴露右側頸總動脈，結扎其遠心端，近心端剪開直徑約1/2，送入8F動脈穿刺器，Ｘ線下沿穿刺器送入7F 預塑形左冠脈主干，注射38％泛影葡胺顯影證實后,沿導管送入PTCA長導絲至左前降支遠端， 撤出導管、將自制銅圈（用直徑0.2mm銅絲，以12-16號注射針頭繞制7圈而成）套在導絲上,再用PTCA導管將銅圈推送至左前降支第一分叉處,撤出導管(PTCA導管)及長導絲，銅圈留于局部，連續心電監護，間斷注射造影劑。在實驗中，于送入導管前靜脈給予肝素鈉1.5mg/kg，置銅圈前靜注利多卡因2.0mg/kg，然后維持靜滴(1.0mg/min)。
其結果,犬于放置銅圈后4-12min出現急性心肌缺血,冠脈造影顯示銅圈遠端不顯影,心電圖出現定位的ST-T改變,成功率100％。犬于實驗結束后12h內均存活,死亡率為0。
（二）動脈粥樣硬化動物模型
除田鼠和地鼠外，一般溫血動物只要方法適當都能形成動脈粥樣硬化的斑塊病變。常選用兔、豬、大鼠、雞、鴿、猴和犬等動物。常用的復制方法有高膽固醇、高脂肪飼料喂養法，免疫學方法，兒茶酚胺類藥物注射法，同型半胱氨酸注射法，幼乳大白鼠法及膽固醇－脂肪乳劑靜脈注射法等。
家兔是使用最廣的動物，它對造病膳食的敏感性高，容易造成高膽固醇血癥與動脈粥樣硬化。缺點為家兔的脂質代謝與人類不同，病變的解剖分布以胸動脈為主，小動脈常有病變；病理組織以血源性巨噬細胞吞噬脂質為主，形成泡沫細胞，不容易形成粥樣斑塊，亦難以形成復合性病變；網狀內皮系統常伴有脂質沉積。
在含黃豆粉10％、麥粉38％、麩皮50％，鹽1％及魚粉1％的基礎飼料中加進豬油與蛋黃粉，每天每只家兔喂基礎飼料30-50g、豬油1.5g和蛋黃粉5g。以上述造病膳食飼喂14周。在喂食后2周內,血漿膽固醇濃度從實驗前的124mg/100ml逐漸上升，第8周達到最高水平，平均值為543mg/100ml。繼后膽固醇濃度明顯下降，停喂造病膳食后,下降更為明顯，降至180mg/100ml。主動脈病變Ⅱ-Ⅳ級者達92％，其中Ⅲ-Ⅳ級病變占62％;病變雖以細胞內外脂質沉積為主，但網狀內皮系統的脂質沉淀及肝臟損傷明顯減輕，死亡率降低。以該方法復制的動脈粥樣硬化模型，比較符合人類的飲食情況，實驗中動物健康狀態穩定，死亡率較低。
二、消化系統動物模型
（一）肝硬化動物模型
選體重150-200g的Wistar大鼠，將D-氨基半乳糖配制成10％的生理鹽水溶液，用1NNaOH將pH調節至7.0,以250mg/kg的劑量行腹內注射，每天一次，每周６天，約半年左右即可形成肝硬化。
在復制過程中，自股動脈取血作肝功能試驗，包括血清蛋白測定、濁度試驗、轉氨酶、乳酸脫氫酶（LDH）、單胺氧化酶(MAO)、５'-核苷酸酶(5'-NA)、γ-谷氨酰轉肽酶(γ－GT)及膽鹼酯酶。分批處死動物進行尸解，觀察腹水，心、肝、脾、肺腎等器官形態,用4％甲醛溶液固定,石蠟包埋,切片厚5微米,進行HE、網狀纖維（Gordon與Sweet法)、膠原纖維（Van Gieson 法)及彈力纖維(Weiger法)染色。
