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1、临床医学研究中怎样发挥比较医学的作用,第四军医大学 施新猷,一提高对实验医学比较医学重要性的认识,实验医学比较医学在医学发展中的作用 回顾生物医学发展的历史,许多具有历程碑式的划时代的研究成果,往往与实验医学比较医学紧密相关,也和实验动物及动物实验密切相关,很多科研成果和科学发现获得了诺贝尔生理学或医学奖。,早年对实验医学、比较医学有贡献的科学家,年 代 发 现 人 发 现 所用动物 BC 384-322 亚里斯多德（Aristotle）比较动物解剖和胚胎 鱼、牛、羊BC 304-258 埃拉吉斯塔特（Erasistratus）最早进行活体动物实验研究 猪 141-203 华佗（Hua tuo
2、）创“五属戏”发明“麻沸散”仿虎鹿熊猿鸟 130-200 盖伦（Gai lun）动物系统比较解剖 各种动物 1548 韦隆留斯（Resalius）形态结构与功能关系 猪、犬 1628 哈维（William Harvey）血液循环 狗、蛙、蛇、鱼、蟹 1665 拉沃（Lower）狗输血 狗,年 代 发 现 人 发 现 所用动物 1674 列文虎克（Leeuwenhoe k）红细胞形态显微镜观察 鱼、蛙、鸟 1716 居维叶（Guvier,Georges）脏器相互并联结构关系 鱼、软体动物 1792 捷钠尔（Jennr）牛痘保护人不生天花 牛 1818 伯拉德（Bernard）创立“实验医学”多种
3、动物 1839 弥勒（Muller.J.P）两栖、爬行动物淋巴与心脏 两栖、爬虫动物 1846 莫顿（Morton）乙醚麻醉术 鸟类、其它 1863 贝尔纳（Clande Brnard）肝脏产糖功能和血管运动神经 兔 1866 海克尔（Haeckel）生物发生律 多种动物,近代对实验医学、比较医学有贡献的科学家,以上列举的很多事例，充分说明了实验医学比较医学对于整个医学发展的作用，动物实验和实验动物对医学发展所作贡献。从整个医学发展史可看出:古代医学(经验医学)实验医学比较医学生物医学（现代医学），这就是现代医学发展的全过程。19世纪实验医学发展奠定了现代医学，实验医学主要依靠实验动物和动物实
4、验把古代医学发展成为现代医学。,实验动物科学（Laboratory animal sciences,LAS）主要由两个领域组成：一是实验动物学（Laboratory animal zoology）:以实验动物本身为对象，主要研究它的生物学特性、遗传育种、饲养繁殖、质量控制、疾病防治和开发应用的科学。也就是通常所说的实验动物（Laboratory animal）。是生命科学研究的重要支撑条件。另一则是比较医学（Comparative Medicine）：比较医学(comparative medicine)是研究动物与人类之健康与疾病关系及其发生发展规律进行类比研究，籍以探讨和阐明人类疾病本质的一
5、门新兴学科。它以实验动物为材料，采用各种方法在实验动物身上进行科学实验，研究动物实验过程中实验动物的反应、表现及其发生发展规律、并进行类比研究。,通过对不同物种的同一病原（病因）所导致的疾病发生、发展和转归进行类比，以求得此病原（病因）所致疾病的四维立体全息图象。从而达到：探索人类生命的奥秘；控制人类的疾病、衰老；提高人类生活质量；延长人类的寿命；直接为保护和增进人类健康服务。,发展比较医学的重要意义,生命科学的一门重要前沿学科；现代医学赖以发展的支柱生物医学发展的主轴；实验医学的核心，现代医学是实验医学的成果；医学、动物医学、植物病理和保护学三大学科汇集点；西医、中医、兽医和实验动物科学的聚
