張連峰

（中國醫(yī)學科學院，北京協(xié)和醫(yī)學院，醫(yī)學實驗動物研究所，衛(wèi)生部人類疾病比較醫(yī)學重點實驗室，國家中醫(yī)藥管理局人類疾病動物模型三級實驗室，北京 100021）

實驗動物資源、實驗動物質保體系、實驗動物供應和實驗動物管理構成了實驗動物科學的基本元件，實驗動物資源是實驗動物科學發(fā)揮對生命科學和人口健康科學支撐作用的支點。在政府支持和實驗動物工作者的努力下，我國實驗動物科學迅猛發(fā)展。實驗動物資源屬于生命科學和醫(yī)學研究“大軍”的“糧草”，面對發(fā)達國家百年積累的巨大資源優(yōu)勢，我國仍然需要付出巨大的努力和跳躍性發(fā)展才能迎頭趕上。

1 實驗動物資源是實驗動物科學為生命科學和醫(yī)學提供支撐的支點

21世紀之所以稱為“生命科學的世紀”，這是因為在揭示生命的延續(xù)、衰老、疾病等機制過程中，人類可以利用這些研究成果改善自身的生存環(huán)境和健康；同時在經濟逐步發(fā)展的所謂“后工業(yè)社會”，人類自身的健康是社會關注的焦點，同時也是21世紀經濟發(fā)展的生長點。占領生命科學、醫(yī)學和藥學創(chuàng)新研究的制高點，同時也占領了人口健康相關產業(yè)的經濟制高點。

實驗動物和人類疾病動物模型是在生命科學、醫(yī)學、藥學、傳染病學、轉化醫(yī)學、農業(yè)科學、食品科學、等相關領域的研究和成果轉化等重要環(huán)節(jié)不可或缺的支撐條件。過去30年，利用實驗動物模型進行研究的、Pubmed收錄的論文2000萬篇，幾乎涵蓋了生命科學和醫(yī)學研究的所有領域。Nature，Science刊出的生命科學論文中，使用動物模型的論文占35～45％。Nature Medicine發(fā)表的論文中，使用實驗動物的研究占71％，實驗動物已經成為生命科學和醫(yī)學創(chuàng)新研究的重要工具。

隨著生命科學和醫(yī)學在分子水平和細胞研究的不斷深入，科學家們認識到在體外研究（in vitro）發(fā)現(xiàn)的科學規(guī)律，在一定情況下，甚至很多情況下在整體動物或人體中并不一定正確，所以現(xiàn)代的生命科學和醫(yī)學研究更強調體內實驗（in vivo）。實驗動物資源對生命科學和醫(yī)學的支撐作用俞顯重要。以美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）下屬的國家研究資源中心（NCRR）為例，NCRR擔負美國生命科學和醫(yī)學研究的多方面資源整合、研究與共享的任務，但是實驗動物資源建設是NCRR最主要的工作之一。

由于實驗動物資源對生命科學、醫(yī)學、藥學對人口健康的重要性，發(fā)達國家競相將實驗動物作為戰(zhàn)略資源，投入大量的經費，希望由此驅動生命科學和醫(yī)學的創(chuàng)新研究，并在生命科學和醫(yī)藥研究和生物技術的科技競爭中立于不敗之地，不僅占領科學創(chuàng)新的制高點，并轉化為經濟壟斷。如美國等，把實驗動物資源建設作為國家的固定投入項目，每年國家投入數(shù)十億美元，建立了國際上最有影響力的人類疾病動物模型資源中心和生產供應中心，保存了全球60％以上的實驗物資源。這些戰(zhàn)略的投入，是這些國家一直引領全球生命科學研究和生物醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展的原因之一。

