天津医科大学药物开发与研究疾病模型5.ppt

1、疾病模型第1节 概述在动物身上复制人类疾病是促进医学科学发展的重要途径之一，无论在疾病的发生发展机制的探讨上或预防与治疗上，都起着不容忽视的作用药理学上：复制疾病模型属于实验治疗学范畴病理学或病生理学：复制疾病模型属于实验病理学范畴Lehman AJ说：药理学家的工作是具有独特性的，这就象多数科学家一样，他们不愿完全重复别人的技术，而是在应用过程中进行各种改造。然而在评价新药的安全性时，必须遵循基本的原理和技术 借用相关学科方法 早期：动物实验、临床观察和机遇此后：生物化学方法，如酶、受体及其亚型近来：分子生物学技术、培养哺乳动物细胞，受体和离子通道，避免了明显的种属差异，但增加了生理学和病理

2、学相关联的问题现在：基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢物组学、药物基因组学等思想和方法，基因芯片、蛋白质芯片技术、组合化学原理用于药物的高通量筛选 面临的挑战仍然是体外数据和整体作用的相互关联，海量数据的分析、挖掘和利用体外实验简单，体内实验确实培养组织中发现的作用经常不能代表对整体器官的作用用适当的模型发现治疗人类疾病的药物药理学模型必须具有关联性，即这些模型要能够表现出所欲得到的治疗指征如从某个药理学模型中证明的药物作用与人类疾病治疗结果相吻合，则这个药理学模型可认为是有关联性的或相关的H.Gerhard Vogel和Wolfgang H.Vogel提出模型必须符合某些基本要求：模型必须

3、对标准化合物有敏感的计量依赖性特征，标准化合物是具有治疗作用的物质已知作用的化合物在模型中表现的相关效能应该与其临床应用的相关效能相比较模型应该有选择性，即已知物质在该模型中的治疗指征要与药物对其他指征的作用有明显的区别。新化合物的阳性数据可反映对病人的治疗作用如果新的方法所适用的指征尚没有已知的药物作对照，就必须要有充足的证据证明该模型与所观察的适应症及病理状态有相关性只有整体动物才能够反映出人类疾病和生理反应的复杂性。但即使是以志愿人员进行实验，仍然是一种模型，是一种研究对病人治疗作用的高度相关性的模型各种实验方法的相关程度依下列顺序增加：游离分子模型(如受体和酶)、细胞器、器官、整体清醒

4、动物、自愿人员动物实验在新药发现和药物作用评价中是必须的，也只有在必须时和认真设计以后才能进行实验动物科学 实验病理学 比较病理学饲养条件(屏障设施、隔离器、超净层流架)(等级动物室)等级动物(无菌动物，germ free,GF；已知菌动物，gnotobiote,GB；无特定病原体动物,specific pathogen free,SPF；清洁动物,minimal disease animal,MD；普通动物,conventional,CV)育种：严格按照遗传学原理来设计育种方案，培育出近交系、远交系、同源系、杂交子1代、重组近交系、突变系等实验动物研究(营养、生态、疾病)，遗传监测、微生物监

5、测 1961年，NIH支持召开了比较病理学会议，(医学、兽医学和生物学专家)，强调加强实验动物病理模型的研究此后30年，美国实验生物学会联合会(FASEB)、美国国家研究委员会(NRC)、国际实验动物科学学会(ICLAS)等机构相继召开了以实验动物病理模型为专题的会议，出版论文集，设立研究基金1982年，美国Hegreberg 和Leathers发表了一部两卷的动物模型目录，第1卷自发的动物疾病模型1289篇文献，第2卷诱发的动物模型2707篇文献人类疾病的动物模型收载82个疾病模型复制方法药理实验方法学 一些动物模型病理生理学进展(四)介绍了一些自发性疾病模型药理学实验指南新药发现和药理学评

6、价(Vogel HG,Vogel WH)载近400种体内模型，部分为疾病模型第2节 动物模型的分类和产生、保种方法实验动物的病理模型按其产生原因，可分为诱发的和自发的两大类诱发的模型是指研究者通过使用物理的、化学的和生物的致病因素人工地诱发动物发生特定的疾病自发的模型指不加任何人工的手段而动物自然发生的疾病，如中国仓鼠自发的糖尿病、山羊的家族性甲状腺肿和小鼠自发性肿瘤诱发的动物病理模型优点：能根据研究者的需要在短时间内复制出大量疾病模型，为近代研究所常用，特别是药物筛选多用诱发的动物模型不足：诱发的病理模型和自然产生的疾病毕竟在某些方面有所不同(如诱发的肿瘤和自发的肿瘤对药物的敏感性有差别，动

