人類疾病貓模型的制作與應用

王亮，付君言，周子娟，董建一，李昶儀，陳軍，詹紅微，李慧玲，陳大朋*，王靖宇*

(1. 大連醫(yī)科大學實驗動物中心，大連 116044； 2. 大連醫(yī)科大學，大連 116044)

19世紀末，貓開始用于各種醫(yī)學實驗，尤其是神經學、生理學和毒理學研究，在降壓實驗、中樞神經系統(tǒng)等研究中有著不可替代的作用。近年來，隨著實驗貓的標準化以及其自身越來越多功能的發(fā)現(xiàn)與研究，一些如生性孤僻、難以成群飼養(yǎng)等問題正逐步得到解決。作為非嚙齒類實驗動物，貓由于體型大、便于觀察，以及易于繁殖、來源方便等優(yōu)點，在實驗研究中占有越來越重要的地位。貓在一定程度上具有耐受持久麻醉和腦的部分破壞的能力，其生理、生化、解剖、病理學特點和嚙齒類動物相比，更接近于人類，使貓成為人類許多疾病的理想模型。

1 貓在眼科疾病中的應用

貓眼球大小、解剖和眼科疾病特點接近人類，適用于供人類使用的眼科儀器和治療手段，在眼科疾病研究中應用廣泛。

1.1 青光眼

青光眼是一種以視野缺損進行性加重和視神經乳頭大小形態(tài)改變?yōu)樘卣鞯牟豢赡嫘灾旅ば匝鄄?，發(fā)病機制復雜，在全球范圍內，其發(fā)病率占眼科疾病第一位。持續(xù)性病理性高眼壓是造成其視神經損害的重要因素之一。因此，無論體內或體外實驗，高眼壓模式成為青光眼模型建立的主要方法和標準。劉文舟等[1]采用前房穿刺注入甲基纖維素復制出高眼壓模型，模型制作成功的標準為：①眼壓升高>2.93 kPa(22 mmHg)；②連續(xù)持續(xù)1周以上。除此之外，多焦視網膜電圖(mfERG)發(fā)生明顯變化，反映出高眼壓對于視神經的損害。一次注藥模型成功率約為 60%，重復注射后模型成功率可達 90%。該方法具有簡便、外眼及前房反應非常小、無明顯的前房滲出、可以明顯減少與青光眼不相關的干擾因素(如嚴重的炎癥反應)的優(yōu)點[2]。

1.2 弱視與外傷性視神經損傷

弱視是影響兒童視覺發(fā)育的常見病，臨床上以斜視性弱視和形覺剝奪性弱視最常見。由于貓的眼球大，便于觀察和手術，已廣泛用于弱視模型的制作。王晗敏等[3]分別用單眼瞼縫合法和外直肌離斷法制造形覺剝奪性弱視和內斜視性弱視，12周后行圖形視覺誘發(fā)電位(P-VEP)檢測，以潛伏期≥55.50 ms，振幅≤30.91 μV為造模成功標準[4]。且兩組均可見P1波潛伏期延長，振幅下降，說明弱視模型制造成功。李俊義[5]利用視神經夾對家貓視神經鉗夾30 s進行部分視神經損傷實驗，在實驗眼損傷后1 h、3 d、1周、2周、4周時分別進行實驗眼和對照眼的閃光視覺誘發(fā)電位檢查，成功制作出視神經損傷家貓動物模型，表現(xiàn)為各時間點的閃光視覺誘發(fā)電位主波P100的峰潛時延長及波幅降低。

1.3 遺傳性視網膜疾病

遺傳性視網膜疾病是由多種基因突變引起的一類病，CRX基因突變是其中之一，可引起Leber先天性黑朦(LCA)、色素性視網膜炎(RP)、桿錐細胞退化等疾病[6]。貓可自發(fā)性產生遺傳性視網膜疾病[7]。Laurence等[6]發(fā)現(xiàn)貓有類似人眼黃斑結構，感光體密度較高的視網膜中央區(qū)域，而小鼠缺乏這種區(qū)域。CRX基因突變引起桿錐細胞發(fā)育不良(CrxRdy)，貓能夠模擬人類在視網膜中央區(qū)域發(fā)生的早期變化，從而成為CRX-LCA的良好模型。Aplin等[8]向玻璃體內注射三磷酸腺苷(ATP)，成功造出光感受器變性的盲貓模型。ATP注射后12周內，視桿細胞功能快速喪失，視錐細胞功能逐漸喪失。外部視網膜在12周評估期內厚度逐漸減小，內部視網膜則保持不變。單側玻璃體內ATP注射可快速、安全、有效的制作出貓的光感受器變性模型。

