中国科学院和云南省动物模型与人类疾病机理重点实验室介绍

一、发展历程 中国科学院和云南省动物模型与人类疾病机理重点实验室（以下简称重点实验室）的前身是所级重点实验室，成立于2005年12月20日，是研究所三大中长期发展领域之一，被中国科学院列入三期创新工程重点建设候选项目，以填补我国在该领域技术平台的空白。

实验动物树鼩和人类疾病的树鼩模型研究概述

动物模型在生物医学领域(如回答人体各种重大生物学问题、解析人类疾病机理和新药研发等方面)已经做出了不可替代的巨大贡献。转化医学存在的问题使得树鼩(Tupaia belangeri chinensis)实验动物重新得到重视;人类疾病的树鼩模型也再次受到越来越多的关注。该文综述了国内外特别是近年来我国树鼩研究进展,包括树鼩基础生物学及动物模型方面取得的成绩,并分析了该领域目前存在的困难和问题,探讨了未来的一些研究方向。

动物毒素与人类疾病——从单一成分到组学研究,从理化性质到疾病机理,从粗毒利用到理性药物设计

为了适应环境,很多动物在长期的进化过程中演化出了丰富的毒素及相关分泌物。这些物质中包含了高活性、作用专一的蛋白和多肽。由于它们作用的特异性和专一性,成为蛋白质多肽结构与功能研究的良好模型,也成为研究人类自身生理病理机制的工具和线索,同时也是开发临床诊断试剂和治疗药物的天然宝库。该文综述了中国科学院昆明动物研究所30多年来立足于我国丰富的有毒动物资源,对陆生有毒动物,包括蛇毒、两栖类皮肤分泌物及节肢动物唾液腺分泌物等的主要研究工作,总结了从单一成分到组学研究、从理化性质到人类疾病机理、从粗毒利用到理性药物设计等的发展历程,并对今后的研究提出一些建议。

人类疾病的动物模型

发展对人类疾病有效的预测、预防、诊断和治疗等途径,一直是人口健康领域关注的焦点。任何人类疾病似乎都可归咎于遗传背景和环境因素的共同作用,并影响到疾病的发生、病程、药物疗效和预后等。最有效的研究策略是直接针对患者的各方面临床研究,但这一策略常常会面临着同一临床症状却有不同病因(异质性)、个体差异显著(如治疗效果因人而异)以及难以回溯性地研究人类疾病的发生、发展(如发病以前的事件或经历)等问题,而且医学伦理学的要求使得大量医学研究和新药新疗法不能直接应用于人体,必须先有动物实验阐明其安全性和必要性。最佳的研究策略是创建人类疾病的动物模型,因为可严格地控制病因、遗传背景、环境因子等,也可跟踪性研究动物模型病症的发生、发展、治疗反应和结局等,但这一策略也常常面临着一系列问题和误解。对此,在《动物学研究》出版《灵长类动物与人类疾病模型》专刊之际,撰写此评述性论文,将系列问题和误解一一提出,并讨论其应对策略。

平顶猴在HIV/AIDS动物模型中的应用及研究进展

非人灵长类动物模型在HIV-1致病机制研究以及抗AIDS药物和疫苗研发中具有重要作用。由于缺乏HIV-1直接感染的动物,SIV/SHIV猕猴模型是目前AIDS研究中应用最为广泛的动物模型。虽然SIV/SHIV猕猴模型与人AIDS具有一定的相似性,但SIV/SHIV与HIV-1间的遗传差异较大,致使SIV/SHIV猕猴模型存在很多局限性。创建合适的非人灵长类动物模型仍然是HIV/AIDS研究中的热点和难点。平顶猴是目前唯一可以被HIV-1感染的旧大陆猴,在HIV-1静脉传播和性传播模型研究中具有许多优势。该文综述了SIV、HIV、SHIV和HSIV通过静脉和黏膜途径感染平顶猴的特征,并简要介绍了病毒在平顶猴细胞中复制的分子机制以及建立平顶猴AIDS模型的限制因素和前景。

非人灵长类糖尿病动物模型研究进展

糖尿病是继心血管疾病和肿瘤之后的另一种严重危害人类健康的重要慢性疾病,据世界卫生组织(WHO)报道,2009年全世界约有2.2亿糖尿病患者。对糖尿病发病机理的研究、预防和诊断、治疗药物的筛选和评价都需要合适的动物模型。在已报道的糖尿病动物模型中,非人灵长类动物糖尿病病程、病症与人类的糖尿病最为相似。该文从糖尿病动物模型的来源归纳了目前报道的主要的非人灵长类糖尿病模型,重点介绍了猕猴、食蟹猴和树鼩糖尿病模型及其特征,并对该领域的发展提出了一些思考。

