編者:資源增量是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科技發(fā)展的核心任務(wù),是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對生命科學(xué)研究提供支撐和服務(wù)的基礎(chǔ)和保障。自上世紀(jì)80年代以來,我國老一輩實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)家苦心孤詣,在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源研發(fā)工作中取得了多項(xiàng)開創(chuàng)新成果。 1988年《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例》發(fā)布實(shí)施,在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物工作規(guī)范化、法制化管理,保障實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量,推動(dòng)我國科技發(fā)展和民生保障等方面發(fā)揮了重要作用。特別是在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源標(biāo)準(zhǔn)化、新品種/品系開發(fā)和動(dòng)物模型創(chuàng)制方面,取得了令人矚目的成果。 為此,借“科技資訊”之窗,陸續(xù)推出我國實(shí)驗(yàn)動(dòng)物專家在此領(lǐng)域所作的工作及取得的應(yīng)用成果。
實(shí)驗(yàn)用沙鼠種群的建立與標(biāo)準(zhǔn)化
長爪沙鼠(Meriones unguilatus或Mongolian gerbil),又名蒙古沙鼠或沙土鼠。野生長爪沙鼠主要分布在我國東北遼寧、西北內(nèi)蒙寧夏等半干旱地區(qū)。實(shí)驗(yàn)用沙鼠種群都源自中國,1935年日本的C Kasuga博士在東北捕獲20對進(jìn)行馴化飼養(yǎng),帶回國后于1945年在日本實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源研究所馴養(yǎng),1954年由Victor Schwentker博士引入美國,之后傳到歐洲各國,目前世界各地均有分布。我們國家的種群則分別由大連醫(yī)科大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)、浙江省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心先后捕獲、馴化和繁殖飼養(yǎng),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物化和種群培育等研究工作。
一、長爪沙鼠的主要生物學(xué)特性
(一)外貌特征
長爪沙鼠外形略似松鼠,大小介于大鼠和小鼠之間,成年體重50-113g,尾粗長,長滿較硬被毛并在尾端集中形成毛簇。眼大而圓,耳明顯,耳殼前緣有灰白色長毛,內(nèi)側(cè)頂端有少而短的毛。背毛棕灰雜色,體側(cè)與頰部毛色較淡,腹部灰白色。后肢長而發(fā)達(dá),約長27(24-30)mm,可作垂直與水平快速運(yùn)動(dòng),易呈直立姿勢。趾端有彎錐型長而有力的爪,后肢與掌部被以細(xì)毛[1]。
(二)行為習(xí)性
長爪沙鼠不冬眠,四季活動(dòng),喜囤積一定食物。性情較溫順,行動(dòng)敏捷,有一定的攀躍能力。沙鼠是晝行性嚙齒類動(dòng)物,活動(dòng)高峰在黎明后和黃昏前后[2]。長爪沙鼠易陷于催眠狀態(tài),常常發(fā)生類似人的自發(fā)性癲癇。長爪沙鼠在一定條件下會(huì)斗毆,成年沙鼠混群通常導(dǎo)致激烈斗毆,伴有損傷甚至死亡。
(三)解剖特點(diǎn)
長爪沙鼠牙齒尖利,可咬嚼木頭。長爪沙鼠中腹部有一卵圓形棕褐色的無毛區(qū),稱為腹標(biāo)記腺或腹標(biāo)記墊,上面被有臘樣物質(zhì),該腺在物體上磨擦?xí)r會(huì)分泌一種油狀、具有怪味的分泌物,可作為其活動(dòng)區(qū)域的標(biāo)記。雄性沙鼠的腹標(biāo)記腺較雌性沙鼠明顯,且出現(xiàn)早,其標(biāo)記行為和腺體的完整性受雄激素控制,其發(fā)育程度可作為雄鼠完全性成熟時(shí)日齡的估算依據(jù)。長爪沙鼠的眼球之后眼角內(nèi)側(cè)有副淚腺,此腺分泌一種吸引素,從鼻孔排出或與唾液混合,在動(dòng)物清潔腹部時(shí)擴(kuò)散出來。雄性沙鼠副淚腺分泌的吸引素對于動(dòng)情期雌性沙鼠有促進(jìn)交配的作用。沙鼠的腎上腺較大,與體重相比,其腎上腺幾乎為大鼠腎上腺的3倍,其產(chǎn)生的皮質(zhì)酮多。長爪沙鼠腦底動(dòng)脈Willis環(huán)前后交通支存在不同程度的缺失,方便進(jìn)行單側(cè)結(jié)扎頸總動(dòng)脈制作腦缺血模型[3]。
