四種常用實驗動物與人的肝組織形態(tài)特征比較

李 靖，王艷麗，劉恩岐

(1.西藏民族大學醫(yī)學部高原相關(guān)疾病分子遺傳機制與干預研究重點實驗室，陜西 咸陽 712000； 2.西安醫(yī)學院病理教研室，西安 710021； 3.西安交通大學醫(yī)學部實驗動物中心，西安 710061)

實驗動物是生命科學研究的基礎(chǔ)和重要支撐條件。目前，幾乎所有生命科學領(lǐng)域的科研、教學、生產(chǎn)、鑒定、安全評價和成果評定都離不開實驗動物。動物實驗為現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展與進步作出了巨大貢獻[1-2]。在動物實驗中，選擇適當?shù)膶嶒瀯游飳τ趯嶒灥某蓴≈陵P(guān)重要。實驗動物的選擇通常要遵循標準原則、相似性原則、差異性原則、相從或相匹配原則、易化性原則、可行性原則、規(guī)格化原則等諸多原則[3]，其中相似性原則是保證實驗結(jié)果有意義的首要前提?；诖?，本研究從形態(tài)特征和組織學特點入手比較了小鼠、大鼠、豚鼠、家兔這四種常用實驗動物的肝與人肝的相似性，以期對肝研究中實驗動物的選擇提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

SPF級C57BL/6J小鼠10只，體重27～38 g，2.5月齡；SPF級SD大鼠6只，體重370～445 g，5月齡[SCXK (陜) 2014-003]。普通級短毛豚鼠5只，體重287～327 g，2.5月齡；普通級日本大耳白兔4只，體質(zhì)量3020～3140 g，6.5月齡[SCXK (陜) 2015-003]。以上實驗動物均為雄性，由西安交通大學實驗動物中心提供。小鼠、大鼠、豚鼠、家兔的無菌手術(shù)在西安交通大學實驗動物中心屏障動物實驗設(shè)施進行[SYXK (陜) 2015-002]。實驗過程中按實驗動物使用的3R原則給予人道的關(guān)懷，本實驗研究IACUC號：XJTU2011041。

1.2 主要試劑與儀器

任氏液、酒精伊紅染色劑、蘇木素染色劑(北京雷根生物技術(shù)有限公司)；中性樹膠(廣州凱秀貿(mào)易有限公司，SJ-604)。電腦生物組織包埋機(北京Kedee，KD-BM II)；切片機(德國Leica，RM2235)；攤片機(西安瑞豐儀器設(shè)備有限公司，GTK2001)；顯微拍照系統(tǒng)(日本Olympus，DP27)；圖像分析系統(tǒng)(Image-Pro Plus 6.0)；恒溫箱(武漢市武昌實互儀器廠，JP-600)；電子天平(Mettler Toledo公司，AB104-S)。

1.3 實驗方法

1.3.1 取材

處死小鼠、大鼠、豚鼠、家兔，處死后分別置于電子天平上稱量體重并記錄數(shù)據(jù)。固定、消毒、輕輕提起腹部皮膚，沿腹中線向上剪開至喉部，用解剖鉗固定兩邊，露出胸腔及腹腔，用骨剪剪開胸骨及膈肌，露出肝，觀察肝在體內(nèi)的自然形態(tài)。取完整肝，稱量肝重量并記錄，用任氏液沖洗后，以自然狀態(tài)置于干凈的白瓷盤內(nèi)，觀察其形態(tài)，顏色，分葉，并拍照記錄。

1.3.2 制作石蠟切片蘇木素-伊紅染色

從每個肝樣本上切取1 cm × 1 cm × 0.5 cm大小的肝組織，用10%的甲醛固定，脫水、透明與浸蠟、包埋、切片、蘇木素-伊紅(HE)染色、封固后光鏡下觀察組織形態(tài)[4]。

1.3.4 顯微照片分析

將HE染色切片置于顯微鏡下觀察，選取40倍物鏡下的兩個不同視野拍攝顯微照片，每張照片中選20個成像清晰的細胞，利用圖片分析軟件測量其細胞面積，細胞核面積，進而計算出胞漿面積和核漿比。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 肝形態(tài)特征及分葉比較

解剖取材后，主要觀察肝的外部形態(tài)特征，具體記錄顏色、質(zhì)地、邊緣、形狀、分葉等等。通過典型的形態(tài)特征與人類肝進行比較，小鼠、大鼠、豚鼠、家兔的肝(圖1)在顏色、質(zhì)地和邊緣上與人類肝均相似，但在形狀和分葉上，家兔肝的形狀與人的最接近，而豚鼠肝的分葉與人一致，均為五葉[5](表1)。

注：a：小鼠；b：大鼠；c：豚鼠；d：家兔。圖1 四種常用實驗動物的肝Note. a: Mouse; b: Rat; c: Guinea pig; d: Rabbit.Figure 1 Livers of four commonly used laboratory animals

