小型豬在生殖毒性實驗中的研究進展

張元慧++++++高虹

[摘要] 小型豬與人類在解剖學、生理和病理學等方面有很多相似性，具有發情周期短、仔豬數量多等優點，現已成為人類醫學研究的理想動物模型，但由于背景數據缺乏、動物體型較大等原因，目前其在生殖毒性實驗中并未得到廣泛應用。本文根據小型豬自身的特點，對其目前在生殖毒性實驗中的應用情況進行綜述，旨在擴大非嚙齒動物在生殖毒性實驗中的選擇范圍，并在必要時替代犬或非人靈長類動物，為藥物非臨床生殖毒性試驗提供新的研究思路。

[關鍵詞] 小型豬；生殖毒性實驗；研究現狀；應用展望

[中圖分類號] R114 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）06（c）-0049-04

[Abstract] As to anatomy and pathophysiology， there are lots of similarities between human and minipig. Because of its short estrus cycle and large number of piglets in a litter， minipig has become an ideal animal model for medical research in human. However， minipig has been restrictedly used in reproductive toxicity studies because of its large body size and limited background data. In this review summarizes the characteristics of minipig as well asits current applications in reproductive toxicity studies， intend to expand the range of selecting non-rodents and provide new ideas for nonclinical reproductive toxicity studies.

[Key words] Minipig； Reproductive toxicity study； Research status； Application prospect

生殖毒性是指有害因素對親代生殖功能造成的有害作用[1]，其研究是藥物非臨床安全性評價的重要內容。在20世紀60年代發生的“反應停”事件造成近萬名新生兒畸形，這一藥物史上的悲劇促使各國加強了對生殖毒性評價的重視。生殖毒性研究對實驗動物種屬的選擇也越來越嚴格，通常選用對受試物的代謝、毒效學及其他參數與人類相近的實驗動物[2]。近年來，隨著人們對小型豬研究的逐漸深入，其已廣泛應用于醫學研究[3]。已有證據顯示，小型豬對很多化學物質敏感，對某些特殊藥物的反應性比傳統的非嚙齒類動物可能更具有優勢[4]。本文針對小型豬的自身特點，對小型豬在生殖毒性實驗中的應用情況進行綜述，以期為此類研究提供一些參考價值。

1 小型豬動物模型在生殖毒性實驗中應用的可行性

選擇合適的動物模型對于藥物生殖發育毒性研究有著重要的實際意義。一般選擇何種實驗動物取決于受試物的特點、動物對受試物的反應，以及受試物在動物體內的吸收、分布、代謝和排泄狀況與人類的差異程度[5]。生殖毒性實驗通常在兩種動物，即嚙齒類動物和非嚙齒類動物中進行。常規選用的是大鼠和家兔，在一些特殊情況下也使用犬或非人靈長類動物。但當大鼠或家兔等傳統動物不適合進行致畸性實驗研究時，也可采用小型豬作為替代動物。例如，大鼠通過催乳素維持早期妊娠，不適合于評價多巴胺類興奮劑或降低催乳素水平藥物的生殖毒性實驗。家兔對消化道功能紊亂和抗生素敏感，臨床表現難以解釋。非人靈長類存在動物保護和動物供應方面的問題，且大多數動物只生產一個子代而使應用受到限制。在生殖毒性試驗中各種實驗動物應用的優缺點，見表1。

現已發現小型豬對許多人類致畸物質具有敏感性[4]，如沙利度胺、羥基脲、乙醇、維甲酸、氨基蝶呤等。但幾乎無檢測方法，背景數據很少。并且小型豬的胎盤缺乏轉移大分子物質（分子量超過5000）的能力，從而限制了小型豬在一些生物技術產品（例如抗體、疫苗）中的應用[11]。關于不同實驗動物對受試物的適用性見表2。