(四)生理學(xué)特征
長爪沙鼠正常體溫38.1~38.4℃,呼吸頻率90次/分,飼料消耗5~8 g/天/100g體重,飲水消耗7~9ml/天/100g體重,血量7.76ml/100g體重。野生長爪沙鼠在春季到秋季繁殖,馴養(yǎng)的長爪沙鼠為長年發(fā)情動(dòng)物,春秋繁殖性能更好,每年12月和1月基本不繁殖。性成熟期為10~12周,性周期4~6天,交配多發(fā)生于傍晚和夜間,妊娠期為24~26天,哺乳期21天。成年雌鼠一年可繁殖3~4胎,多則達(dá)5~8胎,最高可繁殖14胎,一生的繁殖期為7~20個(gè)月。馴養(yǎng)動(dòng)物的壽命為2~4年[4]。馴養(yǎng)的長爪沙鼠飼喂嚙齒類動(dòng)物的顆粒料就可以生長良好,繁殖性能不好時(shí)可添加雞蛋和適量葵花籽、胡蘿卜等[5]。
(五)遺傳特征
長爪沙鼠有22對(44條)染色體,其中22條為正中著絲,10條亞中著絲,10條端著絲,1條較大的X染色體亞中著絲,還有1條較小的亞中著絲的Y染色體。迄今為止毛色突變共有11個(gè)群體,全部發(fā)生在寵物群和實(shí)驗(yàn)室群體中。其中野生型毛色的遺傳由顯性A位點(diǎn)控制,黑色毛色的遺傳由隱性等位基因a控制,白色毛色的遺傳由隱性等位基因c控制,白斑的遺傳由常染色體基因Sp控制,灰色毛色的遺傳由隱性基因g控制,粉眼淡化型的遺傳受隱性等位基因p控制,中度青紫蘭色的遺傳受常染色體隱性等位基因cchm控制[6]。長爪沙鼠1、2號染色體各有八條深染帶紋,可以著絲點(diǎn)位置加以區(qū)分,3號染色體有六條深染帶紋,位于著絲點(diǎn)附近和長臂與短臂中部遠(yuǎn)側(cè)端,4、5號染色體均有四條深染帶,5號染色體短臂深染帶紋位于著絲點(diǎn)一側(cè)可予以區(qū)分[7]。長爪沙鼠線粒體DNA(mtDNA)經(jīng)BzmHⅠ、BglⅡ、EcoRⅠ和PstⅠ四種內(nèi)切酶酶切后得到長爪沙鼠的線粒體DNA酶切圖譜,大多數(shù)沙鼠酶切圖譜相同,用四種酶酶切分別產(chǎn)生1、5、6和3個(gè)片段,少數(shù)的長爪沙鼠經(jīng)BglⅡ和EcoRⅠ酶切后分別產(chǎn)生4個(gè)片段,可見其mtDNA有多態(tài)性[8]。
二、實(shí)驗(yàn)用沙鼠的標(biāo)準(zhǔn)化研究
在2009、2011和2015國家科技部支撐計(jì)劃項(xiàng)目和課題的資助下,分別對建立長爪沙鼠不同級別動(dòng)物的遺傳、微生物、營養(yǎng)檢測方法和制定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了連續(xù)多年研究,實(shí)驗(yàn)用長爪沙鼠標(biāo)準(zhǔn)化工作取得重要進(jìn)展。目前已發(fā)布實(shí)驗(yàn)動(dòng)物長爪沙鼠浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)7項(xiàng);北京市地方標(biāo)準(zhǔn)完成了6項(xiàng)報(bào)批稿,預(yù)計(jì)將在2018年9月份發(fā)布;已公布團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)(表1)。
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三、實(shí)驗(yàn)用長爪沙鼠的應(yīng)用研究