三叶因子:从实验室研究到临床医学

三叶因子(trefoil factor,TFF)家族是具有一个或多个三叶因子结构域的蛋白质多肽,在进化上具有高度的保守性,具有耐热、耐酶消化的理化特性。哺乳动物的TFF有三个成员(TFF1、TFF2和TFF3)。黏膜组织,如胃肠道和呼吸道黏膜等是TFF的主要合成场所。生理条件下,TFF的分布具有组织专一性,具有黏膜保护和创伤修复作用。TFF在肿瘤组织中广泛表达,在肿瘤的发生、发展、侵袭、转移过程中发挥着重要作用,可能是癌基因在对不同刺激做出反应时的共有递质。TFF生物学功能存在一个复杂的调控过程,单链TFF可通过膜受体而激活相关信号通路,TFF也可以通过与其它蛋白质的结合而协同发挥作用。TFF在临床医学领域主要运用在黏膜保护、黏膜损伤相关疾病的预防和治疗及肿瘤病理的诊断与干预等方面。TFF的作用机制和功能行使相关信号通路仍然是目前研究的重点,TFF与βγ-晶状体蛋白天然复合物的发现有助于对TFF的进一步认识和深入研究。

昆明城郊中国树鼩群体线粒体DNA遗传多样性(英文)

由于树鼩是灵长类动物的近亲,且具有体型小、繁殖周期短、饲养管理成本低等优点,长期以来被认为有望替代灵长类动物用于人类疾病的动物模型研究。然而,目前对树鼩的群体遗传结构还知之甚少,这极大地限制了其在疾病动物模型研究的应用,也是其品系资源创制的瓶颈。本研究通过分析80只采自于云南省昆明周边地区的野生树鼩(Tupaia belangeri chinensis)线粒体DNA(mtDNA)多态性,结合国外报道的2个树鼩(Tupaia belangeri)序列比较后发现,在604bp的mtDNA控制区片段中共检测到29个核苷酸替代变异,这些变异共界定了13种单倍型,表现较高的群体遗传多样度。另外,昆明地区的树鼩与国外报道的2个树鼩间存在较大的遗传分化,mtDNA控制区单倍型之间的核苷酸替换数大于18个,远高于昆明地区树鼩群体内部不同单倍型之间的差异。选择含有代表性的mtDNA控制区单倍型的17个昆明地区树鼩个体进一步测定了细胞色素b基因片段(1134bp),结合前人报道的数据分析,结果进一步支持mtDNA控制区数据反映的遗传格局及揭示的昆明地区树鼩与国外报道树鼩之间的明显差异。本研究结果提示,昆明地区树鼩与国外树鼩之间存在较大遗传差异,在将树鼩用于人类疾病动物模型研究中要注意这些遗传差别。昆明城郊的树鼩群体具有较高的遗传多样度,在开展近交系建立等工作时须考虑选取群体内部具有代表性的mtDNA世系。

云南省药物研究的优势、现状和问题

云南省拥有丰富的药用生物资源、底蕴深厚的民族民间药和丰富的灵长类实验动物资源优势,这些资源优势为研发具有自主知识产权的创新药物奠定了坚实的基础。云南省已初步形成了以中药、天然药、民族药为主,包括化学药、疫苗、保健药、中药饮片、中药种植等,集研发、生产、服务为一体的具有鲜明特色的医药产业体系。但云南省医药产业的发展现状不容乐观,与国外和国内发达地区存在明显差距,面临诸多的挑战与机遇。

人工饲养中国猕猴中SRV、STLV和BV的流行病学调查

非人灵长类动物是十分重要的生物医学资源。由于与人类在生理生化、免疫、遗传等方面近似,猕猴是重要的非人灵长类实验动物之一。然而,猕猴作为自然宿主,易感染D型逆转录病毒(simian type D retrovirus,SRV)和T淋巴细胞白血病病毒(simian T lymphotropic virus,STLV)这两种逆转录病毒,并可能会影响AIDS猕猴动物模型等的研究结果。猴B病毒(ceropithecine herpesvirus1,BV)对猕猴及动物从业人员均有危害。云南省拥有较大规模的中国猕猴繁殖种群。基于以上原因,建立SPF级别的中国猕猴种群十分必要。该文应用PCR技术筛查了人工饲养种群中411只中国猕猴的SRV、STLV和BV感染流行情况。结果表明:SRV、STLV和BV的阳性感染率分别为19.71%(81/411)、13.38%(55/411)和23.11%(95/411)。同时比较分析了不同性别及年龄组中国猕猴的病毒感染情况。该研究将有助于建立SPF级别的中国猕猴繁殖种群。

