藥物臨床前研究與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)——實驗動物的應(yīng)用與動物實驗

杜冠華

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所，北京市藥物靶點研究與新藥篩選重點實驗室，北京 100050）

藥物臨床前研究是新藥研發(fā)的重要階段，是評價藥物有效性和安全性的基礎(chǔ)工作，臨床前研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，是保證藥物研發(fā)成功和降低臨床研究風(fēng)險的重要措施。藥物的臨床前研究主要是指使用非人類模式生物或?qū)嶒瀯游镞M(jìn)行的研究，通過不同的動物模型和實驗方法，評價藥物的藥理作用，研究其作用機制，觀察其毒性作用［1］。動物實驗是臨床前研究的核心內(nèi)容，而實驗動物則是藥物臨床前研究的最重要的實驗材料和對象。因此，科學(xué)合理應(yīng)用實驗動物是關(guān)系到臨床前研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［2］。

1 實驗動物質(zhì)量是保證實驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠的基本條件

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高和社會的進(jìn)步，促進(jìn)了新藥研發(fā)過程中的臨床前研究，人們應(yīng)用越來越多的動物實驗來證明藥物的有效性、安全性，以降低藥物對人類可能產(chǎn)生的危害和不良影響。

但是，大量臨床前研究結(jié)果顯示，無論采用何種動物進(jìn)行臨床前研究，其結(jié)果與臨床效果仍然存在顯著的差異［3］。直至今日，人們還沒有找到能夠完全反應(yīng)藥物臨床效果的理想方法。在這種情況下，研究人員采用多種措施來提高實驗的可靠性和預(yù)測的有效性。在影響研究結(jié)果預(yù)測有效性的各種因素中，動物因素是至關(guān)重要的因素，其中包括動物的種類，動物的質(zhì)量和動物模型的特點。

在動物選擇方面，人們已經(jīng)積累了比較豐富的經(jīng)驗，包括選擇特定指標(biāo)生理特征相近的動物，采取多種動物相互驗證，利用動物生理病理特點展示藥物作用等多種措施。在動物實驗方面，則采取控制實驗條件，設(shè)置合理對照的方法消除可能產(chǎn)生的影響，這些措施有效的保證了動物實驗的穩(wěn)定性。但是，在動物實驗中，影響動物實驗質(zhì)量的一個特別重要的因素，也是經(jīng)常被忽略的因素就是動物質(zhì)量，保證動物質(zhì)量是保證動物實驗研究質(zhì)量的基本保證。

動物質(zhì)量包括多項內(nèi)容，首先是健康狀況，用于實驗的動物必須是健康的，對于實驗動物而言，健康的標(biāo)準(zhǔn)至少是沒有疾病的狀態(tài)。包括可以觀察到的疾病和不易觀察到的疾病，都會對研究結(jié)果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致研究結(jié)果的偏差和錯誤［4］。

其次是動物的生理條件狀況。在動物實驗的動物選擇過程中，性別的選擇在實驗中一般給予重視，而年齡的選擇卻不夠嚴(yán)格，特別是通過體重評價動物年齡，則可以產(chǎn)生較大的誤差，動物生理信息的管理和應(yīng)用就成為重要的內(nèi)容。通過動物年齡和體重的綜合評價，不僅可以綜合評價動物質(zhì)量，也是保證實驗結(jié)果的重要條件。

動物的行為狀態(tài)也是動物質(zhì)量的重要內(nèi)容。一般在動物實驗過程中，對動物行為狀態(tài)的評價是十分困難的，但在實際動物飼養(yǎng)和實驗過程中，多種環(huán)境因素，包括飼養(yǎng)條件如同籠動物數(shù)量，環(huán)境的溫度、濕度、光線、噪音等，都會影響動物的情緒和行為，而這些因素也會影響動物實驗的結(jié)果，尤其是神經(jīng)精神系統(tǒng)藥物作用，更易于受到影響。

保證動物質(zhì)量是提高生命科學(xué)，尤其是藥物臨床前研究水平的重要條件，全面提高實驗動物質(zhì)量水平是科學(xué)研究的迫切要求［5］。

2 實驗動物模型研究要進(jìn)一步結(jié)合臨床特點

藥物臨床前研究離不開實驗動物模型，即使是觀察藥物對正常生理狀態(tài)下可能的藥理作用，也需要穩(wěn)定的動物模型。制備穩(wěn)定可靠的實驗動物模型是關(guān)系到實驗結(jié)果真實可靠的重要影響因素［6］。

目前，對于實驗動物模型的研究已經(jīng)受到廣泛的重視，大量的人力物力開始投向動物模型的研究，這些動物模型的研究必將促進(jìn)科學(xué)研究的進(jìn)步。目前常用的實驗動物模型大概可以分為三種類型，自發(fā)性動物模型，物理、化學(xué)、生物、手術(shù)等方法制備的動物模型和轉(zhuǎn)基因動物模型。

自發(fā)性動物模型一般是比較理想的動物模型，由于這類模型的形成是動物生長過程中形成的，與人類疾病的形成有密切的相似性，能夠較好的反應(yīng)疾病的病理過程和轉(zhuǎn)歸，在藥物臨床前研究中占有重要地位。如自發(fā)性高血壓大鼠（SHR），自發(fā)性2型糖尿病動物模型（KKAy小鼠）等。

自發(fā)性動物模型有顯著的優(yōu)勢，但也是影響因素最多的模型，需要長期的研究，才能夠獲得穩(wěn)定的動物模型。例如研究抗衰老藥物使用的老年動物，從理論上看，自然老年動物是最好的模型，但實際上，自然衰老的動物個體間差異也隨著年齡的增加而增加，對實驗結(jié)果的影響也增大。因此，選擇自發(fā)性動物模型，需要對模型進(jìn)行深入的考察和選擇，以保證實驗結(jié)果的可靠性。