2 實驗動物資源國內外對比與發(fā)展趨勢

美國、日本、歐洲經過了近百年的積累和多年的大規(guī)模投入，已經形成了巨大的實驗動物資源，我國自上世紀80年代開始重視實驗動物資源建設，投入逐年增大，近幾年有了很大的發(fā)展，但是和發(fā)達國家相比不管在物種的多樣性，常規(guī)品系還是基因工程品系方面，仍然存在巨大的差距。

2.1 常用實驗動物資源

國際已經具備的實驗動物物種有200多種，我國有30種左右。在經常使用的小鼠、大鼠、豚鼠、兔、犬等常用實驗動物方面缺口最大（表1），國際已經具備的小鼠品系，包括常用品系、自發(fā)突變品系和基因工程品系在2萬種以上，我國有2000種左右。另外，國外一些盈利性公司通過基因打靶和基因捕獲技術建立的基因修飾小鼠胚胎干細胞在4萬種以上，涵蓋了小鼠60％的基因。

我國在藥物研究、疾病機制研究需要的疾病動物模型方面就有5000種以上實驗動物品系的巨大差距（見表2）。對心腦血管病、腫瘤、肥胖癥、糖尿病、癡呆癥等的治療和藥物研發(fā)具有重要作用的疾病動物模型資源方面，我國和國際相比是1∶20；對重大疾病機制研究具有重要作用的疾病相關模型資源方面，我國和國際相比是1∶8。

鑒于小鼠在生命科學和醫(yī)藥研究方面的重要性，美歐已經啟動了將小鼠基因全部條件性敲除的計劃，這將是功能基因組時代重要的科學事件，我們需要以我國重大疾病機制、藥物創(chuàng)制、重大傳染病防治，農業(yè)基因工程等重大專項，生物前沿技術等創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展的需求為前提，積極參與到這一重要的科學事件中來。大鼠是最重要的實驗動物之一，由于大鼠在循環(huán)系統(tǒng)、神經系統(tǒng)，解剖結構等方面和小鼠相比與人類更接近，使大鼠成為心腦血管病，認知科學，分子影像學，器官移植，中醫(yī)藥學更好的實驗動物。隨著大鼠基因打靶技術的發(fā)展，大鼠成為未來生命科學和醫(yī)藥研究的主要模型。

2.2 非人靈長類

表1 常用實驗動物品種比較

非人靈長類是傳染病，如艾滋病、肝炎、腸出血熱等方面不可替代的模型動物。由于非人靈長類和人類最接近，目前帕金森病、糖尿病、神經精神病的研究等也在廣泛的使用非人靈長類模型。恒河猴在中國具有廣泛的分布，從上世紀八十年代，國家投資建立了國家非人靈長類資源中心，云南猴實驗基地等。地方政府也都有比較大的投資，建立了地方性的生產基地或實驗平臺。目前，分布在廣西、云南、廣東、海南和四川等地的實驗猴生產廠家總數(shù)超過40家，較具規(guī)模的20多個。恒河猴和食蟹猴的產量4～8萬只/年左右，一半用于供應國內，一半出口。我國盡管是實驗恒河猴生產的第一大國。一方面生產廠家側重以盈利為目的出口，國內的供應受到限制，國家經費支持的靈長類資源中心或生產基地應該首先保證國內公益研究的供應。另一方面，我國非人靈長類物種有限，缺乏絨猴、綠猴、狒狒、松鼠猴、棉猴等靈長類資源（見表3），目前國內一些單位正在開展猴、綠猴、狒狒、棉猴等資源的建設工作，在未來3～5年內將會有這類靈長類動物供應。

表2 常用重大疾病大小鼠模型和機制研究模型資源的國內外比較

表3 非人靈長類資源對比

非人靈長類動物的轉基因研究正在興起，2008年，美國一個實驗室將一個亨廷頓舞蹈癥致病基因（突變的huntington基因）通過病毒載體技術轉到猴子中，希望利用亨廷頓舞蹈癥猴子模型進行治療方法的研究，可惜的是這只猴子沒有遺傳下去，因為病毒載體技術雖然操作相對簡單，但是遺傳給下一代的幾率不如顯微注射技術和核移植克隆技術高。當然由于非人靈長類和人類更接近，利用非人靈長類作模型得到結論對人類也更有價值，尤其是神經系統(tǒng)疾病，如癡呆癥和帕金森病等。

