利用中國倉鼠制備疾病模型的優(yōu)勢與進展

高繼萍,陳朝陽,軒瑞晶,張銳虎,宋國華,2

(1.山西醫(yī)科大學實驗動物中心,實驗動物與人類疾病動物模型山西省重點實驗室,太原030001;2.山西醫(yī)科大學附屬精神衛(wèi)生醫(yī)院,太原030001)

中國倉鼠（Chinese hamster）屬于黑線倉鼠華北亞種（Cricetulus barabensis griseus），俗稱中國地鼠，是我國獨特的嚙齒類實驗動物之一，主要分布在華北、東北和內(nèi)蒙古等地區(qū)［1］。中國倉鼠的特點是背部有一條黑色條紋，短尾，有一對易于翻出的頰囊，而且雄鼠有一對碩大而下墜的睪丸，染色體數(shù)量為22條［1］。1919年，我國學者謝恩增首次利用中國倉鼠進行肺炎研究，但在實驗室未能繁育成功［2］。1948年末，美國學者從中國引入10對野生中國倉鼠，之后用于歐、美、日等部分主要實驗室［3］。1980年春，山西醫(yī)科大學薄嘉璐教授從北京郊外捕獲60只中國倉鼠，開始進行馴化繁殖［4-5］。1991年，山西醫(yī)科大學建成近交系中國倉鼠群體，命名為山醫(yī)群體近交系中國倉鼠，英文簡稱為SYB1［3］。之后，山西醫(yī)科大學又相繼開展了中國倉鼠實驗動物標準化、清潔級近交系中國倉鼠生產(chǎn)供應基地和基本生物學數(shù)據(jù)共享平臺建設等關(guān)鍵技術(shù)的研究工作［6］。中國倉鼠因其自身獨特的解剖結(jié)構(gòu)和生物學特性，成為了一種理想的疾病動物模型，極大地推動了其在生物醫(yī)學研究中的應用。

1 糖尿病研究

糖尿病是一種內(nèi)分泌代謝性障礙疾病，其中2型糖尿?。╠iabetes mellitus type 2，T2DM）占所有糖尿病確診患者的90%以上。T2DM的病因受非遺傳因素和遺傳因素影響，最佳的T2DM動物模型應屬于標準的自發(fā)性糖尿病實驗動物模型［7］。通過近親交配的遺傳性糖尿病中國倉鼠模型是理想的T2DM自發(fā)動物模型，其發(fā)病癥狀與人類十分相似。早在1959年，Meier等［8］已對自發(fā)性遺傳性糖尿病中國倉鼠的各個臟器進行了病理研究。隨后，以T2DM中國倉鼠模型為基礎，研究者們對糖尿病的發(fā)病機制、藥物治療干預等進行了深入探究。孫淑華等［9］和田金菊等10］研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性T2DM中國倉鼠的血液電解質(zhì)含量、血糖代謝指標含量、血液相關(guān)酶的6項指標及總蛋白含量均增高，提示自發(fā)性T2DM中國倉鼠的糖代謝和蛋白代謝出現(xiàn)異常。Wang等［11］成功建立了山醫(yī)群體近交系中國倉鼠自發(fā)性T2DM動物模型后，發(fā)現(xiàn)模型組血糖輕度升高，糖脂代謝改變，可產(chǎn)生胰島素抵抗，而且其抗氧化機制及生物活動規(guī)律受損，骨骼肌和肝臟中糖脂代謝相關(guān)基因存在差異性表達。王晨陽［12］應用蛋白質(zhì)組學和代謝組學對中國倉鼠自發(fā)性T2DM動物模型的小腸組織和血清樣本進行了生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)糖尿病中國倉鼠的分子生物學特征主要集中在糖脂代謝、胰島素抵抗、氨基酸代謝紊亂和炎性反應等方面。李國生等［13］基于T2DM中國倉鼠模型探討小檗堿對T2DM的治療作用，發(fā)現(xiàn)小檗堿可顯著降低中國倉鼠的血糖血脂水平，具有改善糖耐量和胰島素抵抗的作用。吳大興等［14］研究應激和動物情緒對中國倉鼠糖尿病發(fā)生的影響，發(fā)現(xiàn)二者共同作用導致糖尿病發(fā)生。姚樹橋等［15］探討實驗性應激對中國倉鼠糖尿病發(fā)作時胰腺內(nèi)分泌功能和形態(tài)的影響，通過選用震動、旋轉(zhuǎn)和合并限制等方法進行實驗性刺激1年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)慢性實驗性應激促使糖尿病發(fā)病率增加，胰島素敏感性指數(shù)降低，胰腺內(nèi)分泌功能及形態(tài)學發(fā)生損傷。