在采用上述劑量D-氨基半乳糖長期多次注入大鼠腹腔時，動物耐受性較好。逐漸出現進食活動減少，有時解稀糖大便，腹部較為膨隆。半年內與對照組相比，實驗組體重平均增長顯著延緩。
尸檢時可見腹腔內有腹水，0-20ml不等。心、脾、肺、腎、無明顯改變。與對照組相比，早期肝明顯增大、重量增加，色澤較灰黃，以后體積逐漸縮小，質地變硬，邊緣較鈍，肝表面可見彌漫性分布的細顆粒狀結節，結節大小不一，直徑約為0.5-1.5mm,結節間可見彌漫分布的纖維間隔，間隔一般較細小，其凹凸程度隨病變而加深。切片HE染色、光鏡下檢查，在注射氨基半乳糖5個月后，肝小葉結構開始紊亂,形成大小不等的肝細胞團，有的仍見好的中央靜脈，但其周圍門脈區膽管上皮高度增生，其間夾有殘留的個別肝細胞及少量單核多核白細胞及褐色素沉著。隨著病程的延長，增生的膽管及纖維母細胞向四周呈星芒狀伸展，有的與中央靜脈相連。一般肝細胞變性壞死少見，大多呈增生表現。Gordon與Sweet 法染色顯示肝細胞團中網狀纖維少見而周圍組織中存在著大量疏松的網狀纖維。膠原纖維及彈性纖維均未見增多。除肝外，其余實質器官切片無異常發現。
實驗動物在出現肝硬化時血清白蛋白含量稍有降低,濁度試驗略增高,血清GPT、LDH、MAO、5'-NA、γ-GT與膽鹼脂酶均無明顯改變。
（二）動物大腸癌模型
動物大腸癌的自然發病率很低，僅田鼠較易發生大腸息肉和腫瘤。早期使用誘癌的化學劑多是芳香胺類，1965年Laqueur應用蘇鐵素(cycasin)及其配基-甲基偶氮氧甲醇(MAM)成功地誘發了大鼠大腸癌,之后,又合成一系列類似物。目前用以誘發大腸癌的致癌劑主要是間接致癌劑二甲阱及直接致癌劑亞硝胺類。選用的動物有小鼠、大鼠及豚鼠等。這里重點介紹二甲阱誘發小鼠大腸癌的方法。
選體重為18-20g的雌性昆明種小鼠，飼以常規飼料，任意飲水。致癌劑：對稱的二甲肼(symmetrical 1，1-dimethylhydrazine，DMH)，為白色粉狀結晶， 每次臨注射前以無菌生理鹽水配成0.4％溶液，并用NaHCO3將其pH調至6.5-7.0。每周給小鼠頸部皮下注射DMH 20mg/kg(即0.4％DMH溶液0.05ml/10g)一次， 連續20(或16)次。 于注射日起6(或5) 個月末處死動物，檢查大腸的腫瘤。
據資料報導，大腸癌的發病率為81-100％。誘發的大腸腫瘤均系惡性腫瘤。腫瘤發生在腸壁的粘膜面，大多向腸內突出，腫瘤表面光滑，少數有糜爛。全部腫瘤均分布在距肛門6.5cm范圍內，以距肛門3-4cm處最密集。腫瘤的組織學檢查，絕大多數為腺癌。實驗中還誘發了一定量的肛門腫瘤，切片檢查均為鱗癌。亦可用C57BL 純系小鼠誘癌，方法同上，但誘癌率低，僅35％，每鼠帶瘤數亦少，說明此系小鼠對DMN不敏感。用DMH誘癌法，小鼠較大鼠合適，因為前者主要誘發大腸癌，后者除誘發出大腸癌外，小腸癌發病率較高，說明大鼠大腸組織對DMH敏感性不如小鼠高。此外誘癌率與小鼠的種系亦有關系，一般認為C57BL純系小鼠誘癌率低。
注射DMH及處理小鼠、墊料時需戴手套。加強防護措施。