中獸藥創新研發與實驗動物模型應用

魏媛媛張艷楠樊藝萌尕 玉王惠茹韓俊成郝智慧*

(1.中國農業大學動物醫學院中獸藥創新中心,北京 100081；2.新疆農業大學動物醫學院, 烏魯木齊 830000)

中獸藥在動物保健、食品安全、公共衛生安全等方面起著重要作用。 應用中獸藥防治動物疾病保障動物健康已有兩千年的歷史,隨著當前規模化、標準化健康養殖的快速發展和人們生活水平的提高,與人類健康密切相關的獸醫公共衛生安全問題的凸顯,其所關注的減少動物源細菌耐藥、保障動物源性食品安全、防控動物疫病都需要更好的發揮中獸藥的作用。 如今,國內外越來越多的人開始認識、研究和應用中獸藥[1]。 而實驗動物在中獸藥的創新研究尤其是現代中獸藥的研究中扮演著重要的作用。 實驗動物應用于中藥研究已有兩千多年的歷史,早在公元前《國語》中就有用狗來驗烏頭毒性的記載[2-3]。 縱觀中醫藥實驗動物認知和使用的發展歷程,先后經歷了古代時期的學科萌芽階段、隨著現代科學實驗方法體系的建立與發展的方法探索階段、隨著現代科學實驗方法的融入、中醫藥特色實驗動物方法建立的理論總結階段以及中醫藥實驗動物模型建立為標志的廣泛應用階段這4個階段[4]。 綜上,建立中獸藥相關的動物模型對中獸藥作用機制等相關問題的系統研究至關重要。下面本文將就中獸藥創新研發中相關動物模型的發展與用途做一綜述。

1 中獸藥發展歷史

中獸藥起源,應追溯到一萬年以前的原始社會,人們把野生動物馴化成家畜后,便逐漸將“神農”嘗百草治療人病的經驗,引用于家畜。 唐代《司牧安驥集》卷二記載:“昔神農皇帝,創制藥草八百余種,留傳人間,救療馬病”,這是獸醫古籍中有關獸醫中藥起源的最早記載。 獸醫中藥方劑的發展,是隨著人醫中藥方劑不斷積累而發展,在先秦時期很多古籍如《周禮》、《詩經》、《山海經》均有人畜通用藥物記載,如《山海經》就記載了120 多種,如“流赭(代赭石)以涂牛馬無病”等。 《神農本草經》初步奠定了人醫中藥和獸醫中藥(學)的理論基礎,有“牛扁,殺牛虱小蟲,又療牛病”、“柳葉,主馬疥痂瘡”、“桐花,主付豬瘡”等獸醫用藥的明確記載[4]；《流沙墜簡》和《居延漢簡》有十幾篇記載著治馬牛病的醫方,并已有了湯劑、膏劑和丸劑應用。 隨著中國獸藥典的頒布,中獸藥材與人用藥真是分離開來,并對其靶動物及使用劑量有了明確規定。

2 中獸藥產品研發現狀

基于中獸藥在動物疾病防治方面的有效性、應用前景與需求,新中獸藥研發也在加快推進中。 近十年來獲批的中獸藥用于防病治病已有百余種。基于中獸藥在動物促生長、保健方面的可行性和有效性,可在飼料中長期添加使用的中獸藥近年來也有獲批,有單方類和復方類,如博落回提取物、山花黃芩提取物散、女貞子提取物散、裸花紫珠末等。

通過對2011 年到2020 年這10 年間中國農業農村部獲批的中獸藥產品分析可以發現,中獸藥產品的研發獲批數量從2011 年到2016 年呈上升趨勢,其中2016 年獲批產品數最多,有15 項,從2016年到2018 年獲批中獸藥產品數量略有下降,而在2019 年到2020 年期間,中獸藥產品數量有上升趨勢。 在這10 年間,獲批的中獸藥產品數量是曲折而上升的趨勢(圖1)。

圖1 2011～2020 年中國農業農村部獲批中獸藥品種的時間分布統計結果Figure 1 Statistical results of time distribution of veterinary drug varieties approved by the ministry of agriculture and rural areas of China from 2011 to 2020

2011 年到2020 年間獲批的中獸藥產品用于提高動物免疫力的產品最多,有28 種,占總產品數25.93%,其次是治療雞大腸桿菌病,有12 種,占比11.11%；仔豬白痢病8 種,占比7.41%(圖2)。 對這期間獲批的108 種中獸藥產品的中藥組成進行分析,發現黃芪使用最為頻繁,出現頻次27 次,占比25%,其次分別是黃芩(20,18.52%)、 板藍根(15,13.89%)、黃連(14,12.96%)、甘草(13,12.04%),均高于平均頻次(12.8)水平(圖3)。 可見,目前中獸藥研發中,補氣類和清熱類中藥較常作為研發對象。

圖2 2011～2020 年中國農業農村部獲批新獸藥品種用途分布前10 名統計結果Figure 2 Top 10 statistical results of application distribution of new veterinary drug varieties approved by the Ministry of agriculture and rural areas of China from 2011 to 2020

圖3 2011～2020 年中國農業農村部獲批新獸藥品種中藥分布前10 名統計結果Figure 3 Top 10 statistical results of traditional Chinese medicine distribution of new veterinary drugs approved by the Ministry of agriculture and rural areas of China from 2011 to 2020