采用物理、化學(xué)、生物等方法制備動物模型是是使用最為廣泛的動物模型，經(jīng)過現(xiàn)代實驗醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)研究的積累，已經(jīng)成功的制備了多種疾病的動物模型，為新藥的臨床前研究以及生命科學(xué)的研究提供了良好的工具，至今仍受到極大關(guān)注。研究人員投入大量精力制備新的動物模型，為科學(xué)研究創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

這類動物模型是根據(jù)疾病發(fā)生的原因和可能的機制制備的，包括化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的動物模型，烏頭堿誘導(dǎo)心律失常，四氯化碳誘導(dǎo)肝損傷；物理方法制備的動物模型，如熱板法疼痛模型，跑步平臺制備的疲勞模型等等；生物方法制備的模型如動物接種細(xì)菌或病毒制備感染性疾病模型等；手術(shù)方法制備的動物模型如腎臟切除和腎血管狹窄制備高血壓模型等等。此外，很多動物模型是通過多種因素共同誘導(dǎo)形成，而不是依靠單一的方法和技術(shù)［7］。

由物理、化學(xué)、生物以及手術(shù)處理等單因素或多因素制備的動物模型具有簡便易行，容易獲得，病理機制明確，癥狀反應(yīng)明顯的特點，是發(fā)展前景廣闊應(yīng)用廣泛的動物模型制備方法。但是，這些模型通常只有某一方面反映了疾病的過程或機制，并不能全面反應(yīng)疾病的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)歸的全過程，有時甚至僅僅某些癥狀與人類疾病相似，其機制和過程完全不同，但由于缺乏更理想的模型而在研究中采用。

轉(zhuǎn)基因動物模型是近年來隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新的制備動物模型的新技術(shù)，該技術(shù)通過在動物體內(nèi)轉(zhuǎn)入或敲除某些特定的基因，由此產(chǎn)生動物模型基因背景明確，病理機制與人類部分遺傳性疾病關(guān)系比較密切，是動物模型研究中的重要內(nèi)容，也是發(fā)展迅速和前景廣闊的一類動物模型。尤其是隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人類對疾病的基因功能的認(rèn)識不斷深入，新的轉(zhuǎn)基因動物模型將會有更快的發(fā)展。

需要指出的是，轉(zhuǎn)基因動物模型也具有一定的局限性，雖然是通過基因的作用產(chǎn)生的病理模型，在一定范圍內(nèi)與人類疾病有一定關(guān)系，但由于人類疾病除了基因因素外，后天的影響因素如環(huán)境、飲食等等都有重要影響，單純依靠基因的表達(dá)多少并不能表現(xiàn)出同樣的疾病癥狀。另一方面，雖然這些基因都是人體內(nèi)的功能比較明確的基因，但是人類疾病并不一定是由于這些基因所誘導(dǎo)，轉(zhuǎn)基因的動物因此表現(xiàn)明顯的局限性。

對于動物模型而言，重要的是符合研究目的，對于應(yīng)用于藥物臨床前研究的動物模型，最為重要的是能夠與藥物治療的人類疾病有較高的一致性，能夠反映出藥物可能的臨床作用，這是理想的動物模型基本標(biāo)準(zhǔn)［8］。

3 動物模型與轉(zhuǎn)化研究的結(jié)合

在新藥臨床前研究中，核心的內(nèi)容就是完成由動物實驗獲得的結(jié)果向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，最終實現(xiàn)藥物的臨床應(yīng)用，達(dá)到藥物有效和安全的應(yīng)用目標(biāo)。

藥物臨床前轉(zhuǎn)化研究包括多方面的內(nèi)容，其中最重要的是兩個方面的內(nèi)容，一是藥物對人的機體可能產(chǎn)生的作用；二是機體對藥物可能產(chǎn)生的作用。前者解決的是藥物的有效性和安全性的問題；后者解決的是藥物在體內(nèi)的過程。

對于有效性研究，關(guān)鍵的問題是在所觀察的動物反映的癥狀或表現(xiàn)中，要與研究的目的一致，盡管這種的相關(guān)因素各有不同，但在某些方面能夠反映出這與人類疾病表現(xiàn)一致的作用，就達(dá)到了轉(zhuǎn)化的目標(biāo)，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)化要求。

對于安全性研究，在臨床前研究中是最應(yīng)受到關(guān)注的重要內(nèi)容，明確可信的安全性結(jié)果對于完成研究的轉(zhuǎn)化起到關(guān)鍵作用。但是，動物的安全性實驗并不一定能夠反映藥物對人類的影響，特別是長期影響，在動物實驗中更難以表現(xiàn)出來。在人類現(xiàn)代藥物發(fā)展歷史過程中，一些藥物引發(fā)的不良反應(yīng)事件，在臨床前研究中并沒有發(fā)現(xiàn)。這與動物模型有關(guān)，也與研究的方案有密切關(guān)系［9］。

藥物代謝研究是支撐有效性和安全性重要科學(xué)依據(jù)，也能夠反映機體的代謝特征，用于指導(dǎo)臨床用藥。但是，由于動物與人之間的差異顯著，在藥物代謝方面的差異就更為突出，而由于藥物代謝差異引起的安全性和有效性的變化，成為轉(zhuǎn)化研究中的重要障礙。

實現(xiàn)新藥臨床前研究的有效轉(zhuǎn)化，對實驗動物和動物模型的要求不斷提高，研究開發(fā)新型的實驗動物和動物模型，是促進(jìn)藥物臨床前研究，實現(xiàn)轉(zhuǎn)化研究的重要作用途徑［10］。

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