2 小型豬動物模型在生殖毒性實驗中的應用現狀

根據科技文獻報道，目前在藥物毒理學試驗中已有幾十種不同品系的小型豬得到應用，但有關小型豬生殖毒性實驗的研究資料還很有限。曾有文獻報道哥延根小型豬的生殖特性[13]，以及相關的致畸性實驗方案[14]和歷史對照組數據資料，其外觀畸形和內臟畸形的背景發生率為4%，最常見的畸形包括隱睪癥（2.8%）、并指（趾）癥（0.76%）、肌肉關節攣縮（0.32%）、腭裂（0.28%）、心室間隔缺損（0.24%）和橫膈疝（0.24%）。

哥廷根小型豬對維甲酸的致畸作用非常敏感[15]，具有明顯的劑量-反應（畸形發生率和嚴重性）關系，且畸形表現與人類的視黃酸胚病（小頜、腭裂、中樞神經系統畸形、小耳和心臟與胸腺的缺陷）極為相似。Hayama等[16]發現在哥廷根小型豬的器官形成期給予乙嘧啶可引起上腭裂和其他出生缺陷，也可導致功能性缺陷，如后肢癱瘓。Zomborszky-Kovács等[17]研究了煙曲霉素B（1）對豬胚胎的有害作用。另外，已有資料顯示，小型豬對抗心律不齊藥物經胎盤轉移情況也與人類的經胎盤轉移過程相似[18]。適用于晚期非小細胞肺癌的一線治療及HER2陽性的晚期乳腺癌患者的新藥阿法替尼[19]（口服）在2013年7月12日獲美國食品及藥物管理局（FDA）核準上市，在其臨床前安全性評價中，由于犬嚴重的胃腸道反應，研究者選用了哥廷根小型豬進行安全性評價，提示在新藥臨床前研究中小型豬具有良好的應用前景。

3 小型豬生殖毒性實驗研究

進行生殖毒性實驗時，為發現給藥所致的速發和遲發效應，實驗觀察應持續一個完整的生命周期[20]，即從某一代受孕到其下一代受孕間的時間周期。根據ICH藥物生殖毒性研究技術指導原則，一般將一個完整生命周期過程分成以下幾個階段[21]：A：從交配前到受孕（成年雄性和雌性生殖功能、配子的發育和成熟、交配行為、受精）。B：從受孕到著床（成年雌性生殖功能、著床前發育、著床）。C：從著床到硬腭閉合（成年雌性生殖功能、胚胎發育、主要器官形成）。D：從硬腭閉合到妊娠終止（成年雌性生殖功能、胎仔發育和生長、器官發育和生長）。E：從出生到離乳（成年雌性生殖功能、幼仔對宮外生活的適應性、離乳前發育和生長）。F：從離乳到性成熟（離乳后發育和生長、獨立生活的適應能力、達到性成熟的情況）。

3.1 生育力與早期胚胎發育毒性實驗

生育力與早期胚胎發育毒性實驗（包括上述生命周期中的A～B階段）用于評價受試物對動物生殖的毒性或干擾作用。評價內容包括配子成熟度、交配行為、生育力、胚胎著床前階段和著床等[22]。實驗通常選用嚙齒類動物如大鼠，當大鼠不適合時則會選擇另一種嚙齒類動物或非嚙齒類動物替代，選擇主要基于受試物的特性，但是小鼠和非人靈長類常用作替代物種。小型豬由于發情周期短，大約3周，也是一個非常合適的選擇，其精液資料與人類相似，但前列腺的發育程度低于精囊和尿道球腺（不同于人類），在雄性生殖器官病理學檢查時可能會遇到間質細胞增生、生精小管發育不全等自發病變，從而影響研究結果的解釋和判斷。目前，國內尚未開展應用小型豬實驗動物模型進行生育力和早期胚胎發育毒性的研究。