2 貓在中樞神經系統(tǒng)疾病中的應用

貓的大腦小腦較為發(fā)達，與豬、兔、大鼠相比較更接近人腦結構。貓有極其敏感的神經系統(tǒng)、頭蓋骨和腦的形狀固定，對去腦實驗和其他外科手術抵抗力強，平衡感覺和反射功能發(fā)達，特別適用于腦神經生理和病理的研究。

2.1 癲癇

貓與鼠、兔等動物相比，其運動皮層像人類一樣擁有典型的六層結構。曾有報導貓中出現(xiàn)家族性自發(fā)性癲癇[9]。腦部發(fā)達，便于觀察，腦電活動可用腦電圖進行記錄，具有非常典型的磁共振成像特征，并且經常伴有口面明顯反應[10]。此外，貓生命力頑強，反復癲癇發(fā)作不易致其死亡，便于長期自身對照觀察。因此，貓是理想的癲癇模型。根據(jù)發(fā)作時長和特性，癲癇貓可分為急性模型和慢性模型，根據(jù)制作方式可分為化學刺激模型、電刺激模型和點燃模型(kindling)。目前主要應用點燃法制作癲癇模型。陳曉剛等[11]在貓的左側大腦乙狀前回內注入氫氧化鋁乳劑復制出運動區(qū)慢性癲癇模型，術后11～14周時發(fā)現(xiàn)臨床癲癇發(fā)作，實驗組于8周時檢測到皮層棘波放電，12周時放電次數(shù)最明顯，持續(xù)到20周仍有棘波放電，且趨于穩(wěn)定。病理改變和人類癲癇灶情況相似，但EEG癲癇波出現(xiàn)時間較晚，發(fā)作級別不等，尚有部分動物未檢測到癲癇發(fā)作。董長征等[12]向貓右額葉皮質多次注射青霉素制作慢性癲癇模型，模型組均有癇性發(fā)作，為間斷性，發(fā)作級別達Ⅳ～Ⅵ級，全身強直陣攣發(fā)作多見，每次發(fā)作持續(xù)3～5 min。青霉素作為經典致癇劑，其急性致癇模型被公認，常用作如MRI顯像研究。而慢性模型更能模擬人類癲癇，但多次注射使造模時間長，動物受到一定損害[13]。

2.2 阿爾茲海默病(AD)與α-甘露糖苷貯積癥(AMD)

阿爾茲海默病是一種以老年斑(SP)、神經纖維糾纏節(jié)(NFT)、神經缺失為特征的老年退行性病變，病情復雜。目前AD的動物模型雖然多，但均有其局限性，還沒有一種動物模型能夠完全模擬AD的特征。James等[14]指出大多數(shù)動物模型只能模擬出含有Aβ蛋白的SP，而無NFT和繼發(fā)的神經退變。家貓(平均約20歲)腦中可出現(xiàn)上述三種特征性變化，準確模擬AD的病理變化，且Aβ和tau蛋白的出現(xiàn)比NFT早，為人類AD的模型制作和疾病治療帶來機遇。但是自然衰老模型耗資巨大，飼養(yǎng)時間長，飼養(yǎng)過程中不可控因素多等問題也給臨床應用帶來困難。

α-甘露糖苷貯積癥(α-mannosidosis，AMD)是由溶酶體α-甘露糖苷酶缺乏活性引起的溶酶體貯積障礙，其特征在于受影響個體中含甘露糖的寡糖的大量積累。Manoj等[15]發(fā)現(xiàn)在患AMD的人和AMD貓模型中觀察到中樞神經系統(tǒng)(CNS)異常，包括寡糖在細胞內的積累導致的神經元和神經膠質腫脹，免疫缺陷和進行性精神和神經系統(tǒng)表現(xiàn)，特別是共濟失調和智力遲鈍。AMD貓模型表現(xiàn)出與AMD兒童具有相似的臨床、生化和神經病理學特點，敲除α-甘露糖苷酶的貓現(xiàn)已用于評估包括骨髓移植和基因治療在內的實驗療法。