以上研究說明中國倉鼠是較為理想的T2DM動物模型，可為探索糖尿病的發(fā)病機制及藥物研制等方面提供基礎保障。基于中國倉鼠自發(fā)性糖尿病動物模型，結(jié)合蛋白組學和代謝組學等技術(shù)，從分子水平探究糖尿病中國倉鼠抗胰島素的機制具有重要意義，并且尋找相關(guān)生物標志物及藥物靶點是當前的研究目標。

2 腫瘤研究

中國倉鼠口腔兩側(cè)有一對易于翻出的透薄頰囊，血管豐富，有致密的微血管網(wǎng)，伸縮性大，便于牽出，是多種惡性腫瘤移植的理想直觀部位［16］。中國倉鼠口腔黏膜可動態(tài)模擬人類口腔癌變過程，因此中國倉鼠口腔頰囊癌模型是進行口腔癌發(fā)病機制研究的理想動物模型?；矢Ρ?7］和李莉紅［18］分別在頰囊膜上涂抹二甲基苯并蒽構(gòu)建了中國倉鼠頰囊黏膜癌前病變和鱗狀細胞癌模型，采用高通量轉(zhuǎn)錄組技術(shù)、微小RNA（microRNA，miRNA）測序技術(shù)和生物信息學分析方法構(gòu)建了差異基因表達譜，該模型可連續(xù)動態(tài)地觀察口腔頰囊黏膜癌前病變，篩選出的差異基因有望成為腫瘤標志物。衛(wèi)佳寧等［19］構(gòu)建中國倉鼠口腔鱗狀細胞癌動物模型，探究非編碼RNA miR-504在癌組織及癌旁舌組織中的表達特征，發(fā)現(xiàn)癌組織中miR-504表達顯著上調(diào)，推測其可能通過調(diào)控下游靶基因及信號通路影響口腔癌的發(fā)生和發(fā)展。王曉堂等［20］首次通過高通量測序構(gòu)建中國倉鼠口腔鱗狀細胞癌長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，LncRNA）差異表達譜，為探討LncRNA調(diào)控口腔鱗狀細胞癌發(fā)生發(fā)展的具體調(diào)控機制奠定了基礎。宋國華團隊［21］目前已經(jīng)構(gòu)建了中國倉鼠口腔黏膜癌變不同時期的mRNA和miRNA表達譜，篩選出差異表達的mRNA和miRNA進入功能鑒定和機制研究階段，對尋找有效的口腔黏膜癌早期診斷及惡性進展的生物分子標志具有重要意義。

另外，中國倉鼠易受多種致癌因素的刺激，發(fā)展為特異腫瘤。劉球等［22］用雌激素處理中國倉鼠，發(fā)現(xiàn)3個月后中國倉鼠會發(fā)生垂體前葉腺瘤。Fukuhara等［23］和Uchida等［24］通過給予亞硝胺處理或者移植倉鼠胰腺癌細胞PGHAM-1成功構(gòu)建了胰腺癌動物模型。此外，乏氧、營養(yǎng)缺乏和低pH影響腫瘤的放療和化療效果。李五嶺［25］以中國倉鼠V79細胞為研究對象，探討以上因素在體外誘導V79細胞的抗藥物阿霉素（adriamycm，ADR）作用，結(jié)果表明乏氧、營養(yǎng)缺乏和低pH都能使V79細胞對ADR產(chǎn)生抗性，從而影響腫瘤化療效果。

由此可見，中國倉鼠在腫瘤發(fā)病機制和抗癌藥物篩選相關(guān)研究中有巨大的應用潛力。

3 組織培養(yǎng)研究

目前根據(jù)抗藥性、抗病毒性、溫度敏感性和營養(yǎng)需要，已建立了許多中國倉鼠突變型細胞株，這些細胞株已成為誘變和致癌研究的實驗工具［26］。中國倉鼠卵巢（Chinese hamsters ovary，CHO）細胞經(jīng)建系、培養(yǎng)后用于獲得大量異源蛋白，是生物制藥的主要生產(chǎn)載體。CHO細胞作為使用最廣泛的表達宿主，具有很多優(yōu)勢：（1）CHO細胞可無血清懸浮培養(yǎng)，具有大規(guī)模生產(chǎn)能力；（2）通過基因擴增可提高蛋白生產(chǎn)率；（3）表達產(chǎn)物即重組蛋白經(jīng)翻譯后修飾與人的相應蛋白接近，對人類病毒感染具有抵抗作用，產(chǎn)品安全性較高［27-28］。在過去的幾十年里，CHO細胞廣泛用于合成一系列重組蛋白，這些蛋白已經(jīng)被臨床用于治療許多人類疾病。

