第三节 带病理模型性状的突变株

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一、常用的突变品系

(一)肌萎缩症(Dystrophia Muscularis简称dy)小鼠或称肌失营养症即后肢瘫痪小鼠

该鼠与人类有相似的肌萎缩症状,其dy/dy大约出生两星期可见后肢拖地,表现有进行性肌衰弱和广泛性的肌萎缩。病鼠出生时是活的,但只有少数病鼠能存活10周以上,无繁殖力。但已证明dy/dy 雌鼠的卵巢移植到正常雌鼠体内是具有生殖能力的。由于雌本基本不育。因交配无能,且母性不好,一般和留杂合型,如雄鼠与正常雌本交配有困难,可人工受精,也可卵巢移植。常用的有REJ129/dy后肢偏瘫小鼠。

(二)肥胖症(Obese,简称ob)鼠

肥胖症鼠有肥胖小鼠(Obese Mice)和肥胖大鼠(Obese Rat)。肥胖小鼠体重可达60克,这种小鼠无生育力,表现为单纯胖而不伴有糠尿病。纯合体大约在四周龄时即可识别出,此时其增重加速,很快可达到正常同窝鼠体重的3倍。中等程度的摄食过度可使其几乎不太活动,但在幼年时其血糖和免疫活性胰岛素并不明显增加,5~6月龄以后,肥胖趋向稳定,胰岛素和葡萄糖水平上升,这些小鼠不受外来胰岛素的影响,但节制食物可增加对胰岛素的敏感性以及延长其寿命。所有的雌鼠均无生殖力。卵巢和子宫萎缩,若坚持节制饮食,则雄鼠偶尔能够繁殖。Langerhans岛的增生与胰岛素分泌增加有关,肾小球发生肾结节状脂肪玻璃样病变,在电镜下可见了其局限于肾小球膜和基膜的内皮面。肥胖小鼠的皮下、后腹膜和性腺的脂肪增多,这是脂肪细胞数目增多和体积增加的结果,因此被称为肥大性一增生性肥胖症。

这种小鼠的肥胖症与人类的肥胖症很相似。利用这种小鼠曾进行了许多有益于肥胖症的生化、病理、激素及药物治疗等的研究。因为这种鼠无生育力,所以必须用杂合子交配以保持此基因。

Ob/+和+/+很难区别,表现完全一样,用其交配要花费很长时间才能辨别。这种突变小鼠的维持很困难。若节制饮食使体重下降,则其维持种系的效果不好,亦可从肥胖鼠的卵巢取卵子移植于+/+鼠进行繁殖。

除ob突变型外,后来又发现ad即成年肥胖和糖尿症(Adult obesity and diabetes)。ad/ad型的肥胖症体重相当于正常鼠的两倍,与ob/ob型一样,通常不育,7-10周龄时表现出高血糖和糖尿症。

在新西兰小鼠中也表现一种肥胖症叫NZO(New ZealandObese)。该鼠通常具有生殖能力,所有的小鼠均发生肥胖,但脂肪沉积主要是在腹内,于2~4月龄时即可发现脂肪沉积,最终达到总体重的70%,高血糖不明显,但胰岛素的水平升高。在快速增重期间,食物的摄入量明显的增加。

此外,还有一种肥胖Fatty,基因符号为fa,肥胖同时有糖尿病,受孕率低。日本KK小鼠也发生肥胖。

从小鼠的肥胖症知道,肥胖症有不同的遗传型。这对研究人类肥胖症的一系列问题颇有助益。

(三)侏儒症(Dwarf Mice,简称dw)鼠或称矮小畸形鼠

这种畸形又称垂体性侏儒症(Pituiary Dwarfism),因为其缺乏脑下垂体前叶的生长素和促甲状腺激素,故使生长发育障碍。纯合子dw/dw小鼠在12~13月龄时即可被识别,它表现为短尾和短鼻,到成熟年龄时,其体积约为同窝正常鼠的1/4,8周龄时体重为8~10克,尽管多数能存活到成熟期,但雄鼠和雌鼠均无生殖力,可出现继发的粘液性水肿。给病鼠食入垂体前叶碎片可以使生长速度基本正常。