2.3 Sandhoff病、帕金森癥以及成癮戒斷癥

Sandhoff病(SD)是一種HEXB基因突變引起的不可治愈的溶酶體儲存障礙疾病，導致神經節(jié)苷脂GM2的異常積累，從而導致進行性神經變性。由于貓腦的復雜性與人腦相似，有研究表明，貓中天然存在SD模型，貓腦中的病理變化比鼠更明顯，發(fā)病時間也和人類相仿(性成熟之前發(fā)病)，可以作為鼠與人之間的中間模型[16]。實驗中常用HEXB基因變異的貓作為此病模型，用以探究有效的治療方法。

貓腹腔注射1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)是建立帕金森病(PD)模型的經典方法，MPTP能夠通過線粒體途徑選擇性的損傷黑質致密區(qū)多巴胺神經元，出現(xiàn)帕金森癥狀[17]，建立的PD模型近似度優(yōu)于小鼠PD模型。

此外，按劑量逐日遞增原則對貓行鹽酸嗎啡背部皮下注射，連續(xù)給藥5 d后用納洛酮誘發(fā)戒斷癥狀，通過評定依賴癥狀和戒斷癥狀，建立急性嗎啡成癮貓模型的方法已被廣泛應用[18]。

3 貓在腫瘤疾病中的應用

Robert[19]研究結果表明，內臟淋巴肉瘤是美國家貓的常見疾病，它與非洲和其他地區(qū)報告的兒童淋巴肉瘤呈現(xiàn)出驚人的相似之處。文獻報導的15個內臟淋巴肉瘤案例全部都表現(xiàn)出兒童疾病中的內臟受累的特征，部分(6個案例)存在特有的“星空征”。另外，急性臨床病程和不伴發(fā)白血病也是兩種疾病共同的特征，患淋巴瘤的貓可以作為實驗模型，用于探索人類伯基特淋巴瘤病因和致病因素。

頭頸鱗狀細胞癌(HNSCC)是一種常見的預后不良、臨床研究進展緩慢的癌癥。貓口腔鱗狀細胞癌(FOSCC)是一種潛在的新型自發(fā)性腫瘤模型。FOSCC和HNSCC具有相似的發(fā)病機理(煙草和乳頭瘤病毒暴露)和分子標志物(EGFR，VEGF和P53)。人類和貓科動物鱗狀細胞癌(SCCs)都具有相似的腫瘤生物學特征、臨床特點、治療和預后。使用FOSCC作為未來臨床試驗的腫瘤模型可用于人類癌癥患者的臨床前期癌癥的研究[20]。

此外，貓乳腺癌(FMC)的研究已有多年歷史，F(xiàn)MC多為惡性腫瘤，且明顯受激素調節(jié)影響。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MC疾病進展與組織病理學與人類乳腺癌相似，與原發(fā)腫瘤組織一樣表達FGFR、HER2、HER3，因此，貓可能成為人類乳腺癌的有效模型[21]。

4 貓在其他疾病中的應用

除上述幾方面之外，貓在其他系統(tǒng)疾病研究中也有相關報導。

蘇文成等[22]發(fā)現(xiàn)貓與人的淚道解剖結構相似，光鏡下顯示與人類似的柱狀黏膜上皮，且富含微絨毛。以往的淚道阻塞疾病研究幾乎均以兔作為模型，主要因為其淚道黏膜組織學結構與人十分相似，但兔淚道不具有類似人淚泵、淚小管虹吸等功能，因此，不適用于淚道引流功能及淚液流體動力學研究，而貓的微絨毛可能參與引流，可選作淚道阻塞動物模型。胸腺瘤相關重癥肌無力(TAMG)研究中也有關于貓的應用報導，Alexander等[23]報導貓中胸腺瘤發(fā)生率(0.1%)、TAMG發(fā)病狀況(以肌無力，、易疲勞、呼吸困難、呼吸急促急性起病)、治療手段(吡斯地明、皮質類固醇、硫唑嘌呤、手術切除胸腺瘤)均與人類相似，可用作TAMG研究。Lisa等[24]認為寵物貓中自發(fā)性的肥大性心肌病(HCM)在病理表現(xiàn)、診斷、治療方面均與人類HCM相似，發(fā)病率高(10%～15%)，病情進展迅速，使其成為基因型和表型與人HCM相似的極好的天然模型。此外，研究發(fā)現(xiàn)貓免疫缺陷病毒(FIV)是貓科動物中可自然發(fā)生的慢病毒，家貓感染后導致免疫功能障礙，最終發(fā)展成AIDS，其發(fā)生機制、病理過程、遺傳特性均與人類免疫缺陷病毒(HIV)類似[25]。國外已廣泛利用感染FIV的貓作為人類AIDS的模型，用于探究HIV感染的病理機制，疫苗制備，抗病毒藥物的的療效評估等難題。