非人灵长类肿瘤模型研究进展(英文)

癌症是人类第二大致死的疾病。将体外细胞模型获得的癌症研究结果向临床转化过程中,动物活体实验是必不可少的一个环节。现在的肿瘤活体实验绝大部分采用啮齿类实验动物如小鼠和大鼠,这是因为它们具有个体小、繁殖迅速、遗传背景清楚、转基因技术成熟等优势。但是啮齿类和人的亲缘关系比较远,许多从啮齿类动物模型获得的研究结果不能在人体重现。非人灵长类动物在遗传进化、免疫、生理和代谢等诸多方面与人类高度近似,理论上更加适合癌症研究。本文对现有的非人灵长类肿瘤研究做一综述,主要集中介绍用化学和生物致癌剂在不同的非人灵长类动物诱导肿瘤的研究,为将来用非人灵长类动物研究人类癌症奠定基础。

灵长类动物中TRIMCyp融合基因模式及对逆转录病毒复制的限制作用

TRIM5-CypA融合基因(TRIMCyp)是一种独特的TRIM5基因形式。迄今已发现新大陆猴中包括鹰猴在内的夜猴属所有代表种,以及在北平顶猴、巽他平顶猴、食蟹猴、印度恒河猴和熊猴等旧大陆猴中均存在这种基因融合现象,但在新大陆猴与旧大陆猴中的TRIMCyp融合基因的基因融合模式和表达剪接方式不同。新大陆猴TRIMCyp融合基因是由CypA假基因的cDNA序列通过LINE-1逆转座子介导的逆转座方式插入至TRIM5α基因的第7和第8外显子之间的内含子中形成,而旧大陆猴TRIMCyp融合基因则是由CypA假基因的cDNA序列以相似的逆转座方式插入至TRIM5基因的3'非翻译区(untranslatedregions,UTR)形成。TRIMCyp融合基因在不同灵长类动物中的存在比例、基因型、TRIMCyp融合蛋白的表达以及对逆转录病毒的限制活性均有所差异。鹰猴和平顶猴的TRIMCyp融合基因研究较多,鹰猴TRIMCyp融合蛋白可能以与TRIM5α相似机制限制HIV-1的感染,而平顶猴TRIMCyp融合蛋白则丧失了限制HIV-1的作用。这两个功能截然不同的融合基因为TRIM5α作用机制研究提供了难得的实验材料,也为建立HIV-1感染的新型灵长类动物艾滋病模型奠定了科学依据。该文综述了TRIMCyp融合基因在灵长类动物中的分布、存在形式及其限制逆转录病毒复制的作用机制等方面的研究情况。

树鼩模型:抑郁症的社会竞争失败与学习和记忆的被捕获条件反射(英文)

最近基因组研究表明树鼩属于灵长类或是与灵长类亲缘关系最密切的姐妹种。因此, 树鼩可能是应用于建立人类疾病动物模型的最佳动物之一。该文报道一种抑郁症的社会竞争失败病因学树鼩 (Tupaia belangeri chinensis)模型。一对雄性树鼩被饲养在一个双笼中, 用网格把双笼隔开, 网格上有一小门。适应1周后, 把小门打开, 这一对树鼩产生短暂的争斗, 每天一次,连续21天。其中争斗失败者被称为服从者。这个过程可导致每天1h的直接社交冲突和23h的间接相互影响 (比如通过气味、视觉等)。与正常对照相比, 失败者在第三周也就是社交冲突的最后一周显示了体重、自主活动、躲避行为、尿液皮质醇水平等的变化, 并且这种改变可持续至少2周以上。此外, 还报道全新的记忆模型, 一种被捕获条件反射树鼩模型。在一个封闭的小房间中放置捕获笼, 其中挂有一片苹果, 小房间中有一只自由活动的树鼩。训练的前4次树鼩进入捕获笼吃苹果并不触发捕获笼关闭, 但在第5次时触发捕获笼关闭, 并持续一小时才释放树鼩。第1—5 次树鼩进入捕获笼的延迟时间作为适应性指标, 其中第5次才是作为被捕获的一次学习训练。24h后, 测试树鼩进入捕获笼的延迟时间作为被捕获记忆能力指标。树鼩经过第5次被捕获训练, 能形成很好的被捕获记忆, 因为24h后的延迟时间极大地增加。在训练前腹腔注射已知能阻断记忆形成的 NMDA受体拮抗剂MK-801(0.2mg/kg, 腹腔注射), 对适应指标没有显著影响, 但是极大地缩短了24h后测试的延迟时间, 即阻断了被捕获记忆。这些结果表明了一种抑郁症的慢性社会竞争失败与学习和记忆的一次被捕获条件反射树鼩模型。这两种树鼩模型对抑郁症与学习和记忆的机理研究、抗抑郁症新药的临床前药效学评价具有潜在的重要意义。

