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中國(guó)地鼠資源開(kāi)發(fā)利用的研究進(jìn)展

2018-01-22 13:21高繼萍劉茂林宋國(guó)華山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人類疾病動(dòng)物模型山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室太原030001
關(guān)鍵詞:倉(cāng)鼠動(dòng)物模型糖尿病

常 凱,高繼萍,劉茂林,宋國(guó)華(山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人類疾病動(dòng)物模型山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原 030001)

中國(guó)地鼠是我國(guó)特有的優(yōu)勢(shì)鼠種,個(gè)體小,便于操作,易于飼養(yǎng),經(jīng)濟(jì)易獲。中國(guó)地鼠在生物學(xué)研究中具有十分重要的地位。本文就中國(guó)地鼠自被開(kāi)發(fā)以來(lái)有關(guān)的應(yīng)用文獻(xiàn)進(jìn)行綜述,旨在為中國(guó)地鼠資源開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 中國(guó)地鼠的基本概況

1.1 中國(guó)地鼠的分類地位及開(kāi)發(fā)歷程

中國(guó)地鼠(Cricetulusbarabensisgriseus或Chinese hamster)屬哺乳綱,嚙齒目,倉(cāng)鼠科,倉(cāng)鼠亞科。中國(guó)地鼠是田間常見(jiàn)野鼠,主要分布在我國(guó)華北地區(qū),與小鼠和大鼠存在較大差異[1 - 3]。

國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)20年代,開(kāi)始將野生型中國(guó)地鼠引入實(shí)驗(yàn)室并馴養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。20世紀(jì)40年代末,Schwentker從我國(guó)取10對(duì)野生原種培育,數(shù)年后遍及歐、美、日等國(guó)的部分主要實(shí)驗(yàn)室。1958年,Yerganian[4]首次報(bào)道了在實(shí)驗(yàn)室成功繁育出中國(guó)地鼠。日本東京醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心成功培育自發(fā)性NIDDM近交系中國(guó)地鼠(KDS)糖尿病模型[5]。1980年春,薄家璐[6]從北京郊區(qū)農(nóng)田捕獲60只中國(guó)地鼠開(kāi)始馴化,1991年成功培育出中國(guó)地鼠近交系,命名為SYB1并于1993年載入國(guó)際實(shí)驗(yàn)動(dòng)物索引。宋國(guó)華等[7]通過(guò)隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA(RAPD)證實(shí)山醫(yī)群體E家系有很高的遺傳純度。20世紀(jì)80年代,中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心徐植嵐教授課題組建立了黑線倉(cāng)鼠白化突變系(A: CHA)的基礎(chǔ)種群,黑線倉(cāng)鼠白化突變系較黑線倉(cāng)鼠在皮膚微循環(huán)、輻射防護(hù)、體表寄生蟲(chóng)以及流行病學(xué)等方面都展現(xiàn)出更多的優(yōu)越性;趙彥斌[8]對(duì)其白化性狀產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究,這為黑線倉(cāng)鼠功能研究奠定了基礎(chǔ)。美國(guó)Upjohn群體、加拿大的Best群體及日本的Asahikawa群體等都已形成中國(guó)地鼠群體[9]。

1.2 基本生物學(xué)特性

近交系中國(guó)地鼠較野生型中國(guó)地鼠體型偏小,保留了野生型中國(guó)地鼠的基本性狀特點(diǎn),也具有一些獨(dú)特的生物學(xué)特性。

