模型動物、動物模型與模式生物之辨析*

王欣宇 姜 蘭

（1東北師范大學(xué)附屬中學(xué) 吉林長春 130021 2東北師范大學(xué)教育學(xué)部 吉林長春 130024）

模型動物、動物模型和模式生物的辨析是學(xué)生了解生物學(xué)研究的重要基礎(chǔ)，可幫助學(xué)生提高對單一變量原則的認識，了解生物學(xué)發(fā)展過程中一些重要實驗材料的選取原因，進一步促進學(xué)生對生物學(xué)實驗設(shè)計和實施的理解。本文以模型動物、動物模型和模式生物相關(guān)研究成果為依據(jù)，通過梳理常見的學(xué)術(shù)論著中對這三者的表述進行辨析。

1 模型動物與動物模型的比較

1.1 模型動物 模型動物在有關(guān)實驗動物的專著和論文中比較常見，但其定義卻比較少見。例如，方厚華[1]在《醫(yī)學(xué)實驗?zāi)Ｐ蛣游铩芬粫刑岢觯耗Ｐ蛣游飳儆趧游锬Ｐ头懂牐鼘儆谠谧匀粭l件下發(fā)病的動物，所表現(xiàn)出的性狀與生俱來，而非人為刻意誘發(fā)所致。而且這種性狀具有遺傳性，能通過遺傳育種得以固定和延續(xù)。患先天性疾病的模型動物表現(xiàn)出的性狀與人類相似，所以，模型動物除了可與誘發(fā)性動物模型一樣，用作病態(tài)學(xué)研究之外，最主要的是能用于病因?qū)W和病理學(xué)的研究。由定義可知，模型動物是動物模型的下位定義。但該書后續(xù)的闡述中，模型動物和動物模型這2個概念的使用幾乎沒有區(qū)別。

1.2 動物模型 動物模型是涉及實驗動物的專著和論文中使用最多的詞匯。在專著中使用時，該名詞幾乎都有定義。例如，生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究中所建立的具有人類疾病模擬性表現(xiàn)的動物疾病材料[2]；再如，人們利用動物模擬研究并解釋生命的系統(tǒng)與過程[3]。動物模型對探尋人類或其他生物的調(diào)節(jié)機制、發(fā)病機制、增強對生命的理解、尋求治療方案都有重要作用。在秦川[3]的《醫(yī)學(xué)實驗動物學(xué)》中，只對動物模型給予明確的定義，對模型動物沒有定義。在闡述的過程中，對模型動物和動物模型沒有明確區(qū)分，在行文中基本混用。在楊婷等[4]的《疾病模型動物簡介》中，這2個概念也是混用的。

由此可認為，模型動物和動物模型基本是同一含義的概念，在表述時可混用。在眾多文獻中，使用動物模型的相對比較多。筆者建議教材中使用動物模型的表述方式。

2 動物模型（或模型動物）的意義、分類和應(yīng)用

2.1 動物模型的意義

1）替代性：很多疾病，例如，腫瘤、艾滋病等以人類作為重復(fù)試驗的研究對象不符合法律和倫理道德，此時以動物作為替代性研究對象，有利于研究相應(yīng)疾病。

2）可比較性：人類疾病起因復(fù)雜，人類本身又具有基因多態(tài)性，同一種疾病可能在不同人類個體上出現(xiàn)不同的表現(xiàn)形式。使用動物模型可做到同樣的疾病、同時處理，提高實驗的可重復(fù)性和可比較性。

3）時效性：應(yīng)用動物模型可縮短實驗所用的時間，在實驗中縮短病程、控制和排除一些實驗條件，從而讓實驗結(jié)果更具有說服力。

2.2 動物模型的分類

2.2.1 按照動物模型的來源分類 自發(fā)性動物模型（spontaneous animal model），動物自發(fā)產(chǎn)生的疾病。這種模型最接近疾病發(fā)生的真實情況，但數(shù)量相對較少。

誘發(fā)性動物模型（induced animal model），人工誘導(dǎo)動物產(chǎn)生相應(yīng)的疾病。這種動物模型應(yīng)用最為廣泛，例如，作為研究肝臟疾病的動物模型[6]、糖尿病動物模型等[7]。

2.2.2 按照動物模型的分類學(xué)地位分類 遵循生物分類學(xué)的劃分方法，例如，對哺乳動物可分為單孔目、有袋目、靈長目、偶蹄目等。

2.2.3 按照動物模型的微生物控制程度分類例如，無菌動物，以封閉的無菌技術(shù)取得，用現(xiàn)有方法不能檢出任何微生物和寄生蟲的動物；悉生動物，確知所帶的微生物且經(jīng)特殊飼養(yǎng)的動物；SPF（specific pathogen free）動物，沒有指定的致病性微生物和寄生蟲的動物；清潔動物，不明確所帶的微生物、寄生蟲，但不帶有人畜共患的傳染病病原體的動物[7]。