5 結語

綜上所述，貓作為中型實驗動物，近年來使用量逐漸增加，尤其在眼科、神經系統(tǒng)、腫瘤中的應用。由于其自發(fā)性或誘導性疾病的病理生理、組織化學等方面均與人類疾病相似，已成為人類許多疾病例如的良好模型。

貓可作為乳腺癌、重癥肌無力、肥大性心肌病等疾病的自然模型，貓與人類生活環(huán)境類似，發(fā)病機制上可以更接近于人類疾病，但存在發(fā)病率低、耗資巨大和飼養(yǎng)過程中不可控因素多等問題。實驗誘導的疾病模型，雖然一般比自然模型更易獲得，但大多不能完全模擬人類疾病的臨床過程且對動物有更多的創(chuàng)傷。每種造模方法均有各自的優(yōu)點和局限性，實際應用中，應根據(jù)實驗目的和要求選擇相應的、適宜的造模方法和模型。隨著對貓更多功能領域的探索，以及實驗技術的進步，實驗用貓品質標準化和使用中的倫理問題逐步得到解決，貓將廣泛應用于各個系統(tǒng)疾病的研究。

參考文獻(References)

[1] 劉文舟, 羅向霞, 段俊國, 等. 中藥川芎提取物對急性高眼壓家貓多焦視網膜電圖(mfERG)的影響 [J]. 中醫(yī)眼耳鼻喉雜志, 2015, 5(2): 92-96.

Liu WZ, Luo XX, Duan JG, et al. Effect of Ligusticum wallichii extraction on multifocal ERG of cat with acute high intraocular pressure [J]. J Chin Ophthalmol Otorhinolaryngol, 2015, 5(2): 92-96.

[2] 劉文舟, 羅向霞, 段俊國, 等. 家貓高眼壓模型的建立及特征分析 [J]. 國際眼科雜志, 2009, 9(10): 1881-1884.

Liu WZ, Luo XX, Duan JG, et al. Intraocular hypertension in cat model: building and analysis [J]. Int J Ophthalmol, 2009, 9(10): 1881-1884.

[3] 王晗敏, 榮翱, 莫利娟, 等. 兩種病因弱視幼貓視網膜中NOS和GABA的表達 [J]. 國際眼科雜志, 2016, 16(11): 2006-2009.

Wang HM, Rong A, Mo LJ, et al. Expression of nitric oxide and γ -aminobutyric acid in the retina of two kinds of amblyopia cats [J]. Int J Ophthalmol, 2016, 16(11): 2006-2009.

[4] 王高峰, 陳美榮, 徐琨, 等. 視明寶顆粒對形覺剝奪性弱視貓視皮層谷氨酸受體(NMDAR1)表達的影響 [J]. 中國中醫(yī)眼科雜志, 2016, 26(4): 221-225.

Wang GF, Chen MR, Xu K, et al. Effects of Shimingbao granule on expression of NMDAR1 in visual cortex of cats with form deprivation amblyopia [J].Chin J Chinese Ophthalmol, 2016, 26(4): 221-225.

[5] 李俊義, 骨髓間充質干細胞移植對視神經損傷家貓視網膜神經節(jié)細胞及腦源性神經營養(yǎng)因子表達影響的研究 [D]. 青島：青島大學, 2015.

Li JY. Study of bone marrow-derived mesenchymal stem cells transplantation on retinal ganglion cells and the expression of brain-derived neurotrophic factor in domesticated cats with optic nerve injury [D]. Qiingdao: Qiingdao University, 2015.

[6] Occelli LM, Tran NM, Narfstr?m K, et al. CrxRdy cat: a large animal model for CRX-associated Leber congenital amaurosis [J]. Invest Ophthalmol Visual Sci, 2016, 57(8): 3780-3792.

[7] Narfstrom K, Deckman KH, Menotti-Raymond M. The domestic cat as a large animal model for characterization of disease and therapeutic intervention in hereditary retinal blindness [J]. J Ophthalmol, 2011, 2011(906943).

[8] Aplin F, Chi L, Shepherd R, et al. Blind feline model for retinal prosthesis [J]. Clin Exp Ophthalmol, 2015, 40:104-105.

[9] Kuwabara T, Hasegawa D, Ogawa F, et al. A familial spontaneous epileptic feline strain: a novel model of idiopathic/genetic epilepsy [J]. Epilepsy Res, 2010, 92(1): 85.