2.3 小型豬

小型豬在皮膚、消化道和心血管系統(tǒng)與人類十分近似，在人類疾病動物模型建立、藥物安全評價、異種移植等方面具有一定的優(yōu)勢，在國內外均廣受重視。我國在20世紀80年代即開始小型豬近交系和封閉群培育，科技部、農業(yè)部等部委及多個省市對小型豬保種、實驗動物化培育等進行了長期持續(xù)資助?！笆濉逼陂g，科技部組織實施了科技攻關重點項目“我國實驗用小型豬資源開發(fā)與研究應用”。在北京建成了“中國實驗用小型豬種質資源中心”，農業(yè)部建立了國家五指山豬保種場等多個小型豬種質資源保種場，此外，還有數(shù)十個科研機構和企業(yè)相繼建立小型豬繁殖或飼養(yǎng)基地。我國已擁有五指山小型豬、版納微型豬、廣西巴馬小型豬、貴州小型豬和藏豬等多個實驗動物小型豬品系，封閉群、近交系小型豬品系，使我國小鼠豬資源的成為既具有我國特色，又具有國際競爭力的實驗動物資源（見表4）?！笆濉币蚜㈨椀摹?73”和科技支撐項目支持了小型豬基因組學、轉錄組學、生殖組學和免疫組學、IPS細胞系建立、ENU誘變模型制備、小型豬心血管和神經系統(tǒng)重大疾病模型制作與評價體系等基礎研究。已經啟動的國家轉基因生物新品種培育重大專項資助轉基因豬農業(yè)應用。小型豬培育和基因修飾豬研究在我國比其他國家更活躍。

3 我國實驗動物研究的資助體系與問題

我國對實驗動物研究或相關研究的經費主要由以下幾個方面；

1.科技部主導的支撐計劃?？萍疾恐鲗У目萍紬l件建設項目是主要的實驗動物研究資金來源，并且資助規(guī)模越來越大。

2.973項目和863項目?！笆濉焙汀笆晃濉倍加幸詫嶒瀯游餅橹饕芯績热莸?73項目，部分973項目和863項目涉及一部分疾病動物模型研制，發(fā)育、干細胞、疾病機制等與基因功能相關的基因修飾動物研制。

3.自然科學基金。自然科學基金在生物學部和醫(yī)學部都設立了實驗動物方向，“十一五”期間有自然科學基金重點項目立項。

4.重大專項。傳染病重大專項和新藥創(chuàng)制重大專項都設立了動物模型平臺，主要內容是疾病動物模型的研制和模型分析技術資源的建設。

表4 小型豬資源對比

5.地方基金。各省市以地方研究基金、國家項目匹配資金，地方特色資源產業(yè)化基金等多種方式對實驗動物給予不同力度的資助。其中上海市、江蘇省、湖北省和北京市資助強度較大，也更有公益性。

綜上，根據我國生命科學和醫(yī)學研究基金的總體規(guī)模，實驗動物研究得到的資助比例是相對較高，體現(xiàn)了國家對實驗動物的重視。我們期待國家整體公益研究基金規(guī)模不斷擴大的同時，對實驗動物資助需要注意以下幾個問題。

1.我國實驗動物資源的貧乏已經成為生命科學和醫(yī)學創(chuàng)新研究的主要限制之一，實驗動物資源屬于生命科學和醫(yī)學研究“大軍”的“糧草”，面對發(fā)達國家百年積累的巨大資源優(yōu)勢，我國需要集中財力和人力先行發(fā)展，在2～3個5年計劃之內，迎頭趕上。

