張樂穎,徐威,左琴*

(1. 中國食品藥品檢定研究院,北京 102629;2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué),北京 100193)

大鼠屬于哺乳綱、嚙齒目、鼠科、家鼠屬,由褐家鼠變種而來。 相對(duì)小鼠而言,大鼠不僅體型較大,在外科手術(shù)、組織或血液樣品采集上較有優(yōu)勢(shì)[1],而且在生理代謝水平和行為認(rèn)知能力等方面更接近人類,遺傳學(xué)較為一致,常用于生理代謝相關(guān)哺乳基因的研究,在揭示人類疾病病因及治療方面發(fā)揮了巨大作用,是研究人類疾病的良好模型。國外實(shí)驗(yàn)大鼠資源經(jīng)過百余年的開發(fā)和利用,已形成了規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化研發(fā)供應(yīng)體系,有利的支撐了生命科學(xué)發(fā)展。

1 大鼠的早期應(yīng)用

大鼠通常被認(rèn)為是第一種被人類專門馴化用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物[2]。 19 世紀(jì)早期就有大鼠應(yīng)用于科學(xué)研究的記錄:如1856 年法國利用大鼠進(jìn)行腎上腺切除術(shù)的效果研究,而當(dāng)時(shí)大鼠還未形成品系和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)[3]。

1.1 早期營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究

大鼠對(duì)維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)元素缺乏較為敏感,可發(fā)生典型的缺乏癥狀。 20 世紀(jì)初,McCollum等[4]發(fā)現(xiàn)使用簡(jiǎn)化飼料飼養(yǎng)白化大鼠會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物衰亡,并于1913 年發(fā)現(xiàn)卵黃提取物(即維生素A)可促進(jìn)健康生長(zhǎng)及繁育。 1912 年Hopkins[5]通過給處于快速生產(chǎn)期的幼齡大鼠飼喂牛奶,發(fā)現(xiàn)牛奶中可能含有微量促進(jìn)生長(zhǎng)的“輔助因子”(維生素),并于1929 年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。 Osborne 等[6]利用大鼠測(cè)定了哪些是必需氨基酸和非必需氨基酸,并在大鼠身上首次利用“代謝籠”精確監(jiān)測(cè)動(dòng)物的攝入及排泄。 Steenbock 等[7]發(fā)現(xiàn)用紫外線照射飼料可緩解大鼠佝僂病癥狀,從而揭示了紫外線照射可增加食物中維生素D 含量。 此外,大鼠也被作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物用于尋找維生素缺乏的治療方法。

1.2 神經(jīng)行為學(xué)研究

大鼠和人類的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育遵循相同的方式,發(fā)育速度是人類的30 倍,即3 歲的大鼠相當(dāng)于人類的90 歲,這種換算適用于生命各個(gè)階段[8]。 同時(shí)大鼠的神經(jīng)系統(tǒng)與人類相似,具有行為情緒的變化特征,行為表現(xiàn)多樣,情緒敏感,廣泛用于高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)研究,是癡呆癥、帕金森病、上癮性藥物、腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)等研究的重要模型。 “迷宮”的開發(fā)者Small[9]利用大鼠的自然挖洞行為探索迷宮來推測(cè)嚙齒類動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶情況。 20 世紀(jì)80 年代初,英國心理學(xué)家Morris 等[10]利用大鼠在盛有水和牛奶混合物的不透明水池中搜索目標(biāo)物的方法,研究大鼠海馬體等腦區(qū)受到損害后的學(xué)習(xí)、記憶和空間定向以及認(rèn)知能力。 此外在社會(huì)行為學(xué)方面,由于在自然界,小鼠所住的洞穴為一只雄性與多只雌性,天然領(lǐng)地意識(shí)更強(qiáng),而大鼠是多只雄性與雌性共同居住,領(lǐng)地意識(shí)較低,因領(lǐng)地意識(shí)導(dǎo)致的社會(huì)性壓力對(duì)結(jié)果造成影響較小。

1.3 藥理學(xué)和毒理學(xué)研究

大鼠因體型較大,可以連續(xù)抽血,與小鼠相比,大鼠更容易進(jìn)行復(fù)雜的外科操作和生理學(xué)測(cè)量。同時(shí)大鼠與人類具有相似的毒素代謝途徑,一直是藥理學(xué)和毒理學(xué)的研究工具[11]。