6、焦点；无所不包的广义医学，它是医学的最高形式；一门发展前景广阔、应用潜力巨大、生命力极强的学科；正如诺贝尔奖获得者博士说“比较医学是推动人类健康研究的焦点学科，比较医学家永远站在生物医学发展的基础线上”这是对发展比较医学重要意义的最权威性论述。,二充分发挥实验研究在临床医学研究中的作用,医学科学研究的两个基本途径1.临床医学研究研究性质 属前瞻性研究，即必须直接跟踪受试对象，单纯回顾性的病例分析不属此列。研究对象 是病人，患有各种疾病，必须考虑到对象的安全及某些论理问题，实验者必须取得对象的配合。研究处理 在临床试验中必须有一种或多种处理(是预防或治疗某种疾病的方法、设备或制度等)，并要设对照
7、。单纯跟踪无处理的对像，不属于临床试验的范畴。研究场所、人员 临床研究主要是在日常医疗工作中在病房中进行,主要研究人员是医生,必须重视临床实验室研究。,2.基础医学研究研究性质 属实验室研究，用实验方法作为搜集资料主要手段的研究。研究对象 主要是实验动物、微生物和寄生虫。实验动物是健康并可排除各种病因的作用可选用GF、GN、SPF等动物。研究处理 可以严密控制各种实验条件和设各种对照。研究场所、人员 主要在实验室进行，经严密的课题（或动物实验）设计后按程序有计划，有目的进行，由实验室各类业务技术人员实施。,3.动物实验的优点 在人体不便进行的研究可用动物做。在平时见不到的疾病可用动物复制。可以
8、严密控制试验条件和对照。可以根据需要 观察疾病发生、发展全过程。符合多快好省，可以大大缩短研究周期，克服某些疾病潜伏期，病程长。,医学科学研究的任务 1.医学是研究人体及其疾病的科学，它的基本问题:防止发生健康向疾病转化（预防医学）;促进实现疾病向健康转化（临床医学）;认识健康和疾病互相转化的规律（基础医学）;恢复健康功能(康复医学)。2.医学研究的任务:揭示人体生命本质和疾病机理认识健康和疾病互相转化的规律按此规律创造防病治病的医学技术 3.医学科学研究目的:就是获得关于人体及其疾病的知识和创造防病治病的确良技术的科学活动。医学研究过程，既是物质的活动，也是精神的活动；既是实验的研究，又是理
9、论的思考。,康复医学 预防医学(恢复健康功能）防止（防止健康向疾病转化）健康 疾病 促进 临床医学 基础医学（促进疾病向健康转化）（健康和疾病互相转化规律）,作好动物实验设计1.设计的基本原则需要性原则：选择在医疗卫生保健事业中有重大意义或迫切需要解决的关键问题,特别要突出军课题:。目的性原则：选题必须目的明确，应目标集中，不含糊，不笼统。创新性原则：选择前人没有解决或没有完全解决的问题，善于捕捉有价值的线索，勇于探索、深化。先进性原则：创新性与先进性是密切相关的，创新往往指科学而言、而先进多对技术而言。,科学性原则：选题必须有依据，要符合客观规律，科研设 计必须科学，符合逻辑性(手段、方法、
10、实验等)可行性原则：要求科研设计方案和技术路线科学可行外，还必须具有备一定的条件，如：人员、仪器、动物、试剂等。效能性原则：研究中所消耗的人力、物力、财力同预期成果的科学意义、水平、社会和经济效益等综合衡量。上述设计原则可归纳为：(1)创新性和先进性；(2)科学性和重复性；(3)有用性和可控性；(4)经济性易性性。,2.研究方法 医学科学研究就方法来说是提出假说，验证假说的过程，其工作程序是紧紧围绕这条主线进行的。医学科学研究工作的三个部分及十个程序:提出假说、确定题目，是战略性决定 初始意念或提出问题(Original idea or problem)文献检阅，调查访问(Critical r
11、eview of literatures)假说形成，提出设想(Formulation of hypothesis)陈述问题，开题讨论(Statement of the problem),安排实验，验证假说，是战术组织 实验设计(Experimental design)实验观察(Experimental investigution)数据资料积累(Accumulation of raw data)总结工作，完成文化，是拿出战果 数据资料处理(Treatment of raw data)统计分析(Statistical analysis)提出结论(Conclusions),3.注意问题 选择好最佳实
