轉基因動物在人類疾病動物模型中的應用

　　摘要：疾病動物模型在認識疾病本質、確定防治方案及藥物研究上十分重要。轉基因動物人類疾病動物模型的研究和建立在基因水平上研究人類疾病、揭示各個基因的各種功能中將起重大作用。本文列舉了國內外學者構建的轉基因動物模型的成果和進展，提示轉基因動物模型將在人類基因組計劃(HOP)的后基因組時代發揮其獨特、重大的作用。
　　關鍵詞：轉基因動物；人類疾病動物模型；應用
　　中圖分類號；R—332
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1007—2349(2007)06—0043—03
　　
　　1轉基因動物
　　
　　轉基因動物是指基因組中穩定整合有以實驗方法導人的外源基因或特定的DNA片段的動物。1974年美國科學家Jaenisch把猿猴病毒40(sv40)注入小鼠囊胚腔得到部分體組織中含有sv40DNA的嵌合體小鼠，1976年他們利用反轉錄病毒與小鼠卵裂球共培養把莫氏白血病病毒基因插入小鼠基因組，建立了世界上第一個轉基因小鼠系嘲。1980年Gordon等將猿猴病毒和人單純皰疹病毒(HSV)的tk(thymiaine kinase)基因整合后的質粒直接注入小鼠受精卵原核中，首次創建了顯微注射轉基因法。20多年來轉基因技術受到廣泛的重視和運用并得到迅速發展，目前已經制備出轉基因小鼠、大鼠、兔、魚、牛、豬、羊等多種動物的轉基因品系。
　　
　　2人類疾病動物模型
　　
　　人類疾病的動物模型(animal model of human disease)是指醫學研究中將動物里的具有人類疾病模擬表現的動物實驗對象和相關材料。動物模型在研究人類疾病中起著重大意義，避免人體實驗造成的危害，提供發病率低、潛伏期長和病程長的疾病材料。可增加方法學上的可比性，研究人類疾病發生的分子機制、組織病理，以及藥物的治療效果等。目前人類疾病動物模型的常規獲得方法有以下幾種。
　　2.1實驗性動物模型又稱誘發性動物模型，是指研究者通過使用物理的、化學的、生物的和復合的致病因素作用于動物，造成動物組織、器官或全身一定的損害，出現某些類似人類疾病時的功能、代謝或形態結構方面的疾病。例如切斷的冠狀動脈分支復制心肌梗死模型。
　　2.2自發性動物模型指實驗動物未經任何處理，在自然條件下動物自然發生，或由于基因突變的異常表現，通過育種保留下來的動物模型，其中主要包括近交系的腫瘤疾病模型和突變系大遺傳疾病模型。轉基因動物作為人類疾病模型，可利用它來研究疾病發病機制、評估新藥療效。目前國內外科技工作者已經生產出一些人類疾病的轉基因動物模型。目前已應用和公布的大部分轉基因動物模型處在基礎研究而不是臨床研究。在臨床前研究中，轉基因動物作為人類疾病模型可應用的數量少，但不斷生產的模型被廣泛應用于臨床前、藥物開發。
　　
　　3轉基因動物模型在人類疾病動物模型的主要成果
　　
　　3.1在遺傳病中的應用 以前關于遺傳疾病的動物模型，一般僅靠自然界突變產生的動物，經過一代代的育種繁殖而保留下來的，而突變的發生率無疑是很低的。轉基因動物模型無論在數量上、與人類遺傳病近似程度上、品系保持上都具有無比的優勢。
　　3.1.1先天愚型疾病將正常的Ca／Zn過氧化物歧化酶基因轉入小鼠體內，并使之過量表達，該小鼠就表現出與21三體綜合征相似的表現，因此該小鼠就可作為先天愚型(Dbwns綜合征)的動物模型。3.1.2地中海貧血小鼠地中海貧血是一種常見的血液遺傳病，是由于球蛋白鏈合成速度降低，導致鏈和非鏈的合成不平衡，結果多余的蛋白珠鏈沉積在紅細胞膜上，改變了膜的通透性和硬度，導致溶血性貧血。地中海貧血可分為兩種主要類型：a—地中海貧血(珠蛋白鏈合成減少或缺少)和8—地中海貧血。李政建立帶紅系，增強子S’HS2的人β41／42珠蛋白基因的轉基因小鼠模型，從而成功地復制了小鼠—β地中海貧血模型。自然產生的β—地中海小鼠為人β—地中海貧血的病理生理提供了有用的模型，可以做一些難以在病人身上完成的試驗。將癌基因與特定的啟動子、增強子融合，引入動物體內，制備轉癌基因動物，研究致癌機制。SV40Tag基因與胰島素基因增強子，引入小鼠體內并在胰腺中表達SV40Tag，誘導了胰腺癌。