3 中獸藥創新研發中常用實驗動物

實驗動物主要用于急性毒性實驗和長期毒性實驗,也有極少部分的新藥開發過程中將實驗動物用于藥效學實驗和藥理學實驗[5]。 為了解近年來中獸藥創新研究中實驗動物模型的應用情況,筆者分別以近20 年農業農村部獲批中獸藥名稱為關鍵詞在中國知網(CNKI)進行檢索,共檢索到358 篇文獻,排除靶動物及藥學相關研究,從中得到與實驗動物相關的47篇有效文獻。 從檢索結果來看,新中獸藥新藥研發過程中最常用的試驗動物為小鼠和大鼠,此外,比格犬、家兔、SPF 雞和貓也有少數的使用。

3.1 小鼠

嚙齒類動物是新獸藥研發過程中毒性實驗的首選實驗動物,這其中小鼠因其性狀穩定,且價格便宜,被廣泛應用[6]。 幾乎所有中獸藥新藥研發的急性毒性實驗均是使用小鼠完成[7-16],部分中獸藥新藥也用其進行長期慢性毒性實驗,但由于其壽命較短的原因,在慢性毒性實驗中的應用不如大鼠廣泛。 此外,小鼠還被應用于胃腸蠕動實驗、腹瀉實驗、抗炎實驗和鎮痛實驗等多種藥效學和藥理學的實驗中[11,14,17-25]。 具有代表性的應用見表1。

表1 實驗動物小鼠在新獸藥研發中的應用情況Table 1 Application of experimental animals and mice in the research and development of new veterinary drugs

3.2 大鼠

大鼠作為嚙齒科類的實驗動物,因為其體型合適,給藥容易,采樣方便,廣泛用于中獸藥的新藥開發過程中的安全性評價研究,以及藥效和藥理學研究[29]。 而與小鼠不同的是大鼠價格較貴,但是壽命比小鼠長的多,因此,更多的適合用于長期的慢性毒性實驗研究。 同樣,大鼠也被用于抗炎抗菌藥理實驗和解熱鎮痛等相關藥效學實驗。 具有代表性的應用見表2。

表2 實驗動物大鼠在新獸藥研發中的應用情況Table 2 Application of experimental animals and rats in the research and development of new veterinary drugs

3.3 其他

除了嚙齒類實驗動物在中獸藥新藥研發中廣泛應用,其他實驗動物也可用于獸藥研發過程中,但因為其價格比較昂貴,且遺傳穩定比較差而受到限制。 不過也有少數中獸藥研發過程中用到了其他實驗動物,例如,比格犬,貓等就被用于呼吸系統和心血管系統毒性實驗,以及部分藥代動力學實驗[45-47]；而家兔也可用于藥代動力學的研究[48]。此外,SPF 雞和SPF 豬可作為實驗動物用于各種禽病和豬病的造模實驗中[49-53],其具體情況見表3。

表3 其他實驗動物在新獸藥研發中的應用情況Table 3 Application of other experimental animals in the research and development of new veterinary drugs

4 討論和小結

中獸藥研究的進展依賴于使用實驗動物模型作為臨床假說的實驗基礎。 因為各種動物疾病的發生發展是非常復雜的,而直接使用靶動物探討其發病機理及獸藥療效機理常會受到操作方面或者經濟方面等的限制。 可以通過對實驗動物的研究,進而推用到相應靶動物,以控制動物疾病發生及進展過程,降低畜牧業損失。

實驗動物在中獸藥研發中的應用可見于主要藥效學研究,安全藥理學研究以及毒性研究,其中毒性研究包括一般毒性實驗(急性毒性實驗、長期毒性實驗)和特殊毒性實驗(致突變實驗、生殖毒性實驗、致癌實驗,特殊安全性等),目前中獸藥研究中,多應用大小鼠模型進行藥物毒性實驗,藥效學實驗和藥理學實驗,其藥理機制研究也多圍繞于抗炎,抗氧化應激及凋亡相關方面[6],近些年研究者對各類細胞死亡方式,比如自噬、炎性壞死、焦亡等也有一定關注。 因為研發成本的問題,其他大型的實驗動物很難應用到新型中獸藥的開發中去。 而隨著中獸藥的深入研究,其他實驗動物的應用也更加完善。 此外,獸藥開發應用的實驗動物多用于實驗,而藥理實驗中實驗動物模型的選擇和評價仍存在以下問題:缺乏各種造模因素之間的對比研究,難以明確造模因素的選擇。 研究者根據各自的理解,基于同一理論選擇的中獸藥、途徑和強度差異較大,造模方法尚不成熟,存在“一因多證”。 模型評價主觀性強,多數模型評價簡單以動物表現出來的癥狀為依據,導致建立的模型認可度不高,各個實驗間缺乏可比性。 實驗動物模型與臨床疾病變化表現并不完全相同,造模后多種表現交疊出現而難以明確區分,增加了模型評價的難度。 實驗動物模型種類不足,相對于臨床復雜多樣的證候而言,現階段能復制的實驗動物模型,不能滿足中獸藥研究的需要。

目前中獸藥的研發需要進一步深入研究動物模型評價方法,為病證結合動物模型提供一些客觀化標準,突破目前的瓶頸,造模評定標準體系規范化,真正做到指標量化、客觀化、宏微觀相結合,不斷發展。 構建出更加貼近臨床實際符合統一規范的國際公認的實驗動物模型。