由于该鼠无生育能力,两性均不育,所以只能用杂合子把基因保留下来,这样只能得到25%的矮小畸形鼠于,9月鼠龄时将正常垂体移植到这种鼠的肾脏,在雄鼠可长大到近于正常小鼠体形并可繁殖(但在雌鼠收不到效果,原因不明),繁殖结果如下:

这种突变型小鼠在内分泌研究上有较大用处,如对“生长素”等进行分析研究等。

(四)糖尿病(Deabetes,简称db)鼠

由Hummel等(1966)最先报导,它是由单隐性突变基因引起,自发于Jackson实验室的近交系小鼠(C57BL/Ks),该基因(db)与肥胖(ob)不是等位基因,尽管它们的表现型特征相似,db/db基因鼠的第一个表现是当病鼠到3~4周龄时,腋和腹股沟皮下组织出现脂肪的异常沉积,此时血糖升高,从200mg/100ml血以下的正常水平上升到一年龄时的682mg/100ml血(平均为563.2mg/100ml血)。雌鼠无生殖力,但其卵巢移植到其它鼠后仍能恢复生殖活性。多数鼠不能存在到8个月以上,但若在病的早期节制饮食则可延长其生命。

临床症状包括肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、烦渴、多尿,最后可因酮尿而死亡。死后变化包括胰岛细胞中具有很少β颠粒和胰管肿胀。Like(1972)描述了db/db小鼠肾小球的变化,在外形上与同龄正常小鼠的一样,但比后者大得多,小鼠到了糖尿病发病年龄时,肾小球膜变化更加明显,外周基层持续增厚,并生有许多小结,还认为多尿可能是高血糖对肾小球产生利尿作用的结果。

(五)骨骼硬化症(Ostepetrosis,简称op)鼠

发生于侏儒症(dwarf)小鼠。这个隐性基因(op)位于第12号染色体上。大约10日龄时(op/op)即可识别出,其头呈圆顶状,脚短,门齿缺如,主要的骨骼缺陷是骨重建不良造成的,在出生前后6周最明显、随着小鼠的成长,骨形成减速,重建时骨的消除与形成的速度几乎相等,因此症状表现比较微,病鼠的破骨细胞较同窝正常鼠为小,酸性磷酸酶出现于整个细胞,而不是仅集中在破骨细胞和骨头的界面上。

op/op小鼠的长骨受到的影响最大,至少在出生后的6个月里,骨髓腔闭合,出现原始的海棉骨,病鼠的骨片似乎比同窝正常鼠密实,当病鼠到6~10月龄时骨髓腔重新出现,并充满正常的造血成分,其中巨核细胞的数目增多。与其它骨硬化突变体不同,它们不伴随色素异常,因此不同于小眼畸形(Microphthalmia)mi/mi;和灰色-致死(Grey-Lethal)gl/gl小鼠。op/op突变体生存的时间较长,骨骼的病变可随小鼠的成长而消失,在骨骼病变消除前,骨基质形成和甲状腺滤泡旁细胞水平的比率大幅度下降。

由于病鼠骨质生长异常,骨质硬,骨髓腔消失,所有骨骼都硬化,并伴有无齿症。因此往往在同窝仔鼠中发现死亡仔鼠。第二窝才出现断奶后死亡的小鼠无牙齿,系因不能吃食而死亡,但于断奶后喂软饲料可保留下来。op为隐性基因,无齿型发生于肥胖型父母,第二代出现无齿。正常时上下颌骨有牙齿的主要发点,骨硬化症时有生长牙齿的生发点,但因骨质硬而不能长出。这种鼠的病变的与人类大理石骨病相似。

治疗方法有:

1.联体生活(Parbiosis):可使部分动物得到治疗,一个月可治愈。

2.骨髓移植(Bone Marrow Grafts):对人类用此种方法。此病病因不明,病人造血机能发生变化。此种动物可用作研究人类骨髓硬化症的模型。

(六)显性斑点(Dominant Spotting)突变贫血

因为斑的大小是指白斑(White Spotting)大小,所以缩写为W。正常时是小写ww,当呈WW时则表现出贫血。在W处有五个等位基因,任何两个等位基因都可引起严重的大红细胞性、发育不全性贫血,同时引起肝脏造血功能障碍。贫血的严重性受环境和基因型影响。可出现不同类型的突变体,如W/+,Wv/+,Wv / Wv,W/ Wv,W/WJ,WJ,WN等。这些突变体均无生育力,表现为黑眼,白色。

WW出生后只能存活几天,当有修饰基因存在时,则Ww呈部分显性,可出现90~98%白斑;如无修饰基因存在,则呈现纯白,但为黑眼;如有一些修饰基因存在可出现不同程度的花斑。W是一组复等位基因,如Wv的v是Viable(活)的意思。Wv Wv可活到成年,为白色、黑眼,通常是不育的,偶然表现出有限的生育力,其红细胞只有正常的半数,与人类贫血相似。

用于造血系统研究的突变小鼠有:

1.W突变(Dominant Spotting)小鼠

⑴W/ Wv:遗传性贫血小鼠,能活到成年,如WBB6F1/J-W/Wv小鼠。

⑵+/+:非贫血小鼠,红细胞计数正常,如WBB6F1/J-+/+小鼠。

⑶W/W:遗传性贫血小鼠,造血干细胞正常,是造血微环境发生缺陷的小鼠。

⑷W/Wa:遗传性贫血小鼠,造血微环境正常,是造血干细胞发生缺陷的小鼠。

2.an突变(Hentwig′s Anemia)小鼠。

大红细胞性贫血,贫血严重程度随遗传背景不同而异,妊娠的第12天开始发生的造血功能缺陷,伴有白细胞减少症。

3.f突变(Flexed-Tail)小鼠:

高铁红细胞性贫血,贫血变化是由于胎儿肝脏造血障碍所致,因此出生时即发生贫血。此种小鼠,表现为尾弯曲。

4.JO(Joundice)突变小鼠,妊娠第14天出现贫血,出生后几小时出现黄疸,新生期常因脑受损、黄疸、胆红素毒血症或缺氧症而死亡,血循环中出现小网状红细胞和有核红细胞。

5.ha(Hemolytic Anemia)突变小鼠:新生期溶血性贫血,多于妊娠14天时出现。新生期黄疸,多数死于出生后的一周内。

6.Sph(Spherocytosis)突变小鼠:有溶血性贫血、球形红细胞症、胆红素过多血症,出生后短期内死亡。

7.Sla(Sex-Linked Anemia)突变小鼠:表现为轻度贫血、网状红细胞症、骨髓缺乏。两性生长均受阻,但能存活。

8.dm(Diminutive)突变小鼠:dm/dm鼠体小、尾短且扭曲,肋骨和骶骨前脊椎增加,脊椎畸形,肋骨节融合,大细胞性贫血。

9.Ts(Tail-Short)突变小鼠:Ts/Ts小鼠常死于子宫中,到妊娠的第8天,表现为尾短且扭曲以及其他骨骼异常,生前贫血以及卵黄囊造血障碍,贫血还可导致其它异常。

(七)白内障(Catarct,简称Cat)突变鼠

这是显性遗传,10月龄至14周龄时晶状体混浊,还会发生晶状体液化和核的上超咬合。当Cat呈杂合状态时出现白内障。这种性状在一般情况下很容易观察到,可作为眼科的动物模型。

(八)无脾(Asplenia,简称As)突变鼠

该鼠脾脏完全缺如,它作为一个遗传性疾病出现于显性半肢畸形的杂合子小鼠。这些小鼠已被广泛应用于脾脏功能的研究,也是研究中医中药的重要动物模型,还是研究血吸虫病的良好实验材料。