2.2 肝臟器系數(shù)的比較

實驗動物的臟器系數(shù)(臟器重量/體重× 100%)是其主要的生物學特性之一，是實驗動物選擇的一個重要指標[6]。將實驗動物處死后稱量其體重，解剖取材后稱量其肝重，計算臟器系數(shù)，與人的臟器系數(shù)進行比較，中國男性肝平均重量為1410 g，占體重2.35%[7]。統(tǒng)計結(jié)果顯示豚鼠肝的臟器系數(shù)與人的最接近，大鼠肝次之，小鼠肝的臟器系數(shù)與人的差別最大(表2)。

2.3 肝細胞核漿比的比較

實驗動物肝細胞的核漿比(細胞核截面積/細胞截面積)是肝細胞的主要特性之一，也是肝實驗中經(jīng)常用到的一個指標[8]。整理放大倍數(shù)為400倍的顯微照片，從中挑選成像清晰的照片(圖2)，每張照片中選20個細胞，利用圖片分析軟件測量其細胞面積，細胞核面積，進而計算出胞漿面積和核漿比，與章宗籍等人[9]測得的正常人肝的相關(guān)數(shù)據(jù)進行比較。統(tǒng)計結(jié)果顯示家兔肝細胞的核漿比與人的最接近，大鼠次之，豚鼠肝細胞的核漿比與人的差異最大(表3)。

3 討論

在生物科學實驗中經(jīng)常需要使用動物，尤其是醫(yī)學、藥學、生物學、獸醫(yī)學各領(lǐng)域內(nèi)，許多試驗工作，必須借助于動物。因為動物有許多種生物學反應(yīng)與人相似，雖不能完全一樣，但可作依據(jù)或參考[1]。以實驗動物作為研究對象的研究方法也越來越多，所以，盡量選擇與人類相似的動物作為實驗對象已成為決定實驗成敗的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是醫(yī)學實驗動物學興起的一個重要原因。實驗動物的選擇主要遵循以下幾點：一是盡量選擇研究對象的功能、代謝、結(jié)構(gòu)及疾病性質(zhì)與人類相似的實驗動物；二是選擇解剖、生理特點符合實驗?zāi)康囊蟮膶嶒瀯游?；三是根?jù)實驗動物不同品種、品系的特點選擇實驗動物；四是根據(jù)對實驗質(zhì)量的要求選擇標準化的實驗動物；五是符合實驗動物選擇的一般原則(性別、年齡、體重、生理狀況與健康狀況、實驗條件等)；六是經(jīng)濟性原則[10]。

表1 四種常見實驗動物與人的肝形態(tài)特征比較Table 1 Morphological characteristics of the liver from four commonly used laboratory animals compared with those of human

表2 四種常用實驗動物與人肝臟器系數(shù)的比較Table 2 Liver coefficient in four commonly used laboratory animals compared with that of human

圖2 四種常用實驗動物肝組織的HE染色切片(× 400)Figure 2 HE staining of liver tissues of four commonly used laboratory animals

表3 四種常用實驗動物與人肝細胞核漿比的比較Table 3 Nucleoplasm ratio of the liver from four commonly used laboratory animals compared with that of human

本實驗所選的四種實驗動物分別為：小鼠，哺乳綱、嚙齒目、鼠科、小鼠屬；大鼠，哺乳綱，嚙齒目，鼠科，大鼠屬；豚鼠，哺乳綱、嚙齒目、豚鼠科、豚鼠屬；家兔，哺乳綱、兔形目、兔科、穴兔屬。以上四種動物均為生命科學研究中常用的實驗動物。從親緣關(guān)系來看，小鼠、大鼠、豚鼠為哺乳綱、嚙齒目，家兔為兔形目，與人類的親緣關(guān)系均相似。但有實驗通過研究耳蝸中存在的PDE基因在不同組織的表達情況得到結(jié)論：與小鼠和家兔相比豚鼠與人PDE基因序列同源性更高，提示豚鼠與人可能有著更近的親緣關(guān)系，此研究從另外一個角度上增強了豚鼠作為疾病研究模式的可行性[11]。小鼠作為常用的實驗動物，其在肝研究方面的應(yīng)用非常廣泛，不僅可作為肝癌等肝疾病模型動物[12]，還有研究使用人源化小鼠和人肝嵌合體小鼠進行肝疾病的研究[13]，這也為肝疾病研究提供了新的思路。有研究也使用大鼠作為高脂高鐵誘導肝纖維化的動物模型[14]。近年來，家兔也被用作動脈粥樣硬化及肝脂代謝相關(guān)疾病的動物模型[15 -16]。從肝組織形態(tài)特征來看，大鼠的肝缺少膽囊，不能選作膽囊方面及與膽囊相關(guān)方面的研究。家兔的肝外形與人類相似，而豚鼠的分葉情況和臟器系數(shù)均與人類最接近。從肝細胞核漿比來看，家兔的肝細胞核漿比與人類最接近。此結(jié)果提示在肝相關(guān)研究中使用豚鼠和家兔作為實驗動物可能更為合理。