2.實驗動物資源積累是長期的任務，需要持續(xù)的支持，一些重要實驗動物資源，如基因工程小鼠，基因工程大鼠等需要多年的努力才能建立一定規(guī)模的資源，不是一兩個項目就能解決問題。

3.項目只有研究經費，沒有政策性資源維持經費，我國從“九五”就有不同來源的實驗動物資源的研究項目，但是一些資源沒有保留下來，項目完成，資源也沒有了。實驗動物資源是公益性、非盈利性質的事業(yè)，需要政策性支持才能維持。

4.根據國際發(fā)展趨勢結合我國現(xiàn)實需要確定優(yōu)先發(fā)展的重點，廣泛調研，盡量避免重復性或因神設廟的問題。

5.需要在給與經費支持的同時，強調資源的公益性和社會共享。

4 不同物種實驗動物資源的相互補充與在生命科學和醫(yī)學研究中的權重比

實驗動物不同物種各有優(yōu)缺點，根據不同研究目的，選擇不同模式動物，不同物種實驗動物資源是相互補充的，沒有相互替代的問題。比如，果蠅、斑馬魚是研究基因功能、基因與發(fā)育良好的模式動物。斑馬魚也可作為大通量藥物毒性篩選的動物。而大鼠、犬等作為SFDA認可的藥物安全評價首選動物。

組織解剖結構相似性、基因組的相似性以及進化上和人類親緣關系是選擇人類疾病模型動物的重要依據，幾種常見的實驗動物基因組大小和可能的閱讀框對比見表5。

表5 幾種常見實驗動物和人類基因組的對比

非人靈長類和人類關系最近的實驗動物，是制備感染性疾病病，神經和精神疾病的良好動物。

與食肉目和偶蹄目的動物相比，大小鼠不但在親緣關系上，在基因組大小和閱讀框的數(shù)目上都人類更接近。人類疾病的大小鼠模型超過2000種，涵蓋100種以上的人類疾病。

豬的皮膚、消化道和心血管系統(tǒng)組織結構與人類十分近，是皮膚、消化道和心血管系統(tǒng)疾病良好的動物模型。

當然，也有人用更簡單的模式生物作為人類疾病模型，進行藥物研究，比如利用果蠅研究癡呆癥，利用斑馬魚（單腔心臟）研究心臟病，優(yōu)點是大通量和便于觀察，但是他們不能反映人類疾病的復雜性。

表6對美國、日本、歐洲和中國主要使用的實驗動物物種進行了比較。從中可以看出大、小鼠的使用量在87％。據不完全統(tǒng)計，在醫(yī)學文摘和化學文中收錄的論文中，近年使用小鼠的研究論文最多，大鼠的研究論文近年幾乎增加了1倍，已近接近使用小鼠的研究論文數(shù)量（表6）。

5 特色研究、創(chuàng)新研究、填補國內空白研究的相互關系

在開發(fā)一種特色實驗動物物種之前，應該從使用的廣泛性、物種特色、表型特色、來源等幾個方面綜合評估其開發(fā)后的使用價值，不應過分強調中國特色或地方特色。我國一些特色實驗動物，比如長爪沙鼠、東方田鼠等的開發(fā)是相對成功的，有一些野生動物的實驗動物化、特色物種研究沒有明確的表型特色，或者利用現(xiàn)有的實驗動物可以完全替代，或者動物來源有限、沒有解決繁育問題。一些特色物種具有明顯的地方保護色彩，研究成果的公益性和實用性不夠。

實驗動物資源本身是研究對象，利用實驗動物進行生物醫(yī)學的創(chuàng)新研究，其本身研究的創(chuàng)新性是需要的，但是不應過分強調，“填補國內空白”是目前很多科學家不肖一顧的東西，但是實驗動物資源本身的特點決定了一些重要的模型盡管國外已有，我們也必須具備。一些創(chuàng)新性很強的研究，比如基因修飾猴的研究是需要做的，但是這些研究應該屬于基礎研究的范疇。