2.3 動物模型的應(yīng)用 建立與人類相似的動物模型是研究人類相關(guān)問題的重要途徑。目前，應(yīng)用比較成熟的動物模型主要包括鼠類動物模型、雪貂（Anglo mink）動物模型、恒河猴（Macaca mulatta）動物模型等。

鼠類因其體型小、易飼養(yǎng)而成為眾多實驗的良好材料。鼠類可作為多種研究的模式動物，例如，對高血壓、高血脂等進行研究[8]，作為糖尿病[9]、肝性腦病[10]、咳嗽[11]等研究的動物模型；還可作為轉(zhuǎn)基因動物的模型動物。

雪貂體型相對較小，性成熟周期短（6個月），其肺臟解剖學(xué)和細胞生物學(xué)特征與人類非常相似，可作為研究人類肺部疾病的動物模型[12]，例如，用于研究囊性纖維化[13]。

恒河猴模型與人類有相似的代謝和生理學(xué)特征[14]，是研究很多人類疾病的良好動物模型。

沒有一種動物模型能完全復(fù)制人類疾病，模型實驗結(jié)論的正確性只是相對的，最終必須在人體得到驗證。同時，也不能濫用實驗用動物，應(yīng)該盡可能遵循“3R”理論，即減少（reduction）、替換（replacement）和優(yōu)化（refinement）。

3 模式生物與動物模型（或模型動物）的比較

模式生物是指由于生物進化的保守性，以及生物界中遺傳密碼的通用性，生命發(fā)育的基本模式呈現(xiàn)很大程度上的同一性；這些特性為利用進化程度相對較低的物種研究進化程度相對較高的物種的規(guī)律提供了可能?？蓭椭藗冊谝欢ǔ潭取⒁欢ǚ秶鷥?nèi)理解生命世界的一般規(guī)律。這些相對簡單且受到普遍研究的生物統(tǒng)稱為模式生物[15]。一般模式生物都完成了基因組測序，人們對其了解的程度更加深入。目前，擬南芥（Arabidopsis thaliana）、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、線蟲（Caenorhabditis elegans）、果蠅（Drosophila）、斑 馬 魚（Danio rerio）、小 鼠（Mus musculus）等是公認的模式生物。

模式生物是指一個認識較為深入，同時又具有基因背景單一或繁殖迅速等特性的，可進行有代表性研究的生物物種，例如，小鼠。動物模型應(yīng)該是指具體研究的模型，例如，糖尿病視網(wǎng)膜病變大鼠（Rattus norvegicus）模型。模式生物可認為是研究得比較深入、基本達成共識的特殊的動物模型。二者存在一些區(qū)別，詳見表1。

表1 模式生物與動物模型的區(qū)別

4 模式生物的意義、分類和應(yīng)用

4.1 模式生物的意義

1）替代性：在生命科學(xué)領(lǐng)域，針對難以直接開展的人的臨床試驗，有些珍稀或不易操作的動物，都可相應(yīng)地選擇在性狀或遺傳具有一定相似性的生物替代，也可稱為模式生物，模式生物應(yīng)具備更科學(xué)、準(zhǔn)確和重復(fù)性好的特點[16]。

2）啟發(fā)性：基于進化上的基因保守性，研究模式生物對于人類的研究有重大啟發(fā)意義。

4.2 模式生物的分類 按照生物種類不同，可分為模式動物、模式植物和模式微生物。典型的模式動物包括線蟲、果蠅、斑馬魚、小鼠等，典型的模式植物包括擬南芥等，典型的模式微生物包括大腸桿菌（Escherichia coli）、釀酒酵母等。

4.3 模式生物的應(yīng)用 模式生物在遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。例如，果蠅、斑馬魚具有自身繁殖相對迅速、成熟周期短等優(yōu)點，許多研究建立了針對它們的點突變技術(shù)、基因敲除技術(shù)、基因沉默技術(shù)等，使得全世界的研究者有了相互交流的“共同語言”。小鼠作為哺乳動物，因與人類有相對較近的親緣關(guān)系，成為研究人類的基因表達、個體發(fā)育、疾病等方面的發(fā)展得最詳盡的模式生物。

5 小結(jié)

通過以上對動物模型、模型動物與模式生物3個概念的辨析可知，模式生物、動物模型、模型動物三者之間既有區(qū)別，也有聯(lián)系。動物模型與模型動物內(nèi)涵基本相同，基本可混用，在動物學(xué)研究和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用動物模型的表述方式比較多。而模式生物可認為也是一種動物模型，只不過研究得更加深入，在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究中共識度更高。