12、验动物 与人体结构、功能、代谢及疾病特征相似;标准化实验动物;解剖、生理特点符合实验目的要求;利用好不同种系动物存在的特殊反应;对刺激敏感、反应明显的动物;传统应用的动物。影响动物实验效果的动物因素 种类、品种、品系;性别、年龄、体重;生理状态、健康情况;生物学特性;解剖生理特点、特殊反应。,影响动物效果的饲养环境和营养因素 物理因素(温度、湿度、光照、噪声、笼具垫料等)化学因素(饲养、饮水、空气、臭气、消毒剂等)生物因素(细菌、病毒、寄生虫等各种病原体)人为因素(设施、饲养、管理、调教和实验处理等 营养因素(蛋白质、脂肪、糖、矿物质、维生素)影响动物效果的实验技术环节因素 动物选择 实验季节
13、 昼夜过程 麻醉深度 手术技巧 实验药物,影响动物效果的对照因素 空白对照 实验对照 阳性对照 自身对照 组间对照 历史对照与正常值对照 实验重复和肯定:足够数量、重复实验、至少三种 动物(小鼠大鼠犬或猴),动物模型的重要性1.动物模型是比较医学和医学研究的重要手段 建立各种人类疾病的动物模型和模型系统是促进人类健康的生物医学研究之关键组成部分，它包括许多门类的个体动物、细胞和各种类型的培养物。这些模型可以提供实验研究有价值的替代物，特别是对那些在人体上无法完成的实验更为重要。比较医学和研究在发展、创造生物医学模型方面起着十分重要的作用。2.动物模型是生物医学研究的基础和先决条件 生物医学研究
14、的进展常常依赖于使用动物模型作为实验假说和临床假说二者的试验基础。更方便、更有效地认识人类疾病发生、发展规律和研究防治措施,动物模型在疾病研究中的重要作用 治疗 反/极 期 恢 应/复 期/期 潜伏期 致病刺激物（化学、物理、生物）一定量和质 预防,3.动物模型的优越性 以人类本身作为实验对象来推动医学的发展是困难的；临床所积累的经验不仅在时间和空间上存在着局限性，许多实验在道义上和方法学上受到种种限制。而动物模型可以克服这些不足，发挥其独特的作用。避免了在人身上进行实验所带来的风险 临床上平时不易见到的疾病可用动物随时复制出来 可以克服人类某些疾病潜伏期长，病程长和发病率低的缺点 可以严格控
15、制实验条件，增强实验材料的可比性 可以简化实验操作和样品收集 有利于更全面地认识疾病的本质,21世纪应大力发展和应用的焦点动物模型 功能基因组动物模型 衰老动物模型 行为和生物学动物模型 复合疾病动物模型 传染性动物模型 动物模型的计算机模拟系统,利用各种动物存在的特点建立各种模型1.肿瘤动物模型,2.各类疾病动物模型心血管疾病 DBA/2N自家免疫性疾病 NZB/N、NZBNZW脑积水 C57BL/KaLwN、BIO、D2/nSnN肾盂积水 C57L/N、STR/N白内障 STAR/N牙周病 DBA/2N(有抗力)、STR/N(易感)多尿症 STR/N、STR/1N砸辞卵巢囊肿 C57L/N
16、肾脏病 A/HeN白血病 我国自己培育的有:L615、L7212、LS783、RS615、AL771、L6565 和津638、AKR,腭 裂 A/HeN(自发)、C57BL/6N(诱发)放射线 有抗力:C57BR/cdJN 敏感：BALB/cAnN、LACA 淀粉样变 A/HeN、C57L/N、NH/LwN、NZW/N补 体 BALB/cANnN(活性高)、DBA/2N(活性低)、AKR/N(C5缺乏)IgM缺乏 CBA/N胰岛素 C57BR.CdJ(唯对胰岛素敏感),心脏钙质沉着 DBA/1JN、DBA/2N疟 疾 疟原虫感染有抗力:C58/LwN、DBA/1JN;易感:C57L/N类固醇代