　　3.2傳染病轉基因動物模型一些傳染病病原體的致病病原體的致病機理、疫苗研制、藥物篩選等諸多項目的研究一直因缺乏經濟可行的天然敏感動物模型而受阻，如HBV、HDV、HZV、Polivovirus等自然狀態下均只能感染黑猩猩在內的少數幾種靈長類動物，致力于對這些病原體敏感、廉價的動物模型的尋找一直是各國學者堅持不懈奮斗的目標。正因為如此，針對他們的轉基因動物模型就隨著轉基因技術的問世應用而產生了嘲，如乙型肝炎病毒轉基因小鼠動物模型。乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)感染與慢性肝炎、肝硬化、肝細胞癌的發生密切相關。HBV是一種宿主特異性極強的嗜肝病毒，制備部分HBV基因或HBV全基因組的轉基因小鼠為研究HBV在宿主體內的表達、包裝以及分泌等生物學的特性提供了良好的試驗材料，也是抗HBV藥物和臨床相關疾病治療的理想動物模型。早在1985年美國的Chisari等和法國的Rsbinet等同時在{Science》雜志上報道了他們通過受精卵原核內顯微注射的方法建立了轉基因小鼠。第二軍醫大學基礎醫學部細胞生物學教研室胡以平等經多年努力相繼構建了HBVpres／s、HBV xdr亞型的轉基因小鼠，2003年胡以平等構建HBV轉基因小鼠C57—TgN(HBc ayw)SMM，進一步研究HBV各基因在體內的特性以及乙型肝炎病毒核心抗原(hepatitis B virus core gene，HBc)基因在乙型肝炎病毒感染中的作用，并且對HBV核心抗原顆粒(HBcAg)在肝臟中的表達進行驗證。但是通過生殖系所產生的HBV轉基因小鼠在出生前就能在內源性HBV啟動子的控制下，在肝臟內持續轉基因表達，在肝細胞內沒有HBsAg以亞病毒顆粒的形式以9000ng／nl的濃度分泌人血。這些小鼠對高水平的循環耐受，不產生HBs，可被用作HBV慢性攜帶狀態模型。
　　3.3在腫瘤方面的運用腫瘤動物模型最早源自小鼠自發突變或致癌劑誘變而得，但自發突變率在自然狀態下通常很低，而誘變模型也因其不可精確控制性而限制它們的應用。在過去20多年間，隨著人們對癌基因的激活或抑癌基因失活在腫瘤發生發展中的作用認識日益深入，以及近年發展起來的在小鼠生殖系引入可誘導或精細調控突變技術的應用，在此基礎上腫瘤小鼠模型建立工作取得很大進展。運用轉基因方法建立了腦腫瘤動物模型。
　　3.3.1首次報道的腦腫瘤模型采用SV40的早期區表達基因(即T—抗原和t—抗原基因)作為靶基因轉入小鼠而建立。
　　3.3.2制作轉基因動物肝癌模型的方法主要有(1)肝炎病毒轉基因肝癌模型，構建方法過程類似乙型肝炎轉基因動物模型的建立。(2)SV40轉基因動物肝癌模型，Dubois等利用人ATⅢ基因和SV40T抗原(SV40—Tags)序列構建外源DNA，建立SV40轉基因肝癌模型。(3)TGFa／C—myc轉基因小鼠肝癌模型，由Murakami等人培育的Alb／c—myc轉基因小鼠和培育的MT／TGF轉基因小鼠交配獲得TGF／c—myc轉基因小鼠。(4)TGF／轉基因小鼠肝癌模型，Fator等利用構建的豬A1B／TGFl轉基因小鼠肝癌模型，該模型的腫瘤平均潛伏期為16～18個月，腫瘤發生率為59％。
　　3.3.3前列腺癌轉基因動物模型在1996年Gringrich等將probasin的啟動子中一段454個堿基的序列與SV40序列連接，轉入小鼠受精卵細胞，建立了轉基因NZXnK45kq05dhJHt7ZeVHg==小鼠前列腺癌動物模型TRAMP(Transgenic adenoeardnoma mouse prostate)。
　　3.3.4轉基因胃癌模型直接調控胃癌的相關基因轉染到動物胚胎中而形成腫瘤，如轉染了腺病毒12Ela／Elb轉基因大鼠在扁平上皮和圓柱形上皮的結合點附近形成了類似與自然發生的胃癌，同時Thompson等用長424bp的CEA促進劑SV40T抗原轉基因構建了胃腺癌小鼠。
　　除上述的轉基因動物模型外，科學工作者對轉基因動物模型在人類疾病動物模型的運用做了大量的工作，所建立的轉基因人類疾病動物模型不僅涉及遺傳病、傳染性疾病、腫瘤，還包括器官移植、老年性癡呆(AD)、動脈粥樣硬化等領域。4轉基因動物模型在中醫藥動物模型應用的可能
　　從上個世紀60年代的40多年來中醫藥動物模型研究雖已取得一些進展和成果，但仍是制約中醫藥發展的瓶頸問題。目前制作中醫藥動物模型的方法有病因模型、病理模型、證病結合模型。同時也存在著病因模型的不確定性、傳統病因模型忽視了人與動物之間的差異、同證候模型間缺乏比較研究等問題。HGP研究的方法學和中醫的整體觀、辯證觀有許多相似之處。在微觀水平的基因調控與修飾，反應生命機體的整體機能狀態，基因組的多樣性決定了個體的特異性。如能將轉基因動物運用于中醫藥動物模型的構建上，那無疑對中醫藥的發展和HGP的研究都是雙利的。
　　
　　5總結
　　
　　總之，轉基因動物模型具有能在整體水平從時間和空間四維角度同時觀察基因表達功能和表型效應的獨特優點。尤其在HGP不斷取得成果的背景下，轉基因動物人類疾病動物模型能從基因水平上研究健康或疾病狀態的生物體生理和病理。同時若HGP不采用與人類疾病同源模型，其計劃就不能圓滿完