书城医学药理学实验方法
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第11章 实验动物的分类(1)

一、实验动物品种、品系的概念

(一)定义

种(species)指可以相互交配且后代有繁殖能力的同一种类的动物,是生物学分类的最基本单位。

(1)品种(stock):指具有一些容易识别和人们所需要的性状,而且可以基本稳定遗传的动物群体。如新西兰白兔、青紫蓝兔、wistar大鼠、KM小鼠等。品种是种以下的分类单位,用于对家畜和实验动物方面的称呼,并非动物分类学的划分。

(2)品系(strain):在实验动物学中把基因高度纯合的动物称作品系动物。通常指近交系和突变系。例如,C57BL/6是近交系动物中的一个品系,属低癌组、高补体活性的动物。裸鼠是带有突变基因的品系动物。

(二)品种、品系动物应具备的特征

1.相似的外貌特征

例如小鼠C57BL/6品系的毛色是黑色的,DBA/2品系的毛色是灰色的,KM品种的毛色是白色的。当然,相似的外貌特征只是品系、品种应具备的条件之一。不同品系、品种的动物也有外貌相似的,例如A、KM等十几个品种、品系动物的毛色都是白色,但它们在其他的条件上是有区别的。

2.独特的生物学特性

独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础。在长期的研究过程中,科学工作者在一些动物身上发现了所需要的不同于其他动物的生物学特性,通过进行定向选择,将这些特性保留下来,成为今天为数众多的品系、品种。例如白化小鼠,多达几十个品系、品种,它们的生物学特性都有或多或少的差别。如A品系,在经产鼠中高发乳腺肿瘤,对致癌物质敏感,易产生肺癌,老年鼠多有肾脏病变;AKR品系自发淋巴细胞白血病;IcR品种繁殖能力强。

3.稳定的遗传性能

作为个品种或品系,不仅要有相似的外貌特征,独特的生物学特性,更重要的是要有稳定的遗传性能,即在品系、品种自群繁殖时,能将其特性稳定地传给后代。换言之,就是一个品系、品种必须具有一定的育种价值。

4.具有共同遗传来源和一定的遗传结构

任何品系品种都可追溯到其共同的祖先,并由此分支经选育而成,其遗传结构也应是独特的。例如KM小鼠Glo-1位点为a基因单一型,而NIH小鼠在藏基因呈多态分布,a、b型基因频率分别为67%和33%。如果将上述两个品种建立遗传概貌就会发现它们在遗传概貌上的差异,而品种内这种差异是有限的。

(一)依据基因纯合程度分类

依据基因纯合程度可分为相同基因型动物与不同基因型动物两类。

1.相同基因型动物

可分为同源导入近交系(congenic inbred strain)、同源突变近交系(coisogenicinbred strain)、普通近交系(common inbred strain)、重组近交系(recombiant inbredstrain)、分离近交系(segregating inbred strain)、杂交F1代(F1 hybrid)、单亲纯合二倍体(uniparental homozygous diploid)等动物。

2.不同基因型动物

即封闭群(closed colony),包括突变种(mutant stock)和远交种(outbredstock)。

3.差异

同基因型动物主要以近交系动物为代表,在繁殖中根据目的不同分别采用近交、杂交或连续回交,或回交互交等特殊的方式培育而成。不同基因型或杂合型的动物主要来源于远交杂种或近交纯种的动物,一般来说这些动物采用随机交配的方法,尽量避免选择,避免近交,保持一定的遗传异质性。不同基因型的动物与基因型相同的动物相比在以下几个方面存在差异。

(二)依据基因组成特点分类

依据基因组成特点实验动物可分为近交系、突变系、杂种F1代(或杂交群)和封闭群。

1.近交系动物(inbred strain animal)

(1)概念一般是指采用至少连续20代以上全同胞兄妹或亲子(子女与年轻的父母)进行交配,而培养出来的遗传基因纯化的品系,品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先。因全同胞兄妹交配较为方便而多被采用。一般用近交系数(F)代表纯化程度,全同胞兄弟姊妹近交一代可使异质基因(杂合度)减少19%,即可使纯化程度增加19%。

(2)命名国际上一般按照以下原则进行命名

①一般使用一个或几个大写英文字母表示,如A、AE、BA、AKR、DBA、NZB、ATAR、NMRT、NYLR、NZBR等。

②有些品系可在大写英文字母间加人一些阿拉伯数字来表示,如C3H、C57BL、C57BR、C57L、CC57W、cc57BR等。

③非正规的命名,如果已广泛为国际上所共知者,则可保留沿用,如:“129”、“101”、“615”等。

④近交代数表示,一般是在品系符号后括号里写上代数,并在代数前加写“F”(filial的缩写),例如A(F78)。如果由于资料不全,可以写上已知代数,在代数前面加下问号,如AKR(F?+10)。如系从其他实验室引人的近交系或亚系,又经自己实验室若干代的繁殖,其近交代数的表示方法是在F符号后,先标明引入时的子代数,再加上自己实验室繁殖的代数,如C57BL/lnga(F73+26),即表示此亚系是73代时引人的,又经自己培育了26代。

⑤书写品系命名符号要写全,应使用公布的全称,不能随便缩写(这里指的是写论文报告,在材料方法一栏里一定要把品系命名符号写全。这样才能说明所指的是哪个品系或亚系)。例如,C57这个缩写可意味着七八个特征不同的品系(如C57BL,及其亚系6个,C57BR/cdJ,C57L)。只写C57BL就包括有几个特征不同的亚系(如C57BL/1,C57BL/6J、C57BL/6N、C57BL/IOJ等)。所以,若只写C57或C57BL。都是品系名称未书写完全。