7、物酒精性肝纤维化不如人类酒精性肝纤维化程度重)，有些人类的疾病至今尚不能用人工的方法在动物身上诱发近来十分重视对自发的动物病理模型的研究自发的动物病理模型优点：自然条件下产生的疾病，有较大的理论和实际意义不足：往往是散发的，不易被人们检出并加以利用；甚至被人们当作不健康的动物而丢弃各国都重视实验动物模型的开发后，才注意保存和利用Jezyk的实验室曾对6000只狗和猫进行检查，以期发现先天性代谢缺陷病模型发现动物自发的遗传病后，如欲把病理模型保存下来，并培育成具有一定遗传特征的突变系，必须以近代遗传学知识为基础，制定出一套育种的方法人为地引起某种基因缺失，如knock-out小鼠、大鼠；或人工导

8、入某种基因，诱发某种疾病状态，用于药物作用的确证和作用机理研究第3节 自发的动物病理模型(一)心血管系统1.动脉粥样硬化 以高脂高胆固醇饮食诱发家兔动脉粥样硬化：仅在血脂极度增高的情况下才产生动脉粥样硬化；局部病理变化与人不同(人动脉内膜损伤和中层增生；人的动脉病变在大动脉的远侧端)；兔是草食动物。猪、狗、大鼠、鸡、鸽、猴等都能产生自发或诱发的动脉粥样硬化：小型猪发生的AS与人类很相似；某些老龄猪饲以残羹剩饭后，能产生大动脉、冠状动脉和脑血管的粥样硬化病变。鸽AS与人很相似，甚至冠状动脉狭窄和心肌梗死非人灵长类的动物模型有很大的优越性：分类学地位、杂食特性、解剖结构、代谢特点、局部组织病理、临

9、床特征均与人类近似。如猕猴的食饵性粥样硬化，病变广泛(大动脉、冠脉、脑、肾动脉)，甚至肾性高血压，病变和年龄的关系十分明显(主动脉病损范围幼猴为0.25%,老龄猴7.5%)。猴自发性AS随增龄而发病率增加。食蟹猴是研究冠状动脉梗塞和心肌梗塞的良好模型动物。黑猴可用于研究粥样硬化和糖尿病之间的关系。松鼠猴常用于研究与遗传有关的发病因素。非人灵长类是研究人类动脉粥样硬化最好的动物模型2.高血压 大鼠、小鼠、兔、狗、猴均可发生自发性高血压。已培育成突变系的高血压大鼠：日本的SHR大鼠、美国的Dahl大鼠、法国的Lyon大鼠和意大利的Milan大鼠，以SHR大鼠应用最广。SHR系，在出生后几个月内几乎

10、100%发生自发性高血压，可达200mmHg以上，与人类原发性高血压相似，并可发生脑血栓形成、梗死、出血、肾硬化、心肌梗塞和纤维化。以SHR为基础的2个亚系：易发生脑卒中的亚系(stroke-prone SHR,SHRSP)，迅速发生严重高血压，90%以上出现脑出血和脑栓塞；抗脑卒中的自发性高血压大鼠(stroke-resistant SHR,SHRSR)，不易发生脑卒中；自发性血栓形成大鼠和心肌缺血大鼠高血压模型高血压模型（SHR大鼠）大鼠）肥胖模型肥胖模型（Zucker大鼠）大鼠）糖尿病模型糖尿病模型GK大鼠大鼠肥胖并糖尿病肥胖并糖尿病模型模型（db/db小鼠）小鼠）3.心肌病 可见于猫、

11、狗、仓鼠、火鸡多见于成年的猫和狗(突然起病，呼吸困难、收缩期杂音伴奔马律、心脏扩大、肺水肿、EKG异常、左室舒张期末压力高)半数病猫发生主动脉血栓栓塞金黄仓鼠的心肌病呈常染色体隐性遗传，为一种自发的肌肉病变和心肌衰竭模型(病变早期见心肌组织溶解，晚期有单核细胞浸润和心肌内纤维组织增生，最后死于心力衰竭)，寿命仅正常者1/3火鸡中发现的心肌病损与猫和人的缩窄性心肌病相似(左心室肥大、扩张、心内膜纤维化，类似C型病毒的颗粒)(二)呼吸系统1.慢性支气管炎和肺气肿 马、兔、大鼠、小鼠均可自发性肺气肿。花斑鼠可自发性进行性全小叶肺气肿，有遗传性弹力蛋白合成缺陷而导致弹力组织网发育的缺陷，此将肺气肿的病