中國(guó)地鼠成年雌鼠平均體重36.5 g,體長(zhǎng)8.8 cm;雄鼠體重32.5 g,體長(zhǎng)9.9 cm,經(jīng)累代近交其體型有減小的趨勢(shì)。幼鼠性成熟日齡約為55.0 d,雄鼠稍早于雌性,妊娠期平均20.05 d[10],雌性山醫(yī)群體近交系的動(dòng)情周期平均為(91.20±23.02) h[11]。雌、雄山醫(yī)群體近交系中國(guó)地鼠心率無(wú)明顯差異,為每分鐘(658±102)次[10];血壓也無(wú)明顯差異,平均壓為(12.02±4.91) kPa、(12.31±5.73) kPa;呼吸頻率存在明顯差異,分別為每分鐘(120.10±28.73)次、每分鐘(134.82±22.97)次[12]。初生年份和胎次對(duì)中國(guó)地鼠的產(chǎn)仔數(shù)影響較顯著[13]。遺傳力綜合體現(xiàn)了生物的性狀、群體和環(huán)境,山醫(yī)群體近交系E繁殖性狀的遺傳力屬低遺傳力[14]。白化中國(guó)地鼠的繁殖性能于1990年首次被報(bào)道,包括孕產(chǎn)期和性周期等[15]。自發(fā)NIDDM中國(guó)地鼠平均出生體重為(1.60±0.10) g,離乳活仔數(shù)為(3.47±1.11),成活率為91.74%[16]。

2 中國(guó)地鼠在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用

Hseieh自1919年開(kāi)始在醫(yī)學(xué)研究中利用中國(guó)地鼠,近年來(lái)[17 - 19]中國(guó)地鼠日益受到重視。中國(guó)地鼠在Ⅱ型糖尿病、微生物、脂類代謝、腫瘤和寄生蟲(chóng)等方面具有重要的價(jià)值。

2.1 Ⅱ型糖尿病(自發(fā)NIDDM)中國(guó)地鼠模型

糖尿病動(dòng)物模型雖然已有很多種類,但自發(fā)的Ⅱ型糖尿病動(dòng)物模型尚少。中國(guó)地鼠可通過(guò)近親交配產(chǎn)生遺傳性糖尿病,自發(fā)NIDDM中國(guó)地鼠易發(fā)病、發(fā)病率高、各代間都比較穩(wěn)定;糖尿病發(fā)病及病程對(duì)繁殖生長(zhǎng)性能影響不明顯;自發(fā)NIDDM中國(guó)地鼠發(fā)病率受飲食和環(huán)境因素影響,腎糖閾較高,無(wú)外源性胰島素治療條件下仍可存活,其病理變化與人類糖尿病相似,發(fā)病后糖代謝、脂質(zhì)代謝和蛋白質(zhì)謝的變化水平與人類一致,是理想的Ⅱ型糖尿病自發(fā)動(dòng)物模型。Ⅱ型糖尿病中國(guó)地鼠模型較用化學(xué)藥物如四氧嘧啶等造成胰島損傷的糖尿病模型具有更大優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用高脂飲食及結(jié)合注射小劑量鏈脲菌素(STZ)的方法建立胰島素抵抗和Ⅱ型糖尿病中國(guó)地鼠模型,是目前制備Ⅱ型糖尿病動(dòng)物模型的較好方法。李國(guó)生等[20]成功建立了Ⅱ型糖尿病模型并進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察,結(jié)果表明:Ⅱ型糖尿病中國(guó)地鼠模型的病理特征與人類類似,成模率為73.3%。李國(guó)生和劉栩晗等[21 - 23]利用Ⅱ型糖尿病中國(guó)地鼠模型深入探討了黃連素、小檗堿和格列美脲治療肝臟脂誘性胰島素抵抗的分子機(jī)制,發(fā)現(xiàn)小檗堿可治療Ⅱ型糖尿病中國(guó)地鼠脂誘性胰島素抵抗,也可明顯降低Ⅱ型糖尿病中國(guó)地鼠血糖血脂且明顯改善糖耐量和增強(qiáng)胰島素敏感性,有效改善胰島素抵抗[24 - 25]。