[10] Matiasek K, Rosati M. Feline temporal lobe epilepsy - what can we learn from cats? [J]. Zeitschrift Für Epileptologie, 2017, 30(3): 213-217.

[11] 陳曉剛, 康進生, 武江. 貓運動區(qū)癲癇模型建立及病理與超微結構研究 [J]. 立體定向和功能性神經外科雜志, 2017, 30(2): 72-75.

Chen XG, Kang JS, Wu J. Establishment of epileptic model in cat’s motor cortex and study its pathology and ultrastructure [J].Chin J Stereot Funct Neurosurg, 2017, 30(2): 72-75.

[12] 董長征, 孔艷莉, 靳洪波, 等. 伽瑪?shù)墩丈鋵η嗝顾刂掳d癇貓腦組織中MDA 水平、SOD 活力的影響 [J]. 山東醫(yī)藥, 2015, 55(33): 25-27.

Dong CZ, Kong YL, Jin HB, et al. The effect of gamma knife irradiation on penicillin induced epilepsy MDA level,the activity of SOD of cat brain tissue [J]. Shandong Med J, 2015, 55(33): 25-27.

[13] 董長征, 李文玲, 董秀芳, 等. 適合伽瑪?shù)墩丈涞呢埞δ軈^(qū)慢性點燃癲癇模型制作及其致癇機制 [J]. 中國老年學, 2013, 33(20): 5063-5065.

Dong CZ, Li WL, Dong XF, et al. Establishment and epileptogenic mechanism of chronic kindling epilepsy model in cats functional area suitable for gamma knife irradiation [J].Chin J Gerontol, 2013, 33(20): 5063-5065

[14] J. K. Chambers, T. Tokuda, K. Uchida, et al. The domestic cat as a natural animal model of Alzheimer’s disease [J]. Acta Neuropathol Commun, 2015, 3: 78.

[15] Kumar M, Duda JT, Yoon SY, et al. Diffusion tensor imaging for assessing brain gray and white matter abnormalities in a feline model of α-mannosidosis [J]. J Neuropathol Exp Neurol, 2015, 75(1): 1-9.

[16] Baek RC, Martin DR, Cox NR, et al. Comparative analysis of brain lipids in mice, cats, and humans with Sandhoff disease [J]. Mol Genet Metab, 2009, 44(3): 197-205.

[17] 呂莉. Cdk5介導的自噬參與MPTP的神經毒性作用 [D]. 北京：中國科學院大學, 2015.

Lu L. The neurotoxic effects of Cdk5 mediated autophagy in MPTP [D]. Beijing: Univ Chin Acad Sci, 2015.

[18] 封小強, 梁傳棟, 郭非, 等. 嗎啡暴露對貓神經元線粒體超微結構的影響 [J]. 河北醫(yī)藥, 2015, 37(10): 1526-1529.

Feng XQ, Liang CD, Guo F, et al. Effect of morphine exposure on the mitochondrial ultrastructure of cat neurons [J]. Hebei Med J, 2015, 37(10): 1526-1529.

[19] Squire RA. Feline lymphoma. A comparison with the Burkitt tumor of children [J]. Cancer, 2015, 19(3): 447-453.

[20] Wypij JM. A naturally occurring feline model of head and neck squamous cell carcinoma [J]. Pathol Res Int, 2013, 2013(3): 502197.

[21] Wei WZ, Jones RF, Juhasz C, et al. Evolution of animal models in cancer vaccine development [J]. Vaccine, 2015, 33(51): 7401-7407.

[22] 蘇文成, 樊蓮蓮, 黃亞, 等. 淚道引流功能的動物模型 [J]. 成都醫(yī)學院學報, 2016, 11(4): 417-419.

Su WC, Fan LL, Huang Y, et al. Animal models for the drainage function of lacrimal system [J]. J Chengdu Med Coll, 2016, 11(4): 417-419.

[23] Marx A, Porubsky S, Belharazem D, et al. Thymoma related myasthenia gravis in humans and potential animal models [J]. Exp Neurol, 2015, 270: 55-65.

[24] Freeman LM, Rush JE, Stern JA, et al. Feline hypertrophic cardiomyopathy: a spontaneous large animal model of human HCM [J]. Cardiol Res, 2017, 8(4): 139-142.

[25] Meeker R, Hudson L. Feline immunodeficiency virus neuropathogenesis: a model for HIV-induced CNS inflammation and neurodegeneration [J]. Vet Sci,2017, 4(1): E14.