另外，基于CHO細胞進行重組藥物和生物制藥等方面的研究，給生物制藥行業(yè)帶來了巨大價值［29］。Kido等［30］研究發(fā)現(xiàn)，紫色桿菌素通過控制CHO細胞周期，提高重組免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）的產(chǎn)量，提示紫色桿菌素具有單抗生產(chǎn)增強劑的作用。Henry等［31］提出，抑制CHO細胞凋亡能夠提高生物制藥的產(chǎn)量。中國倉鼠肺（Chinese hamsters lung，CHL）細胞被廣泛用于染色體畸變和遺傳毒理研究。許多學者以CHL細胞為研究對象，探討三七、黃連素、脂多糖和納米銀等藥物及其他材質(zhì)的細胞毒性和遺傳毒性［32-33］。Liu等［34］在體外實驗中運用CHL細胞證實，維生素D對環(huán)磷酰胺（cyclophosphamide）誘導的基因組和DNA損傷有拮抗作用。Yamano-Adachi等［35］比較CHL-YN細胞與CHO-K1細胞增殖速度，發(fā)現(xiàn)CHL細胞增殖比常規(guī)的CHO細胞和普通的哺乳動物細胞快得多，且IgG蛋白產(chǎn)量高，認為CHL-YN細胞是用于產(chǎn)生重組蛋白的最佳細胞系。

4 傳染病學研究

中國倉鼠對多種細菌、病毒和寄生蟲高度敏感，可作為病原感染研究的候選模型動物，廣泛應用于傳染病學研究。中國倉鼠最早被用于肺炎球菌研究，發(fā)現(xiàn)其對結(jié)核菌的感染效果好，癥狀出現(xiàn)早，致病明顯，效果優(yōu)于小鼠和豚鼠［36］。也有研究報告，在中國倉鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)鼠疫病毒抗體［37-38］。Ma等［39］發(fā)現(xiàn)，異嗜性白血病病毒相關(guān)病毒的宿主細胞系是CHO細胞。高法衡等［40］運用中國倉鼠經(jīng)口途徑感染牛付結(jié)核菌，成功構(gòu)建了牛付結(jié)核菌的動物模型，該模型主要表現(xiàn)為在中國倉鼠肝、脾、腸管感染菌增殖，腸淋巴結(jié)發(fā)生病變。李存等［41］構(gòu)建了穩(wěn)定表達和分泌型IgA（sIgA）的CHO細胞系，發(fā)現(xiàn)在CHO細胞中成功表達了sIgA抗體。Chuan等［42］和Lu等［43］發(fā)現(xiàn)，中國倉鼠在檢測白喉棒狀桿菌毒力方面與豚鼠一樣敏感且更可靠。賈西等［44］探究重組人抗狂犬病病毒單抗SO57和SOJB對不同狂犬病病毒株的作用，首先用街毒株SBD肌內(nèi)注射中國倉鼠，4 h后注射抗體SO57或SOJB，結(jié)果顯示劑量為100 U/kg的SO57能夠完全保護被街毒株攻擊的中國倉鼠，而SOJB也具有70%～80%的保護率。

此外，Luo等［45］使用中國倉鼠構(gòu)建嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV）感染動物模型，探討馬抗SARS-CoV中和性抗體對SARSCoV感染的防治作用。Luan等［46］通過分析血管緊張肽I轉(zhuǎn)化酶2（angiotensinⅠconverting enzyme 2，ACE2）識別S蛋白關(guān)鍵殘基，預測嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus2，SARS-CoV-2）的潛在宿主，發(fā)現(xiàn)在哺乳動物中包括寵物貓和犬、穿山甲及倉鼠中都保留來自SARS-CoV和SARS-CoV-2中S蛋白最關(guān)鍵的殘基，提示利用中國倉鼠和金黃倉鼠構(gòu)建SARS-CoV-2感染小動物模型成為可能。Bertzbach等［47］利用中國倉鼠建立了新型冠狀病毒感染模型，研究表明中國倉鼠易受SARS-CoV-2感染，病毒在上呼吸道和下呼吸道可以快速復制，中國倉鼠伴有支氣管炎和肺炎，感染后體質(zhì)量顯著下降，且與金黃倉鼠模型相比，中國倉鼠具有顯著優(yōu)勢，包括臨床癥狀明顯、體積小、遺傳數(shù)據(jù)鮮明。