2.2 微生物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型

雄性中國(guó)地鼠有一對(duì)碩大而下墜的睪丸,是病原體接種的極佳器官,說(shuō)明中國(guó)地鼠也適合建立微生物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。中國(guó)地鼠最早被用于肺炎球菌的研究,對(duì)結(jié)核菌的感染效果較小鼠好,其癥狀和致病比豚鼠早且明顯;對(duì)白喉病比豚鼠更易感,對(duì)鏈球菌、分支桿菌、狂犬病和馬腦炎等的病原易感[26]。中國(guó)地鼠對(duì)牛副結(jié)核菌也易感,高法衡等[27]利用中國(guó)地鼠初步探討建立牛副結(jié)核菌的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型,經(jīng)口感染108~109牛副結(jié)核菌2個(gè)月后,細(xì)菌在肝、脾、腸道增殖,腸淋巴結(jié)有病變。Ma等[28]發(fā)現(xiàn)中國(guó)地鼠卵巢細(xì)胞(CHO)是異嗜性白血病病毒相關(guān)病毒(XMulV)的宿主細(xì)胞系,中國(guó)地鼠卵巢細(xì)胞在感染XMulV后,病毒第5天開(kāi)始增加,在第6、7天開(kāi)始以指數(shù)形式增長(zhǎng),其增長(zhǎng)曲線是一個(gè)典型的單步增長(zhǎng)曲線。中國(guó)地鼠也可感染乙型肝炎病毒(HBV),中國(guó)地鼠上臂外側(cè)肌肉注射中國(guó)地鼠卵巢細(xì)胞重組乙型肝炎疫苗(CDV)比血源性乙型肝炎疫苗(PDV)有更強(qiáng)的免疫原性且CDV的保護(hù)效力可維持較長(zhǎng)時(shí)間,人體副反應(yīng)無(wú)明顯差異[29]。

2.3 脂類代謝模型

高脂飼料飼養(yǎng)中國(guó)地鼠可升高血脂但未提高血糖水平,大鼠和小鼠對(duì)膽固醇不敏感,飼養(yǎng)高膽固醇1周后其血漿脂質(zhì)成分沒(méi)有顯著變化[30]。通過(guò)高脂膳食結(jié)合小劑量鏈脲佐菌素可成功建立中國(guó)地鼠高糖高脂動(dòng)物模型[31]。Jiang等[32]建立中國(guó)地鼠高糖高脂動(dòng)物模型并應(yīng)用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)和代謝組學(xué)方法進(jìn)一步研究了高脂血癥中國(guó)地鼠冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展過(guò)程,并且深入研究了金雀異黃素對(duì)高脂血癥的緩解作用[33]。

2.4 腫瘤模型

中國(guó)地鼠是腫瘤移植和實(shí)驗(yàn)?zāi)[瘤學(xué)的理想實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。它有一對(duì)易于翻出的頰囊,腫瘤易于觀察和切取,口腔黏膜與人類類似,可模擬人類口腔癌變過(guò)程并用于口腔黏膜癌研究。皇甫冰等[34]通過(guò)二甲基苯并蒽(DMBA)涂抹法成功建立了中國(guó)地鼠頰囊黏膜癌前病變、鱗狀細(xì)胞癌模型,在第15周時(shí)經(jīng)組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)其類似于人類頰黏膜鱗狀細(xì)胞癌,中國(guó)地鼠頰囊黏膜癌實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的建模成功為人類口腔黏膜癌變的治療提供了有益的方法和思路。劉球[35]用雌激素處理中國(guó)地鼠,發(fā)現(xiàn)中國(guó)地鼠大約60%以上會(huì)發(fā)生垂體前葉腺瘤,腫瘤的形成多在經(jīng)雌激素處理3個(gè)月后,神經(jīng)系統(tǒng)的功能狀態(tài)能影響垂體腫瘤的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程。