2 實(shí)驗(yàn)大鼠資源的培育歷程

大鼠最初的人工飼養(yǎng)是用作觀賞寵物。 18 世紀(jì)時(shí),大鼠在歐洲作為觀賞動(dòng)物馴養(yǎng),1775 年日本出版的《Yoso-tama-no-kakehashi》一書中也有如何繁育并保持各種毛色大鼠的描述[12],從這個(gè)方面講大鼠資源的培育早于大鼠的相關(guān)生物學(xué)研究。 20 世紀(jì)初,Castle 等[13]進(jìn)行了毛色遺傳的早期研究,并通過育種實(shí)驗(yàn)培育出白色、黑色、棕色等不同毛色的大鼠。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)大鼠的建立

1915 年,Donaldson[14]意識(shí)到神經(jīng)學(xué)研究需要標(biāo)準(zhǔn)化,并提出“考慮到大鼠的體型、飲食習(xí)慣、對(duì)特定感染的抵抗力以及較快的繁殖和生命周期,無法在人類身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),可以在大鼠上進(jìn)行?！辈⒃诳刂骑曫B(yǎng)條件下系統(tǒng)地繁育白化鼠,得到了Wistar 及來源于Wistar 的種群及大鼠神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的相關(guān)數(shù)據(jù)。 他還在《人類解剖學(xué)問題》一書中提出實(shí)驗(yàn)室材料應(yīng)該可供研究員之間使用,包括標(biāo)準(zhǔn)化的動(dòng)物:即需要建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的種群以最小化個(gè)體間差異。 當(dāng)然,當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化僅指在表型上相對(duì)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)大鼠。

2.2 品系培育

King[15]在1908 ~ 1927 年間對(duì)鼠群進(jìn)行近親繁殖研究,監(jiān)測(cè)近交對(duì)性別比例、生產(chǎn)、繁育等影響,有關(guān)體型和生產(chǎn)性能的遺傳規(guī)律以及研究不同品系的孟德爾遺傳情況,培育出PA、WKA、WF、WKY和LEW 等大鼠近交品系。

據(jù)美國大鼠基因組數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì),截至2017 年已有大鼠遠(yuǎn)交系60 種[16],其代表品系有Wistar、SD 以及LE[17]。 近交系大鼠700 余種[16],用于生命醫(yī)學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域:

2.2.1 心血管研究方面

1958 年, 奧塔哥大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Smirk 等[18]在Wistar 種群培育出自發(fā)性高血壓大鼠;1962 年,Dahl等[19]培育了鹽敏感型(SS)和耐鹽型(SR)大鼠;俄亥俄醫(yī)學(xué)院的Rapp[20]利用該核心群得到Dahl 鹽敏感/抗性大鼠;在飼喂高鹽食物時(shí),耐鹽大鼠沒有產(chǎn)生如鹽敏感大鼠的高血壓,而在正常飼喂時(shí),鹽敏感大鼠仍然表現(xiàn)為高血壓,后證明與血管緊張素轉(zhuǎn)換酶和心房利鈉肽受體基因相關(guān)。 1963 年日本Okamoto 等[21]從Wistar 大鼠中篩選培育自發(fā)性高血壓(SHR)大鼠,表現(xiàn)為血壓持續(xù)升高及心臟肥厚、心力衰竭、和腎功能損害等高血壓終末器官損害的許多特征,雄性SHR 還伴有廣泛結(jié)節(jié)性動(dòng)脈周圍炎,被用作結(jié)節(jié)性動(dòng)脈周圍炎動(dòng)物模型。 SHR 成為目前應(yīng)用最廣泛的高血壓大鼠模型。 SHR-SP(SHR 的亞系之一)在SHR 的表型特征基礎(chǔ)上,血壓更高,卒中可能性也更高[22-23]。 2018 年,Redina等[24]在Wistar 種群中篩選并通過近交得到了應(yīng)激性動(dòng)脈高血壓的原始模型ISIAH,與其他高血壓大鼠基因相比有許多特異性單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP),表現(xiàn)為穩(wěn)定遺傳的神經(jīng)內(nèi)分泌和腎調(diào)節(jié)的血壓升高。 相關(guān)的心衰代表品系還有自發(fā)性高血壓及心衰模型SHHF,表現(xiàn)為先天性心肌病及高血壓發(fā)展為代償性心衰,其腎素、血管緊張素、醛固酮系統(tǒng)激活、利鈉肽升高、腫瘤壞死因子升高等生理生化反應(yīng)也與心衰患者表型相似[25]。