表7 醫(yī)學文摘和化學文摘收錄的不同實驗動物相關論文總量（篇）

6 對實驗動物資源認識的一些誤區(qū)

對實驗動物資源的認識有一些誤區(qū)。這些誤區(qū)可能會影響實驗動物資源研究的進一步發(fā)展。誤區(qū)一，一種疾病一種模型已經夠了。心腦血管病、腫瘤、代謝病、神經精神病等重大疾病，都是多病因、多基因參與的復雜疾病，一種疾病動物模型只能反應人類疾病的一個特定方面，一種疾病需要不同物種、不同方式的多層次疾病模型，根據不同目的擇優(yōu)選用，才能科學、高效的進行醫(yī)藥研究。誤區(qū)二，非人靈長類模型可以解決大部分問題。非人靈長類和人類親緣關系近，很多人認為利用非人靈長類可以復制大部分疾病模型，實際情況是我國常用的恒河猴和食蟹猴等并不適合很多疾病模型的制備。誤區(qū)三，大小鼠已經搞了很多年，你們?yōu)槭裁催€要搞？并且要的模型經常沒有。從上個世紀80年代，我國開始實驗動物科學研究以來，大小鼠資源建設一直沒有停止過，但是大小鼠品系最豐富，是使用最廣泛的實驗動物和基因敲除及轉基因的主要動物，發(fā)達國家經過百年的積累，達到了20000種以上的規(guī)模，并且還在快速發(fā)展之中，經過30年的努力，我國大小品系已經達到了2000種左右，但僅僅是發(fā)達國家的10％，遠遠不能滿足研究者的所有需求，還需要加強大小鼠資源建設的力度。

7 基因工程動物資源研究

人類基因組計劃完成后，僅僅是在揭開生命的秘碼方面邁出了一小步，真正要了解生命的密秘，需要清楚了解全部基因的功能、調節(jié)、相互作用等，在了解生命本質的同時，進一步指導人類健康的相關研究。即所謂的功能基因組或后基因組時代。以基因修飾技術建立的基因突變動物是功能基因組研究的主要工具。所以小鼠、大鼠、斑馬魚、線蟲等模式動物為主體的基因工程動物研究是發(fā)達國家發(fā)展的熱點。小鼠和基因工程小鼠資源是目前基因功能研究、疾病機制研究、藥物創(chuàng)制等領域最重要的動物模型，也是這些領域創(chuàng)新研究的必須條件，歐美積累的基因敲除和轉基因小鼠已經超過20000種，并且美歐已經啟動了將小鼠基因全部條件性敲除的計劃。我國近幾年已經積累了近2000基因工程小鼠品系，但是經過調研，我國需要6000～12000種的規(guī)模，才能基本滿足生命科學和醫(yī)學創(chuàng)新研究的需要，以現(xiàn)在每年100～200種的速度，可能需要30年以上。所以在基因工程資源建設方面我們必須建立更高效的體系，才能盡快的為我國生命科學和醫(yī)藥研究提供國際一流的支撐條件。

1.建立高效快速和規(guī)?；男乱淮蚬こ碳夹g。轉基因技術、鋅指核酶（ZFNs）技術、ES細胞打靶技術和轉座子技術是目前常用的基因工程技術。基因敲除和基因捕獲的幾種技術各有優(yōu)缺點。我們需要在不同技術的優(yōu)點之上，開發(fā)高效快速和規(guī)?；男乱淮蚬こ碳夹g，尤其是條件敲除技術。形成快速和大規(guī)模條件敲除的技術基礎。

2.建立3～5個以規(guī)?；苽浼夹g平臺和分散研究的核心體系。以美國為代表的基因工程動物研究主要采取分散制備、分散研究、集中保種、公益共享模式結合盈利性公司的規(guī)?；兄坪凸?。由于美國主要的生物醫(yī)學研究機構普遍具備基因工程平臺，所以這種模式行之有效。我國目前實驗動物基因工程平臺比較少，這種模式對整體的資源積累過于緩慢。需要在生物醫(yī)藥研究集中的地區(qū)建立3～5個較大規(guī)模的基因工程平臺，規(guī)?；难邪l(fā)模型，分散到相關生物醫(yī)藥單位分進行研究，集中保種、公益共享?？梢约涌熨Y源研制的步伐。