2.5 寄生蟲(chóng)病模型

中國(guó)地鼠對(duì)原蟲(chóng)、阿米巴、旋毛蟲(chóng)、巴貝西蟲(chóng)等易感染,因此在寄生蟲(chóng)研究方面中國(guó)地鼠也有廣泛的應(yīng)用。1919年Hseieh就發(fā)現(xiàn)中國(guó)地鼠對(duì)原蟲(chóng)具有高度感受性。劉偉銘等[36]在雄性中國(guó)地鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)一種蠕形螨,但其分類地位還不明確。判斷宿主動(dòng)物是否感染寄生蟲(chóng)的有效方法是檢測(cè)血液生理值,從感染前后中國(guó)地鼠細(xì)胞因子和機(jī)體免疫機(jī)能變化來(lái)看中國(guó)地鼠也適合建立旋毛蟲(chóng)病感染動(dòng)物模型。中國(guó)地鼠在感染旋毛蟲(chóng)約2周后生理值變化最明顯,白細(xì)胞計(jì)數(shù)和淋巴細(xì)胞數(shù)值變化最為快速,中國(guó)地鼠及其白化突變系動(dòng)物感染旋毛蟲(chóng)后,分泌細(xì)胞因子IL-2的含量從第2周至第6周呈上升趨勢(shì)[37]。感染巴貝西蟲(chóng)的中國(guó)地鼠具典型的蜱傳寄生蟲(chóng)病特點(diǎn),病原侵入中國(guó)地鼠一周內(nèi)達(dá)繁殖頂峰且可在宿主體內(nèi)長(zhǎng)期潛伏,與免疫相關(guān)的臟器及血細(xì)胞都有明顯的應(yīng)激反應(yīng),說(shuō)明中國(guó)地鼠也適合建立感染巴貝西蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)?zāi)P蚚38]。

2.6 其他

中國(guó)地鼠也適合建立微循環(huán)觀察模型。郭長(zhǎng)煥等[39]在無(wú)菌條件下將小室植入背部皮膚,24 h后進(jìn)行微循環(huán)活體觀察,發(fā)現(xiàn)其背部皮膚微動(dòng)脈存在特有的自律運(yùn)動(dòng)波。國(guó)外一些學(xué)者也成功建立了癲癇模型和中國(guó)地鼠神經(jīng)病理性模型。

3 中國(guó)地鼠分子遺傳標(biāo)記的篩選

分子遺傳標(biāo)記是近年來(lái)現(xiàn)代遺傳標(biāo)記學(xué)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一,在世界范圍已取得重大突破。宋國(guó)華等[40]成功構(gòu)建中國(guó)地鼠微衛(wèi)星DNA富集文庫(kù),并篩選出135個(gè)中國(guó)地鼠的特異性微衛(wèi)星DNA序列。根據(jù)其側(cè)翼的保守序列設(shè)計(jì)出135對(duì)引物,經(jīng)過(guò)PCR擴(kuò)增和STR掃描,最終篩選出多態(tài)性好的17對(duì)微衛(wèi)星引物。應(yīng)用這些引物對(duì)山醫(yī)群體中國(guó)地鼠進(jìn)行遺傳檢測(cè),建立了毛細(xì)管電泳熒光標(biāo)記中國(guó)地鼠遺傳檢測(cè)體系,對(duì)中國(guó)地鼠的選種、育種、性狀控制、生產(chǎn)管理具有參考價(jià)值。線粒體DNA細(xì)胞色素b序列是解決系統(tǒng)發(fā)育問(wèn)題最可信的分子標(biāo)記之一。宋國(guó)華等[41]采用TD-PCR及測(cè)序技術(shù)首次測(cè)定了中國(guó)地鼠線粒體全基因組序列,該研究對(duì)于線粒體疾病模型、中國(guó)地鼠糖尿病動(dòng)物模型及線粒體基因與糖代謝的關(guān)系等具有重大意義,為中國(guó)地鼠更多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ),也為嚙齒目的分類與演化提供了分子水平的依據(jù)。中國(guó)地鼠基因組不穩(wěn)定,經(jīng)常重排或丟失。Brinkrolf等[42]詳細(xì)介紹了一種可以促進(jìn)中國(guó)地鼠基因短的可讀序列組裝基因組的染色體分選方法。