2.2.2 代謝研究方面

在糖尿病的研究中,1975 年日本Goto 等[26]在Wistar 大鼠中篩選高血糖個(gè)體培育出Goto-Kakizaki(GK)大鼠,是Ⅱ型糖尿病(diabetes mellitus type 2,T2DM)的非肥胖實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?使研究人員能夠監(jiān)測(cè)糖尿病引起的變化而不涉及肥胖的影響。 該大鼠品系表現(xiàn)出明顯的T2DM 相關(guān)胃腸道特征,如腸道形態(tài)明顯改變,腸蠕動(dòng)減少,轉(zhuǎn)運(yùn)緩慢,且與Wistar 大鼠相比,腸道微生物群有所改變,被廣泛應(yīng)用于非胰島素依賴型糖尿病(noninsulin-dependent diabetes mellitus, NIDDM)研究。 1992 年Kawano 等[27]在遠(yuǎn)交系Long-Evans 中發(fā)現(xiàn)自發(fā)性糖尿病大鼠,通過選擇育種培育出與人類Ⅱ型糖尿病極為相似的糖不耐受OLETF 大鼠。 OLETF 大鼠表現(xiàn)有高血糖、慢性病程、輕度肥胖、胰島增生性病灶和腎并發(fā)癥,伴有多尿、多飲和輕度肥胖,被認(rèn)為是人類NIDDM 伴輕度肥胖的最佳模型之一。 BB 大鼠由加拿大渥太華實(shí)驗(yàn)室在Wistar 中選育而成,具有Ⅰ型糖尿病的典型特征:體重減輕、多飲、多尿、糖尿、酮癥酸中毒、高血糖、低胰島素、胰島炎、胰島β 細(xì)胞減少,需依賴于胰島素治療才能生存。 BB 大鼠另一個(gè)特點(diǎn)是其血液中淋巴細(xì)胞減少,易于感染[28-29]。 ZDSD 大鼠由Crl;CD 大鼠和ZDF(Zucker Diabetic Fatty)大鼠雜交并選擇性近交繁育30 代以上培育而成,因此ZDSD 大鼠無瘦素受體,表現(xiàn)為潛在糖尿病發(fā)展,并在高脂肪飲食時(shí),可發(fā)展為糖尿病,ZDSD 糖尿病大鼠具有血管內(nèi)皮功能障礙,傷口愈合困難,心臟收縮和舒張減弱功能,神經(jīng)病變和腎病,骨骼組成改變和骨折風(fēng)險(xiǎn)增加等糖尿病并發(fā)癥表型,是臨床治療高血糖所導(dǎo)致的并發(fā)癥的良好模型[30]。

在肥胖研究中,1961 年Zucker[31]發(fā)現(xiàn)了自發(fā)突變Zucker Fatty 大鼠(ZFR),后期證明為單堿基基因突變導(dǎo)致的瘦素受體親和性降低,在3 周齡即表現(xiàn)為原發(fā)性肥胖且在前16 周快速發(fā)展,并伴有繼發(fā)性高胰島素血癥、血脂異常和高血壓等代謝綜合征,但血糖正?；蜉p度異常,并不會(huì)導(dǎo)致顯性糖尿病的發(fā)生。 80 年代早期,Wistar Kyoto 大鼠和Zucker Fatty 大鼠雜合培育了Wistar fatty 大鼠(WFR),表現(xiàn)為由飲食誘導(dǎo)的肥胖、高胰島素血癥、高血壓和血脂異常等代謝綜合征的同時(shí),在老年時(shí)期表現(xiàn)為糖尿病性神經(jīng)病、老年腎病,可用于II 型糖尿病研究模型[32]。 糖尿病自發(fā)高血壓大鼠(SHROB)由自發(fā)高血壓雌鼠SHR 和SD 雄鼠雜交形成,篩選的瘦素受體基因隱形突變,體重增加延遲到6 周齡以后,可達(dá)到750 ~ 1000 g,且表現(xiàn)為胰島素耐受和葡萄糖不耐受,無II 型糖尿病征。 與ZFR 大鼠相比,SHROB 大鼠的高血壓更為離散,且有嚴(yán)重的高血脂。 DS 肥胖大鼠(DahlS.ZLeprfa/Leprfa)由鹽敏感的Dahl 大鼠與ZFR 大鼠雜交得到,除了體重增加和內(nèi)臟皮下脂肪囤積、高血壓等代謝異常表現(xiàn),DS 肥胖大鼠還表現(xiàn)為腎功能異常[33-34]。