3.適量開展大型實驗動物基因工程技術和模型研究

在近年啟動的農業(yè)基因工程專項的推動下，我國在經濟動物基因工程技術方面發(fā)展很快，如轉基因豬、轉基因牛等技術相對成熟，也建立了幾個基因工程平臺，這些技術平臺有意愿也正在擴展到實驗動物領域。可以適量的開展一些大型實驗動物如豬的人源化和心臟病工程模型研究。神經精神轉基因猴研究。這些研究創(chuàng)新性強、不僅可以在國際上展現(xiàn)中國實驗動物界的聲音，也為器官移植、傳染病、老年病等醫(yī)藥研究提供動物模型。

8 大鼠基因工程資源是我國建立世界領先資源的突破點

大鼠是優(yōu)良的實驗動物物種，正像《SCIENCE》在2010年的十大科學進展中總結那樣，大鼠是科學家喜歡的實驗動物，隨著大鼠基因打靶技術的發(fā)展，大鼠將回歸實驗室，并成為未來生命科學和醫(yī)藥研究的主要模型。大鼠基因工程資源的研制成為各國競相占領的科技制高點之一，由于各國都在起步階段，我國和發(fā)達國家差距不大，是我們可以同發(fā)達國家競爭的主要領域之一，也是我國建立世界領先資源的突破點并將極大地帶動我國心腦血管病，認知科學，分子影像學，器官移植，中醫(yī)藥學等領域的創(chuàng)新研究。

大鼠之所以為醫(yī)藥研究所偏愛，主要有以下幾個原因：（1）大鼠的基因組略小于小鼠，但是編碼的基因數(shù)和人類基本相當，但是大鼠和人類的同源基因數(shù)和人類更高。（2）大鼠在藥物代謝和毒性毒理行為方面和人類更接近。（3）PET、CT、MRI、活體熒光、超聲等活體分子影像分析技術學是研究腫瘤、神經系統(tǒng)疾病、心腦血管病、老年病的重要工具和藥物治療的優(yōu)勢評價技術，對疾病機制和藥物創(chuàng)制具有重要的作用，大鼠是比小鼠更優(yōu)良的分子影像學表現(xiàn)，并且有更全面的影像系統(tǒng)信息，如核磁腦圖，PET腦圖等；（4）大鼠的神經系統(tǒng)和人類更接近，成為癡呆癥、帕金森病、上癮性藥物、腦科學與認知科學的研究的重要模型。（5）心腦血管病是人口健康的第二大威脅因素，大鼠的循環(huán)系統(tǒng)和人類更接近，大鼠的腦卒中模型，高血壓模型，心臟病模型是心腦血管病研究和藥物評價的最主要的模型。（6）由于大鼠體型較大，解剖結構和人類更接接近，中醫(yī)藥“癥”動物模型多以大鼠為實驗對象，大鼠比小鼠更適合中醫(yī)藥研究。

結束語：我國動物模型資源缺乏和多樣性不足已成為我國生命科學和醫(yī)藥創(chuàng)新研究和生物前沿技術在農業(yè)、工業(yè)、人口與健康、公共安全等領域的應用的瓶頸之一。而《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》中，為了實現(xiàn)我國進入“創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎”的宏愿，明確提出加強科技支撐條件的建設，實驗動物資源作為“綱要”中諸多重點領域的支撐條件，需要更快更好的發(fā)展。

致謝：本文感謝醫(yī)學實驗動物研究所信息中心、日本熊本大學遺傳研究所提供了部分統(tǒng)計數(shù)據。