4 中國(guó)地鼠細(xì)胞系的應(yīng)用

中國(guó)地鼠細(xì)胞株易于獲得且較穩(wěn)定,染色體數(shù)量少(2n=22),個(gè)體大,且易于鑒別,是染色體畸變的良好研究材料。中國(guó)地鼠肺成纖維細(xì)胞(CHL)、中國(guó)地鼠卵巢細(xì)胞(CHO)可用于研究染色體畸變,平陽(yáng)霉素、氯化鎘和槲皮素可引起細(xì)胞染色體斷裂互換[43]。Hamzeh等[44]的研究表明,中國(guó)地鼠肺成纖維細(xì)胞也是研究二氧化鈦(TiO2)毒性的良好材料。

CHO細(xì)胞是生產(chǎn)生物制藥最常用的哺乳動(dòng)物宿主細(xì)胞,其表達(dá)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯[45 - 46],可用于骨形態(tài)發(fā)生蛋白2、重組藥物和生物制藥等方面的研究,給生物制藥行業(yè)帶來(lái)了巨大價(jià)值。利用基因擴(kuò)增技術(shù)CHO細(xì)胞可克服哺乳動(dòng)物細(xì)胞對(duì)重組治療性蛋白生產(chǎn)率低的缺點(diǎn),CHO細(xì)胞被用于生產(chǎn)翻譯后修飾的治療性蛋白,這對(duì)于生物功能和生物安全的研究必不可少[47]。Yamano等[48]調(diào)查了CHO細(xì)胞非整倍體染色體與產(chǎn)生高重組蛋白細(xì)胞系的關(guān)系,結(jié)果表明,含有大量染色體的CHO細(xì)胞含有更多的載體整合位點(diǎn),可為生物制藥生產(chǎn)提供有利條件。Li等[49]的研究表明靈芝孢子粉(Gls)可促進(jìn)CHO細(xì)胞生長(zhǎng),抑制細(xì)胞凋亡,這為CHO細(xì)胞的治療性蛋白質(zhì)生產(chǎn)提供了一種新的途徑。

5 展望

合理開(kāi)發(fā)利用中國(guó)地鼠資源是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源建設(shè)和共享工作的一部分。中國(guó)地鼠雖然已廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué),更是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中不可或缺的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,但尚未完全達(dá)到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)化,其應(yīng)用遠(yuǎn)小于大、小鼠等常用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。本研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步建立中國(guó)地鼠微生物和寄生蟲(chóng)、營(yíng)養(yǎng)等方面的標(biāo)準(zhǔn),推動(dòng)中國(guó)地鼠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化,為中國(guó)地鼠早日實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。目前關(guān)于中國(guó)地鼠的基礎(chǔ)研究也還不夠深入,尚不能完全滿足科研工作者的需要,模型的規(guī)范性尚需加強(qiáng)。通過(guò)對(duì)中國(guó)地鼠生物學(xué)特性的檢測(cè)、定向近交培育,建立更為穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)群體,進(jìn)而將其進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。利用中國(guó)地鼠建立諸多實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型,合理地開(kāi)發(fā)利用中國(guó)地鼠這一寶貴的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源,使這一具有研究?jī)r(jià)值的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源得到保護(hù)、開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用是我們今后工作的重點(diǎn)。

注:中國(guó)地鼠(Cricetulusbarabensisgriseus)是倉(cāng)鼠科倉(cāng)鼠亞科動(dòng)物,在公開(kāi)出版物中使用倉(cāng)鼠作為名稱更為科學(xué)。但鑒于目前我國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中提到的動(dòng)物的種類都是地鼠,作為專業(yè)人員能夠清楚該物種在動(dòng)物分類中地位,并不妨礙科學(xué)研究的成果和使用。中文名稱后面的拉丁文不會(huì)對(duì)該研究的主體產(chǎn)生歧義,故本文在發(fā)表時(shí)仍沿用“中國(guó)地鼠”待國(guó)標(biāo)修訂后再統(tǒng)一命名為“倉(cāng)鼠”。

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