12、因与某些遗传性缺陷联系起来大鼠、小鼠定时吸入SO2引起慢支。SO2、烟雾、甲醛蒸气、辣性气体可诱发猴、兔、大鼠、小鼠慢支。烟草燃烧和SO2混合熏蒸4个月引起猕猴慢支2.过敏性肺炎 农民肺(farmers lung)，由于吸入长有霉菌的干草灰尘而急性发作过敏性抗原物质(霉菌孢子、干燥霉菌、昆虫碎片、鸟粪颗粒)牛、马、猴，血清中有抗体，肺泡间隔有广泛的淋巴细胞、浆细胞、间质细胞浸润 常用家兔造模(因易于产生和检出沉淀素)(三)消化系统猪和非洲啮齿类自发性胃溃疡豚鼠的诱发性结肠溃疡花斑小鼠自发性巨结肠仓鼠的肝淀粉样变性羊和大鼠的先天性高胆红素血症South Down变种羊，先天性肝摄取有机阴离子(如

13、胆红素)缺陷，血中未结合胆红素增高，与人类Gilbert综合征相似Gilbert syndrome:因肝细胞摄取非结合胆红素障碍及微粒体内葡萄糖醛酸转移酶不足所致。Gilbert综合征是最常见的家族性成人遗传性非溶血性黄疸。患者除有黄疸外,多无其他症状,或仅有乏力、消化不良、肝区不适等。感染、手术、酗酒、妊娠等可诱发或加重黄疸。血清非结合胆红素增高,红细胞脆性正常,肝功能检查正常。一般无需特殊治疗,预后良好Corriedale羊的遗传性缺陷，为有机阴离子从肝细胞内排入胆汁的障碍，与人类Dubin-Johnson综合征类似。适用于研究人类遗传性肝病及肝内胆红素的形成、转变和排泄 Gunn大鼠(是

14、Wistar大鼠的突变系)，存在慢性非溶血性未结合胆红素血症，葡萄糖醛酸酶活性缺陷以致胆红素醛酸盐形成障碍，与人类Crigler-Narjjar综合征相似。是研究胆红素代谢、肠内醛酸盐的形成及核黄疸的极好模型Dubin-Johnson综合征是慢性良性间歇性黄疸。由肝细胞的先天性缺陷,使结合胆红素不能在肝内运转,也不能被排出细胞外,致血清结合胆红素增高、尿中胆红素阳性。还存在分泌非水溶性有机阴离子(如BSP、碘造影剂、雌激素)障碍,此为Dubin-Johnson综合征所特有的表现。口服胆囊造影剂时,75%患者胆囊不显影,显影者也甚暗淡;静脉法造影时有半数不显影。此病多在青少年时期被发现,有明显的

15、家族背景。患者多无自觉症状,或偶有乏力、肝区不适。约半数病人肝脏轻度肿大,如行肝活组织检查可发现肝细胞内有弥漫性棕色色素颗粒。本病无需任何治疗,预后良好,并不演变为慢性肝病(四)泌尿系统注射异种抗肾血清、大量异种血清、细菌抗原与肾组织复合抗原，抗原抗体复合物，可诱发兔、羊的肾小球肾炎屠宰场的羊患增生性肾炎的比例高，牛和山羊亦见类似损害。芬兰的Landrace羊羔中可见一种进展迅速并致死的肾小球肾炎伴肾小球免疫复合物沉积，与人类的系膜-毛细血管性肾炎(mesangial-capillary nephritis)相似。灵长类中，濑猴患膜性肾炎，食蟹猴和枭猴可出现自发性肾小球肾炎的变化(肾活检)，狗

16、和猫可见自发性免疫性肾炎(五)内分泌与代谢1.糖尿病 在小鼠、大鼠、中国仓鼠、沙漠鼠、猫、狗、猴均可见，包括自发的和诱发的模型Wistar大鼠的自发性糖尿病模型(bb)与人的少年型糖尿病最为相似(中度或显著的糖尿、酮尿、多尿、体重减轻、血糖升高达800 mg%、高酮血症、低胰岛素血症01 ng/mL、胰高血糖素过多、无肥胖症、胰岛细胞破坏显著)，对胰岛素治疗反应良好，寿命较非糖尿病鼠短BB大鼠是和自身免疫性毁坏胰腺细胞的胰岛炎以及胰岛素缺乏有关的自发性糖尿病模型(60120周龄时突然发病；数天后出现严重高血糖、低胰岛素和酮血症，除非开始胰岛素治疗)，用胰岛素治疗，用免疫抑制剂预防，对病鼠可移植纯化胰岛细胞B!oBreedin(BB)大鼠是一种白发性、遗传性糖尿病动物模型，l974年在加拿大渥太华的BioBreedin实验室首次发现，并以该中心的字母缩写来命名近交系Wistar老龄雄大鼠、WBN/Kob大鼠，有自发性高血糖、糖尿和葡萄糖耐量降低(雄大鼠12周龄时胰岛大小与数目减少，12周龄时围绕退化的胰岛和胰管周围胰腺组织中出现纤维性渗出与变性，21周龄时出现葡萄糖耐量降低和糖尿)Coh