2.2.3 行為學(xué)研究方面

用于抑郁癥研究的大鼠有失神癲癇模型WAG/Rij 大鼠、WKY 大鼠、FSL 大鼠及FHH 大鼠,其中WKY 大鼠表現(xiàn)為多巴胺和去腎上腺素異常,亦表現(xiàn)出焦慮特征;FHH 大鼠在表現(xiàn)出抑郁征的同時(shí)表現(xiàn)出對(duì)酒精的異常喜好,也用于酗酒的相關(guān)研究[35]。

2.3 轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)大鼠模型的建立

常見的大鼠模型主要包括誘導(dǎo)模型和遺傳模型兩類,誘導(dǎo)模型如靜脈注射一定劑量的戊四唑(Pentatetrazole, PTZ)或直接電刺激大腦,可誘發(fā)癲癇發(fā)作的表征,與自然產(chǎn)生的疾病相比存在差異;而遺傳模型有助于了解基因相關(guān)的病理生理學(xué)信息。 早期大鼠ES 細(xì)胞培養(yǎng)限制了基于大鼠ES 細(xì)胞的經(jīng)典基因打靶技術(shù)的廣泛應(yīng)用,隨著基因組編輯技術(shù)如鋅指核酸酶技術(shù)(Zinc finger nuclease,ZFNs、轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases, TALENs)技術(shù)以及CRISPR/Cas9 技術(shù)的問世,拓展了大鼠做為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絼?dòng)物在基礎(chǔ)研究及藥物篩選、臨床前藥物評(píng)價(jià)的應(yīng)用范圍。 自CRISPR 技術(shù)在大鼠上的應(yīng)用以來,通過轉(zhuǎn)基因已建立了240 余種大鼠疾病模型包括:高血壓、糖尿病、癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等,并有超過350 個(gè)大鼠基因已被確定為在疾病中發(fā)揮潛在或關(guān)鍵作用,從而提供了豐富的疾病模型資源[17,36]。

2.3.1 免疫缺陷大鼠模型

2012 年日本京都大學(xué)的Mashimo 等[37]通過ZFNs 技術(shù)分別獲得基于F344 品系的Prkdc單基因敲除的SCID大鼠和Prkdc與Il2rg雙基敲除的FSG大鼠,且經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,以上兩種大鼠未出現(xiàn)SCID 小鼠中出現(xiàn)的B 細(xì)胞“泄露”現(xiàn)象,都展示了很好的接受外源誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells, iPSC)和卵巢瘤的能力。 2019 年,同濟(jì)大學(xué)何笛[38]采用CRISPR/Cas9 基因編輯技術(shù)在SD 大鼠中敲除Rag1、Rag2 和Il2rg基因,建立了SD-RG 大鼠。 皮下注射不同來源的腫瘤細(xì)胞系后,SD-RG 大鼠上的移植腫瘤生長(zhǎng)明顯快于NSG 小鼠,且并未表現(xiàn)出FSG 大鼠生長(zhǎng)受阻的缺陷。 同時(shí),該研究利用SD-RG 大鼠成功建立了首例肺鱗癌的人源腫瘤異種移植(patient-derived xenograft model, PDX)大鼠模型,移植腫瘤生長(zhǎng)迅速并具有原發(fā)腫瘤的病理學(xué)特征,有力地支持了腫瘤免疫治療、干細(xì)胞治療和抗病毒藥物研發(fā)等臨床前研究。