社会竞争失败病因学的抑郁症树鼩模型

抑郁症是一种常见精神疾病,主要表现为持续两周以上的情绪低落。世界卫生组织预测在2030年抑郁症的疾病负担将高居所有疾病、伤残总负担的榜首。抑郁症面临三大难题:1)发病机理不完全清楚,因而缺乏有效的预测预防途径和生物学诊断;2)现有单胺类抗抑郁症药物起效慢,也可能导致患者自杀风险增加;3)缺乏副作用小的非单胺类快速起效抗抑郁症药物。针对这三大难题,长期以来,应用抑郁症啮齿类模型的众多研究并未取得实质性进展,至少部分因素归咎于啮齿类与人类大脑功能的极大种属差异。树鼩是灵长类近亲,具有更接近于人类的大脑功能。本文针对抑郁症发病机理假说、临床表象和抗抑郁症药物疗效等内容,综述了社会竞争失败病因学的抑郁症树鼩模型可能会具有更好的疾病同源性、表象一致性和药物预见性。这一被长期忽视的抑郁症树鼩模型尽管还需要进一步完善,但对其进一步深入研究可能为解决抑郁症的三大难题提供了一条新途径。

中药有效部位复方奇士乐体外抗HIV-1活性研究

目的评价有效部位复方奇士乐(QSL)的体外抗HIV-1药效学。方法通过合胞体抑制、HIV-1感染细胞保护、HIV-1 p24抗原测定等方法检测急性感染中QSL对HIV-1实验株、临床分离株、耐药株的抑制作用和对慢性感染细胞中病毒复制的影响;通过ELISA方法和荧光法分别检测了QSL体外抑制HIV-1逆转录酶和蛋白酶活性作用。结果有效部位复方制剂QSL能有效地抑制HIV-1ⅢB诱导淋巴细胞病变、保护HIV-1ⅢB感染MT-4细胞死亡、阻断HIV-1ⅢB慢性感染H9细胞与C8166细胞间融合的作用。QSL对HIV-1实验株HIV-1ⅢB、临床分离株HIV-1KM018、耐药株HIV-174V的病毒复制也有较好的抑制作用。QSL抑制HIV活性的作用机制可能为多靶点,主要是抑制HIV逆转录酶、蛋白酶和病毒进入细胞。结论 QSL是具有较好体外抗HIV-1活性的中药有效部位复方。

树鼩细菌感染模型的建立及抗菌药物的治疗效果评价(英文)

在抗微生物感染药物开发过程中, 动物模型是必不可少的。虽然目前已经用啮齿类动物建立了一些细菌感染动物模型, 但在小型灵长类动物中还很少见。这里首次报道两个树鼩细菌感染动物模型。第一种是在三度烫伤后的皮肤表面接种 5×106 CFU 的金黄色葡萄球菌构建的皮肤烫伤感染模型。这个数量的金黄色葡萄球菌可以造成 7 d 持续性感染, 并且在第 4天可以看到明显的炎症反应。第二种是用绿脓杆菌构建的涤纶补片感染模型, 接种 2×106 CFU 的绿脓杆菌同样可以引起持续 6 d 感染, 并在第三天在伤口处观察到大量的脓液。进一步用这两种模型评价头孢哌酮钠和左氧氟沙星的治疗效果。左氧氟沙星和头孢哌酮钠在皮肤烫伤感染模型中能分别将 100 mg 皮肤组织中的细菌降低到 4log10 和 5log10 CFU, 并且在涤纶补片植入感染模型中这两种抗生素都能显著地将感染的细菌降低了 4log10 CFU (P<0.05)。结果表明用金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌成功构建了两个细菌感染的树鼩模型。此外, 树鼩对金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌很敏感, 适合用于构建细菌感染动物模型和评价新的抗细菌感染药物的效果。