另外，中國倉鼠具有建立感染巴貝西蟲實驗模型的潛能。葉莉等［48］通過腹腔注射含巴貝西蟲的血液感染中國倉鼠，發(fā)現(xiàn)病原體可在中國倉鼠體內(nèi)長期潛伏，且具有典型的蜱傳寄生蟲病特點。中國倉鼠對杜氏利什曼原蟲也非常敏感，是理想的黑熱病模型實驗動物［49］。同時，中國倉鼠也是旋毛蟲感染較為適宜的模型動物［50］。由此可見，中國倉鼠在傳染病學研究中具有非常重要的作用。

5 其他研究

陳玲等［51］通過高脂膳食飼養(yǎng)并結(jié)合小劑量鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）腹腔注射構(gòu)建了中國倉鼠的高糖高脂模型，研究發(fā)現(xiàn)高脂膳食單純升高血脂，多次少量STZ可減緩中國倉鼠血糖升高，而且該模型出現(xiàn)一定的氧化應激損傷。郭長煥等［52］在中國倉鼠背部皮膚植入小室成功構(gòu)建了微循環(huán)觀察模型，觀察發(fā)現(xiàn)其背部皮膚微動脈存在特有的自律運動波。

由于中國倉鼠體外受精完全依賴于自身卵丘細胞及其胞外基質(zhì)（cumulus oophorus and matrix，COM），因此中國倉鼠是研究COM與受精關(guān)系較為理想的動物模型。袁玉英等［53］采用軟骨染色液（阿利新藍法）和放射免疫法測定中國倉鼠COM中糖胺多糖總量和孕酮含量，并采用精子穿卵實驗探究精子的受精能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)卵子細胞外基質(zhì)中糖胺多糖和孕酮可引起精子獲能，促進頂體反應，從而提高受精能力。

中國倉鼠是研究動物行為的良好動物模型。高桂彬［54］以雄性中國倉鼠為實驗對象，探究不同性格雄性中國倉鼠攻擊行為的變化及其與大腦內(nèi)五羥色胺1a受體（5-hydroxytryptamine 1A receptor，Htr1a）和五羥色胺1b受體（5-hydroxytryptamine 1B receptor，Htr1b）的關(guān)聯(lián)性，研究發(fā)現(xiàn)Htr1a mRNA的表達量與不同性格的雄性中國倉鼠攻擊行為相關(guān)，推測Htr1a可能參與雄性動物攻擊行為的腦內(nèi)調(diào)控。

6 問題與挑戰(zhàn)

目前，以中國倉鼠為實驗動物構(gòu)建了與人類疾病非常相似的動物模型，并運用該模型進行相關(guān)疾病的發(fā)病機制研究已取得初步成果。中國倉鼠在生物醫(yī)學研究中展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。

由于中國倉鼠的研究歷史較短，基礎研究資料相對稀缺，國內(nèi)外應用有局限性，與其他成熟的實驗動物比較仍有許多不足。首先，雖然近交系中國倉鼠推動了遺傳學、腫瘤學、免疫學等學科的發(fā)展，但由于其高度近交，導致隱性有害基因也高度純合，后代生理功能的穩(wěn)定性差，影響正常的繁殖，使保種傳代比較困難。其次，中國倉鼠尚缺乏成熟、高效和特異的遺傳操作技術(shù)與方法，目前尚未建立轉(zhuǎn)基因及基因敲除等動物模型。開發(fā)轉(zhuǎn)基因中國倉鼠，觀察其生物學行為的變化，探究目的基因的生物學功能，揭示調(diào)控基因的效果僅僅是開始。另外，缺乏特異性強的診斷試劑，由于中國倉鼠特殊的分類學地位，現(xiàn)有動物和人的診斷試劑不能滿足中國倉鼠實驗需求，因此急需開發(fā)特異性強的檢測試劑盒和方法，如制備適合中國倉鼠的特異性高的抗體、引物等。最后，中國倉鼠的腫瘤鑒定及腫瘤發(fā)展過程中的階段性標志物檢測也較為困難，極大地限制了中國倉鼠在相關(guān)研究領(lǐng)域的應用。

推動中國倉鼠在人類疾病模型中的研究，加強與國內(nèi)外同行開展開發(fā)應用方面的合作，實現(xiàn)中國倉鼠最優(yōu)化、更廣泛的運用迫在眉睫。筆者認為，結(jié)合生物學特性數(shù)據(jù)開展定向培育，建立標準化實驗動物的中國倉鼠模型種群，開發(fā)新的疾病模型，拓展新的應用，實現(xiàn)中國倉鼠資源共享是我們今后的工作重點。