17、谢高 C57BL/10ScN维生素K缺乏 CBA/CaHN毒浆原虫病 敏感:BALB/CAnN镇静剂实验 SJL、NZW脊髓灰质炎病毒 敏感:C3H/HeN,3.免疫动物模型 免疫缺陷动物模型 Nude mouse裸小鼠模型：常用品系：BALB/c-nu/nu,C57BL/6J-nu/nu,C3H/He-nu/nu,AKR-nu/nu。免疫特性：全身无毛鼠，胸腺缺损。先天性无胸腺，缺乏免疫排斥反应，T细胞缺损，B细胞正常，NK细胞略有升高。SCID小鼠模型：严重联合免疫不全症。常用品系；CB-17-scid/scid H-2d。免疫特性：严重联合免疫缺陷症，T细胞及B细胞数极少，其结果是抗体产
18、生应答和细胞性免疫应答的缺陷。SCID小鼠作为严重联合免疫缺陷症的模型动物极为有用。beige小鼠模型：NK免疫细胞缺陷征。常用品系：C57BL/6J-beige/beige、C57BL/6J-Lystbg-J/+。免疫特性：beige小鼠的 NK 细胞活性缺乏，对各种感染症的敏感性均高，容易发生肺炎。此外还有下列动物与beige小鼠相同也具有相同的特性，如猫、狗、水貂(mink)、牛、海豚等均有报道。,motheaten小鼠(虫蛙小鼠)模型：严重联合免疫缺陷征。常用品系：-me/me。免疫特性：T、B 细胞严重联合免疫缺陷，比scid 小鼠更严重。PBI/3-Xid beige小鼠模型：是T
19、、B、NK 细胞三种联合免疫缺陷动物，是一种新型动物模型。CBA/N小鼠模型：Wiscott-Aldrich综合征。常用品系：CBA/N H-2h。免疫特性：是B 细胞免疫缺陷动物，IgM、IgG3含量少，作人类 湿疹、血小板减少感染综合症模型。自身免疫性疾病动物模型 NZB小鼠模型：系统性红斑狼疮（SLE）。常用品系：NZB、（NZBXNZW）F1。免疫特性：以Coombs抗体产生并伴有自身免疫溶血性贫血为主要病变的自身免疫性疾病的最佳的自发病模型。NZW、(NZBNZW)F1小鼠模型：系统性红斑狼疮疾病的最佳动物模型。,NOD小鼠：疾病模型：少年性糖尿病。常用品系：NOD。免疫特性：198
20、0年，牧野确立的，67月龄，80%以上发生T细胞浸润，选择B细胞破坏，T细胞，B细胞，巨噬细胞的机能异常亢进。(C57BL/6J SB/Le)F1、MRL/L、MRL/N小鼠模型：狼疮肾炎和类风湿病变。C3H/HeJ-gld/gld小鼠模型：自身免疫性病变。BUF、DA大鼠模型：患有自身免疫性甲状腺炎。补体缺损症或补体异常动物模型 小鼠C5损症：基因为纯合子的小鼠缺少C5。它对种种感染症的感受性高，嗜中性白细胞的趋化性弱，对肿瘤细胞或移植物的排反应弱，易于发生自身免疫病等。C5缺损小鼠的品系有A/meJ、AKR、DBA/2J、B10、D2(old)、A.BY2、A.CA6、A.SW6等。日本国
21、纯系化的小鼠，例如，DDD、KK、SII、RR、SS、NC等均属C5缺损小鼠。spaniel 小型狗有 C3缺损症。,小鼠C4缺损症：小鼠的C4的结构基因，存在于第17染色体上的MHC的 S 领域。带有 H-2k、H-2wt、H-2w16、H-219的单型“haplotype”的小鼠血清中C4的量，比对照小鼠要低1035。大鼠C4缺损症：有报导，仅Wistar品系的雄性大鼠出现高百分率C4活性低的个体。C4缺损的大鼠，C4的数量在正常血清的20以下。豚鼠C4缺损症：C4完全缺损。C3缺损症：常染色体性隐性基因引发了豚鼠的C3缺损症。,C2缺损症：连锁于 MHC的C2(C2-deficient)
22、基因属纯合子的个体，完全缺损C2，而还有此基因杂合子的个体，C2量则比正常血清低5060。地鼠humsterC6缺损症：Croblen-Syrian系的田鼠有C6缺损症。这个品系的田鼠患有增殖性肠炎。兔C6缺损症：有2个品系的C6缺损症是由常染色体性隐性基因所致。C8-r缺损症：常染色体性隐性基因引起C8-r缺损。新西兰白兔有此病变。狗C3缺损症：Brittany,4.心血管病动物模型自发性高血压大鼠(SHR):SHR种类:WKY日本;GHR新西兰;MHS米兰;HSR。易脑出血和脑栓塞的自发性高血压大鼠(SHR，SHRSP)：该鼠出生后90%出现脑出血和脑栓塞。抗脑出血和脑栓塞的自发性高血压大