Cathelicidins家族抗菌肽研究进展

Cathelicidins是一类具有广谱抗微生物活性的多功能抗菌肽。迄今为止,在几乎所有种类的脊椎动物体内均有发现,在动物先天免疫系统中发挥极其重要的作用。Cathelicidins不仅对普通革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌以及病毒具有非常强的抗性,而且对许多临床分离耐药菌株同样具有作用。Cathelicidins具有特殊的杀菌机理,不易产生耐药性。此外,cathelicidins结构简单,溶血活性和细胞毒性小,因此极具开发潜力。该文主要对cathelicidins的结构与分类、生物活性与功能、作用特点与机制及其在医药领域中的应用前景和存在问题进行了综述。

HIV潜伏感染激活剂研究进展

艾滋病是由HIV病毒感染引起的一种死亡率较高的获得性免疫缺陷综合症,虽然高效抗逆转录病毒疗法(HAART)能够将血浆内病毒载量降至不可检测水平,但病毒并不能被彻底清除,主要原因是HIV感染后会通过在某些细胞内形成潜伏病毒存在于病毒库中,在停用HAART后潜伏病毒将大量复制。目前研究普遍认为HIV潜伏库是根除HIV感染的主要障碍,随之发展出的一种清除潜伏病毒的新策略为:使用HIV潜伏激活剂诱导潜伏病毒复制及其基因表达,然后通过HAART或自身免疫系统将激活的病毒及其宿主细胞杀灭。因此,寻找高效、安全、可行性高的激活剂成为清除潜伏病毒的关键。迄今为止,HIV潜伏感染激活剂有多种,分别作用于HIV转录的不同阶段并各有优缺点。该文将对潜伏感染的机制及其激活剂的最新研究进展做一介绍。

中缅树鼩自然感染六种病毒的血清流行病学

中缅树鼩作为一种新型实验动物,在医学生物学上,尤其是病毒学方面的应用受到越来越多的重视。实验动物自身病毒感染会影响动物健康和干扰实验结果,甚至危害实验人员生命安全。所以,实验动物病毒检测一直是动物质量控制的重要部分。中缅树鼩研究迄今缺乏清晰的病毒自然感染资料。为调查中缅树鼩的病毒感染状况,采集野生俘获和人工繁殖的中缅树鼩血清样本272份,全部血清样本通过ELISA方法对乙型肝炎病毒(HBV)表面抗原,丙型肝炎病毒(HCV)总抗体,以及戊型肝炎病毒(HEV)、腺病毒(ADV)、单纯疱疹病毒1型(HSV-1)和2型(HSV-2)的IgG抗体进行了检测。结果表明,ELISA初筛HBV表面抗原有3份阳性样本,但通过乙型肝炎两对半定量检测进一步确认为阴性;抗HCV抗体和抗HEV、ADV、HSV-1IgG抗体检测均为阴性;抗HSV-2IgG检测有1份阳性样本。提示仅抗原或抗体血清学指标检测树鼩肝炎结果并不能反应个体携带病毒的状态,应该再进行病毒学指标确认。同时建议中缅树鼩繁殖群应进行HSV-2的筛选,以便杜绝和控制该病毒的感染。

自发性树鼩乳腺肿瘤的特性(英文)

乳腺癌是严重危害女性健康的常见恶性肿瘤,建立合适的乳腺癌动物模型对于研究人类乳腺癌的生物学机制及发展新的防治方法至关重要。相对于常用的啮齿类动物,树鼩(Tupaia belangeri chinensis,tree shrew)因在进化层次上更接近于人类而可用于建立更适合的乳腺癌模型。该文详细了介绍一例树鼩自发性乳头状良性乳腺肿瘤。免疫组化结果显示该例肿瘤孕激素受体阳性且Ki-67阳性细胞比例显著增加;而活化的Caspase3阳性细胞比例较低;且肿瘤的形态和病理与人导管内乳头状肿瘤非常接近。提示利用树鼩建立乳腺肿瘤模型的可行性。