(九)灰色致死(Grey-Lethal,简称Gl)突变鼠

gl/gl突变鼠除显纯灰色外,很主要的性状是生长障碍,出现14天后即比正常为小。牙不萌、形态不正常、牙齿不钙化。肢体长骨不正常。一般死于22~30日龄,利用其骨骼系统的障碍,有人用作锶的代谢研究。

(十)视网膜退化(Reinal Degeneration,简称rd)突变鼠

此种病鼠与人类的色素性视网膜炎相似,人类的色素性视网膜炎也是一种遗传病,呈现进行性视网膜硬化,有色素沉着及视网膜血管闭锁萎缩。人类这种病例很难取得标本进行病理等研究,而动物模型则提供了极为理想的实验材料,还可进行其它一系列研究。

(十一)淡化致死基因(Dilte-Lethal,简称aL)突变鼠

dLdL除淡化的性状外,还有惊厥、瘫痪,大约死于生后三星期。后来有人发现这种病的苯丙氨酸氢氧酶的活性大大下降,因此此模型相似人类的苯酮尿病。

(十二)针尾(Pintail,简称Pt)突变鼠

当Pt+杂合状态就呈现显性突变性状,见削短与卷曲的尾巴,且椎间盘逐龄产生快速退化,这就类似人类的椎间盘突出症,可用于这方面研究。

(十三)少趾症(Hypodactyly,简称Hd)突变鼠

该鼠两前肢有足趾各2个,两后肢有足趾各4个。雄鼠少趾症同时出现精子缺乏(OIigospermia)。雌鼠生育力正常。少趾与精子缺乏相关共存是一个有兴趣的现象。裸鼠亦有类似情况。无毛时生育力低下,其中关系尚未搞清。可能与多型性(Pleomorphic)基因或伴性(Sexlinkage)基因相关。只见于小鼠和大鼠,原因不明。

(十四)高血压突变型大鼠(Hypertension Rat)

高血压大鼠生育力强,对寿命也明显影响,可养13-14个月,Okamoto培育了许多亚系,以SHR最为名贵。

SHR(Spoataneously Hypertensive Rats)即自发性高血压大鼠,是由Okamoto和Aoki选育成功的。正常大鼠收缩压110-120mmHg,开始用♂145-175mmHg×♀130-140mmHg作为亲代,以后兄妹交配。育成的高血压大鼠出生后5周血压可达150mmHg,而成年雄鼠的血压达200mmHg,其特点是高血压自发率为100%,血压平均170-180mmHg,最高达200mmHg,并有高血压性心血管病变。繁殖时每代都要选血压高的动物(高于180mmHg)作为繁殖鼠种。

(十五)癫痫突变型大鼠(Audiogenic Seizures声源癫痫发作)

用铃响声刺激会旋转起舞数秒钟,然后一侧倒地发作癫痫,与人类癫痫相似。可用此种鼠作动物模型来研究人类癫痫病。中国医学科学院生理研究所和北医均有饲料。

二、其他突变品系

经过长期选育,还培育出很多其它突变品系动物,如无T细胞小鼠,无B细胞小鼠,无T、B细胞小鼠,无K细胞小鼠,无T、B、K细胞小鼠,无巨噬细胞小鼠,无毛大鼠,无毛豚鼠,无毛兔(但有胸腺),BN(Brown Norway)棕色小鼠,Long Evans头部毛斑如包头巾、基因型为hh的大鼠和基因型hhaa、尾基部有黑色毛的大鼠,Sherman大鼠等突变品系动物,都已广泛应用于肿瘤、免疫、造血等的研究。

此外还培育了一些专供色素、骨骼、代谢、皮毛、视觉和造血等特殊医学研究需要的突变株,如:

色素:bg、Moblo、Mobr、Modp、Moto、S、P、ru、Wv、Ay。

骨骼:bp、Sm、T。

代谢:fm、ob、Ay。

皮毛:hr、hrrh、nu。

视觉:Ir。

造血:Sla、Wv。

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