3.2 胚胎-胎仔發育毒性實驗

在胚胎-胎仔發育毒性實驗中（包括上述生命周期中的C～D階段），小型豬的給藥期從著床日（妊娠第11天）開始，至硬腭閉合日（妊娠第35天）結束[23]，包含整個妊娠期。根據不同的實驗計劃可采用最為合適的給藥途徑，包括皮內注射、靜脈輸注、外用給藥等，但經口給藥仍最為常見。在妊娠28～35 d，可通過超聲檢查確定小型豬的妊娠狀態。研究期間需要對小型豬各種臨床體征進行觀察，并記錄攝食量和體重的變化。在妊娠110～112 d處死小型豬進行剖宮檢查。足月產小型豬胎仔體重為350～400 g，故此可對所有的胎豬進行尸檢。胎豬的檢查項目一般包括黃體數量、活胎數量、死胎數量、吸收胎數量、著床數量，對胎豬進行稱重和外觀畸形的檢查，并確定胎豬的性別[24]。Bouin液固定后對半數胎豬進行內臟檢查，通過茜素紅染色法對半數胎豬進行骨骼檢查。此外，也可采用X射線法或CT掃描對全部胎豬進行骨骼檢查，檢查的質量也超過茜素紅染色法。

另外，為了進一步縮短小型豬致畸實驗的期限，有研究者對哥廷根小型豬中期（妊娠第60天）和終末（妊娠第110天）剖宮產檢查結果進行了比較分析，發現中期剖宮產胎豬大小與終末處死家兔時胎兔的大小和體重相當，生殖器官內部檢查可確定胎豬性別，骨骼和軟骨雙染法可檢出骨骼改變，并可檢查出乙胺嘧啶誘發的胎仔異常[23]。從而表明小型豬中期剖宮產技術可行，并具有節省時間、開支等方面的優勢。

3.3 圍生期毒性實驗

圍生期毒性實驗（包括上述生命周期中的C～F階段）是對處于妊娠期或哺乳期的雌性動物從胚胎著床到幼仔離乳給藥，目的是檢測藥物對母體以及胚胎和子代發育的不良影響，由于產生的不良作用可能延遲，實驗應持續觀察至子代性成熟[25-26]。評價內容包括妊娠雌性動物增強的毒性、產前產后子代的死亡情況、生長發育的異常以及子代的功能缺陷，包括F1代的行為、性成熟和生殖功能[27]。雌性動物給藥期應從胚胎硬腭閉合至哺乳結束，即上述生命周期中的C～E階段。通常，小型豬為妊娠第35天至離乳（出生后第174天）[15]。與其他非嚙齒類動物相比，哥延根小型豬每窩仔豬數多，仔豬生長快，性成熟快，已建立許多成熟的行為測試方式[28]。在開展哥延根小型豬圍生期毒性實驗方面，已積累了一些經驗。

4 小型豬動物模型在生殖毒性實驗中的應用前景

小型豬發情周期和妊娠期短，胎仔數量多，胚胎大，便于觀察微小畸形[29]，與人類在解剖學、生理學、疾病發生機制等方面存在一定的相似性，表明其可能作為生殖毒性實驗的動物模型。其屬于食源性動物，從動物福利的角度來看壓力也要小很多。雖然人們已經認識到小型豬作為毒理學研究模型動物的優勢[30]，但目前小型豬并未廣泛應用于各類科學實驗研究，在生殖毒性實驗研究中也遠不及家兔的位置。一方面是家兔已積累了豐富的背景信息，且容易獲得、操作簡單。另一方面，小型豬的應用還具有一定的局限性。首先是實驗操作不便。雖然相對于普通豬，小型豬的體型已經小了很多，但還是和犬、猴一樣屬于大動物，在常規實驗操作時，人員體能消耗大，并且缺乏實驗室診斷的商業試劑盒[31]。其次，小型豬的胎盤缺乏轉移大分子能力，從而限制了小型豬在一些生物技術產品（例如抗體、疫苗）中的應用。因此，目前在生殖毒性實驗中小型豬還不能完全替代傳統的非嚙齒類動物。期待隨著研究的不斷深入，小型豬的背景數據會不斷完善，在預測藥物對人類產生的生殖毒性作用方面將具有越來越大的應用價值。

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