⑥国际上公认的品系缩写:已公布的品系缩写有:AKR-AK,BALB/c-C,CBA-CB,C3H-C3,C57BL-B,C57BL/6-B6,C57BL/10-B10,C57BR-BR,C57L-L,DBA/l-Dl,DBA/2-D2,HRS/J-HR,RⅢ-R3。

⑦品系符号的优先权:任何品系或亚系命名均应参照国际命名委员会的规则命名,如果出现两品系命名符号相同,则保留先正式公布者,并以发表《Mouse NewsLetter》(小鼠新闻通讯)或《Inbred Strani of Mice》(近交系小鼠)两个刊物上的品系名为准。但一些著名的、国际广泛使用的品系则不在此限。

(3)特性:基因纯合性、遗传稳定性、同基因性、表现型的均一性、个体性、分布的广泛性、资料可查性、可分辨性。

(4)应用:近交系动物与封闭群相比,个体之间极为一致,对实验反应一致,实验数据标准差较小,因此在实验中实验组和对照组都只需少量的动物。

由于近交,隐性基因纯合性状得以暴露,可以获得大量先天性畸形及先天性疾病的动物模型,如糖尿病、高血压等。这些动物家系清楚,取材方便,是进行基因连锁分析、遗传学、生理学和胚胎生物学研究的理想实验材料。

在某些涉及组织细胞或肿瘤移植的实验中,个体之间组织相容性一致与否,是实验成败的关键,在过里,近交系动物成为必不可少的实验动物。某些近交系具有一定的自发或诱发肿瘤发病率,并可使许多肿瘤细胞株在活体动物上传代,这些品系成为肿瘤病因学、肿瘤药理学研究的重要模型。

多个近交系同时使用可使不同研究者分析不同遗传组成对某项实验的影响,或者观察实验结果是否有普遍意义。

2.突变系动物(mutant strain animal)

(1)概念:指具有特殊突变基因、并伴有各种遗传缺骼的品系动物。在长期繁殖过程中,动物的子代突然发生变异,变异的基因位点又可遗传下去,或者即使没有明确的基因位点,经淘汰和选育后,仍能维持其稳定的遗传性状,这种变异并能继续保持遗传基因特性的品系动物,称为突变系动物。

(2)命名:在原品系名称后面加上连字号与突变基因符号,如BALB/c-nu/nu,N:NIH-nu/nu分别表示BALB/c品系有nu基因的突变系。

(3)应用现在已经发现的小鼠突变基因有648个,家兔有76个,大鼠有105个和豚鼠有38个。这些突变型动物,有的已应用在科学研究中,特别是那些与人类某种疾病相类似的突变型动物已用作动物模型进行研究。有与人类疾病相似的肥胖症和糖尿病小鼠、肌肉萎缩症小鼠、溶血性贫血小鼠等。广泛使用的无胸腺裸鼠,由于它缺乏胸腺,因此是免疫学研究的重要动物模型。裸鼠能接受多种人类癌细胞的移植,并已成为癌症机制的研究和治疗癌症药物筛选的良好动物模型。

3.杂种F1代(或杂交群)

(1)概念:两个近交品系动物之间进行有计划交配所获得的第一代动物,称为杂交群动物(hybnd strain)或杂交一代动物,简称F1动物。如C57BL6/J和DBA/2小鼠交配后培育的第一代动物即为BDFI或B6D2F1。

(2)命名母系名称在前,父系名称在后,中间以“×”连接,再以括号括起来,在括号后写上F1。如:(C57BL/6×DBA/2)F1。

(3)特性

①具有杂交优势,生命力强,适应性和抗病力强,繁殖旺盛等优点,在很大的程度上可“克服因近交繁殖所引起的近交衰退现象。

⑦具有近交系动物基本相似的遗传均质性。

③对各种实验结果重复性好。

④具有亲代双亲的特点。

⑤国际上分布广,已广泛用于各类实验研究,实验结果便于在国际间进行重复和交流。

(4)应用

①干细胞的研究:根据目前的研究,可清楚地表明,来自F1种小鼠正常的外周血的白细胞能够在受到致死性照射的父母或非常接近的同种动物中种植和繁殖,并可使动物存活和产生供体型的淋巴细胞、粒细胞和红细胞,这证明小鼠外周血中存在干细胞。因此,F1动物是研究外周血中干细胞的重要实验材料。

②移植免疫的研究:F1动物是进行移植物抗宿主反应(graft-versus-host reaction,简称GVHR)良好的实验材料。可以鉴定出免疫活性细胞去除是否完全。如CBA小鼠亲代脾脏细胞经一定培养液孵育后注入到CDF1(DBA/2×CBA)小鼠的脚掌,对侧作为对照,如cBA亲代小鼠免疫活性细胞去除干净时,则将不产生移植物抗宿主反应,否则相反。

③细胞动力学研究:如选用BCF1(CBA×C57BL/6)小鼠作小肠隐窝细胞繁殖周期实验。

④单克隆抗体研究:杂交瘤合成单克隆抗体是近年来生物医学中一项重大的突变。采用的小鼠骨髓瘤细胞系,一般将来自BALB/C品系小鼠,由此获得的杂交瘤的细胞注入该小鼠腹腔后,即可生长肿瘤,同时产生高效价抗体的腹水。

4.封闭群(closed colony animal)