23、鼠(SHR，SHRSR)。易动脑脂肪沉积症大鼠(ALR)。自发性血栓形成大鼠(STR)。心肌缺血性大鼠(MIR)。,5.其他动物模型 利用小鼠的组织相容性位点（H-2）不同，建立异体骨移植研究的动物模型 DBA/2(H-2d)与C57BL/6(H-2b)异体新鲜骨移植后产生明显的免疫排斥反应，而同基因新鲜骨移植后则不产生（或不明显）免疫排斥反应。H-2a:A、A/Ne、AL/N H-2b:C57BL/6、129、C57L H-2d:BALB/C、DBA/2 H-2k:AKR、C3H、CBA、C57BR、618、BG H-2g:DBA/1、YG1 H-2by:TA1、TA2、SW1 H-2s:S
24、JL、TN,利用小鼠的毛色基因和H-2基因建立异体黑色素细胞移植动物模型 C57/6J H-2b DBA/2 H 2d BALB/c H 2d（aaBBCC黑色）（aabbccdd淡咖啡色）（AAbbcc白色）ABC 野灰色 免疫学指标检查 aaBC 黑 色 P815杀伤程度实验 AbbC 桂皮色 抗体-补体介导的细胞杀伤实验 aabbC 棕 色 细胞介导杀伤实验 d(淡)、D(深)、p(粉红)、s(花斑)。,6.动物模型来源 现有3000多个品系,2000多种人类疾病动物模型 自发性（遗传性）动物模型 从大量的近交品系中的肿瘤、免疫、心血管等品系特征中找到 现有1298种自发性（遗传性）动物
25、模型 现有近交品系数：小鼠250、大鼠111、豚鼠14、兔20、地 鼠43、鸡40、鱼9、两栖类4,共500多个 从大量突变品系中找到，一个突变品系就是一个动物模型 现有小鼠突变品系100多个，大鼠突变品系20多个 小鼠常用突变品系：肌萎缩症（dy），肥胖症（ob），侏儒 症(dw)，糖尿症（db），骨骼硬化症(op)，白内障（cat），贫血症（ww）大鼠常用突变品系：新西兰品系高血压（GHR），米兰品系高 血压（MHS），糖尿病（di），肥胖症（fa），白内障（rc）,诱发性（实验性）动物模型 现有人类各系统疾病的诱发性动物模型2707个 现有中医证候150多个 现代新型动物模型 主要以小鼠
26、为例 转基因动物模型480多个 基因敲除动物模型800多个 克隆动物 胚胎工程动物 基因工程动物模型1200多个 无菌动物、悉生动物,基因工程动物:通过转基因,基因敲除,基因替换,基因克隆等生物工程技术人为改变了遗传性状的动物。意义:在研究人类基因功能，人类疾病的发病机理及防治，新药的开发研究等方面均是极为重要的动物模型，发挥了独特的作用。特点:1.实现了生物体基因水平,细胞水平和整体水平的统一,更能体现生命整体研究效果;2.突破物种壁垒,实现动物与细菌及病毒,动物与动物,动物与人的基因交换,提供了无限杂交机会,培育出各种基因工程动物;3.各种人类疾病的基因工程动物能更客观,更准确地反映人类疾
27、病的本质。,转基因动物:染色体基因组内整合有外深源基回因.并能遗传给后代的一类动物 显微注射法:最常用的转基因动物建立方法方法：1.基因准备,2.促排卵,3.结扎雄鼠假孕鼠准备,4.取受精卵,5.显微注射,6.胚胎移植,7.基因型分析优点:1.遗传背景清楚,遗传物质改变简单,导入时无需载体;2.建立过程操作简便,周期短;3.建立的模型更自然和更接近病人症状;4.不需要特殊的饲养条件即可保持动物疾病症状;缺点:1.有时缺乏典型的疾病症状;2.外源基因插入引起插入突变;3.整合的拷贝数不等,表达水平不均一.,基因敲除动物:通过嵌合体制备法,核移植法或四倍体胚胎载体法培育的动物 基因敲除法:方法：1.基因打靶载体构建,2.打靶载体导入ES细胞,3.同源重组子的筛选,4.产生基因敲除动物优点:1.最理想的修饰,改造生物遗传物质的手段;2.克服了转基因方法的不足;3.产生时空特异性基因,建立各种人类动物疾病模型;缺点:1.打靶效率低;2.生物体中基因的表达受内外环境等因素调控,影响动物基因敲除的稳定性.,