長爪沙鼠具有獨(dú)特的生物學(xué)特征,已被廣泛應(yīng)用于微生物和寄生蟲感染性疾病、腫瘤、糖尿病、腦缺血等多種疾病的研究中。長爪沙鼠對多種微生物(布氏桿菌、漢坦病毒等)和寄生蟲如絲蟲、蛔蟲等敏感[3],長爪沙鼠被認(rèn)為是最合適研究李氏桿菌病的小動(dòng)物模型,因?yàn)槔钏固厥暇陂L爪沙鼠體內(nèi)的入侵途徑與人體內(nèi)的入侵途徑相同[9]。長爪沙鼠是目前發(fā)現(xiàn)的唯一能單獨(dú)長期感染幽門螺桿菌(Helicoptor peri, HP)會(huì)引起胃炎和胃癌的嚙齒類動(dòng)物,其感染HP后的免疫病理變化包括胃酸過少、腸道菌群變化等,特征與人的非常相似[10]。博爾納病毒是一種嗜神經(jīng)包膜病毒,單股,負(fù)鏈RNA病毒。這種病毒引起腦炎,研究表明,新生長爪沙鼠比新生大鼠通過顱內(nèi)接種方式更容易感染博爾納病毒[11]。長爪沙鼠人工口服可持續(xù)感染類圓線蟲[12]。另外,長爪沙鼠是研究衰老、刺激等因素對哺乳動(dòng)物腦部中樞聽覺系統(tǒng)影響的理想模型。通過對不同刺激或特定時(shí)期的沙鼠耳部結(jié)構(gòu)、神經(jīng)元數(shù)量、認(rèn)知功能的變化,來研究衰老和刺激等因素對腦干系統(tǒng)差異的影響。同時(shí),長爪沙鼠還是非常合適的人工耳蝸植入研究的動(dòng)物模型[13]。長爪沙鼠具有很多獨(dú)特的行為學(xué)特點(diǎn),例如一夫一妻制的長爪沙鼠表現(xiàn)出高水平的父愛行為,是研究激素對父愛行為調(diào)節(jié)的理想模型[14]。新生長爪沙鼠反復(fù)與其母親和同胞分離,對其行為學(xué)的影響,會(huì)產(chǎn)生近似于人類抑郁情感的一些特征[15]。長爪沙鼠是研究抗抑郁NK(Neurokinin) receptor 和SP(物質(zhì)P)通路相關(guān)藥物的理想模型[16]。與大鼠相比,長爪沙鼠表現(xiàn)出更多的焦慮樣行為,更多的主動(dòng)探索行為和對疼痛的敏感性,也具有更多的社交行為,這使得長爪沙鼠對這些測試更敏感[17]。長爪沙鼠群體中具有較高頻率的自發(fā)性癲癇,而且具有類似人類自發(fā)性癲癇發(fā)作的特點(diǎn),是公認(rèn)的遺傳性癲癇模型。月齡不同,發(fā)作頻率也不同,尤其是2月齡左右沙鼠,對特異性因子具有感受性,有的可因癲癇發(fā)作致死,這是沙鼠特有的生物學(xué)特性[18]。長爪沙鼠可成為動(dòng)物輕微(肌陣攣)和主要(主要是全身強(qiáng)直陣攣)這兩種癲癇發(fā)作的很好模型[19]。
四、實(shí)驗(yàn)用沙鼠種群的建立與意義
在國家科技部支撐計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金以及北京市自然基金課題的資助下,我國科研工作者們成功培育了多個(gè)長爪沙鼠疾病模型種群,包括浙江省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心成功建立了SPF級長爪沙鼠種群,非酒精性脂肪肝模型[20]。首都醫(yī)科大學(xué)培育了長爪沙鼠腦缺血高發(fā)封閉群[21],長爪沙鼠腦缺血模型近交系[22],長爪沙鼠糖尿病模型近交系[23]等多個(gè)新的品系。SPF級長爪沙鼠種群的建立為流行性出血熱疫苗等生物制品的生產(chǎn)提供高級別的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。長爪沙鼠由于其腦底動(dòng)脈Willis環(huán)先天存在多種缺少類型,因此非常方便進(jìn)行腦缺血研究,但普通群體制備單側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎缺血模型的成功率只有40%左右,長爪沙鼠腦缺血高發(fā)封閉群的培育成功使之提高到大約70%,全腦缺血模型成模率從80%提高到接近100%,在很大程度上減少了動(dòng)物使用量,體現(xiàn)了動(dòng)物福利原則[21]。在此封閉群的基礎(chǔ)上,通過定向選育和全同胞近親繁殖的方式,建立腦缺血模型近交系群體,其COW缺失率達(dá)76.62%,局部腦缺血模型成功率達(dá)到88.89%。在該近交系模型培育的過程中,發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)分支具有高血糖的特性,經(jīng)過20代全同胞近親繁殖,獲得一個(gè)自發(fā)性2型糖尿病模型近交系,該品系動(dòng)物具有空腹血糖升高、糖耐量受損、胰島素抵抗、多器官病變和多個(gè)糖尿病相關(guān)基因表達(dá)異常等糖尿病典型特征,其糖尿病特征模型比率達(dá)到60%左右。這些長爪沙鼠疾病模型群體的成功培育,改變了我國沒有長爪沙鼠模型品系的狀況,將為相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制、敏感藥物篩選等諸多研究提供新材料和新思路。
作者:杜小燕 陳振文
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