2.3.2 精神疾病大鼠遺傳模型

BDNF+/-大鼠是常用的焦慮和抑郁模型,較BDNF+/-小鼠的穩(wěn)定性較好,用于精神分裂癥,自閉癥和物質(zhì)濫用研究[39];MECP2+/-大鼠作為自閉癥和雷特障礙(Rett’s disorder)模型,用于研究自閉癥患者體感功能障礙和觸覺障礙及雷特障礙綜合征與肥胖的關(guān)系[40-42];tgDISC-1 大鼠在生理結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為背側(cè)紋狀體突觸嚴(yán)重失調(diào),其行為學(xué)表型包括在新物體識(shí)別測(cè)試和新位置識(shí)別測(cè)試中表現(xiàn)出超探索行為及對(duì)新物體和新位置的明顯偏好,在轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)中旋轉(zhuǎn)缺陷明顯, 常用作精神分裂癥模型[43-44]。

2.3.3 帕金森病大鼠遺傳模型

在帕金森病因揭示方面,轉(zhuǎn)基因大鼠如LRRK2 KO 大鼠、α-synuclein KO 大鼠、Parkin KO 大鼠、PINK1 KO 大鼠和DJ-1KO 大鼠也越來越多地用于帕金森病相關(guān)基因的轉(zhuǎn)基因和病毒介導(dǎo)的過表達(dá)[45]。 雖然沒有一種大鼠模型可完全再現(xiàn)像帕金森病這樣復(fù)雜的人類疾病的每一個(gè)特征,然而,與具有相同突變的小鼠相比,許多帕金森病遺傳大鼠動(dòng)物模型更好地重現(xiàn)了帕金森病的關(guān)鍵方面,包括黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性損失、運(yùn)動(dòng)行為缺陷以及異常α-突觸核蛋白聚集體的年齡依賴性形成[46-47]。 2022 年,魯白團(tuán)隊(duì)開發(fā)出全球首個(gè)全面模擬人類AD 的大鼠模型AppNL-G-F,AppNL-G-F攜帶了Swedish、Iberian 和Arctic 三個(gè)人類家族突變,并且不改變APP 蛋白及其片段在腦內(nèi)的時(shí)間和空間的表達(dá)水平[48]。 與其他模型相比,該模型顯示出與人類更相似的病理和疾病進(jìn)展,也是目前唯一僅通過突變的人源化APP 敲入就能同時(shí)產(chǎn)生Aβ 聚集和Tau 相關(guān)病理表型的嚙齒類模型。

2.3.4 線粒體基因突變大鼠模型

2021 年中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所馬元武和南京醫(yī)科大學(xué)沈彬教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)人體中與癲癇、心肌病及Leigh 綜合征相關(guān)的mtDNA TRNK 基因中的G8363A 突變以及與線粒體肌病相關(guān)的mtDNA TRNE 基因中的G14710A 突變,建立了G7755A 和G14098A 點(diǎn)突變大鼠模型,該模型不僅可以模擬人線粒體基因G14710A 突變的臨床表型,也為創(chuàng)建更多mtDNA 突變相關(guān)疾病大鼠模型奠定了基礎(chǔ)[49]。

2.3.5 神經(jīng)系統(tǒng)疾病大鼠模型

亞歷山大病(Alexander disease,AxD)是一種進(jìn)行性和罕見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,威斯康星大學(xué)Hagemann 等[50]建立了AxD 大鼠模型,模型具有出以羅森塔爾纖維形式的膠質(zhì)酸性纖維蛋白聚集、廣泛的星形膠質(zhì)細(xì)胞增生和白質(zhì)缺陷等典型病理特征,而AxD 小鼠模型無法表現(xiàn)出上述特征,同時(shí)在使用反義寡核苷酸治療AxD 大鼠模型后,可有效抑制并逆轉(zhuǎn)以上病理發(fā)展。 不僅為亞歷山大病的臨床治療提供了可能,同時(shí)有機(jī)會(huì)研究膠質(zhì)酸性纖維蛋白突變與腦白質(zhì)缺陷的關(guān)系等病理機(jī)制。

3 實(shí)驗(yàn)大鼠資源保存中心

隨著不斷增加的大鼠品系及各種疾病模型的培育,為有效利用大鼠資源,資源保存中心應(yīng)運(yùn)而生。 美國、日本等國家先后建立了大鼠資源和研究中心(Rat Resource and Research Center, RRRC)、國家大鼠生物資源項(xiàng)目(National Biological Resource Project-Rat,NBRP-Rat)等非商業(yè)大鼠資源保存中心。 此外,一些商業(yè)公司也保存有一定的大鼠資源。 這些資源保存中心有效地促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)大鼠供應(yīng)向?qū)I(yè)化和社會(huì)化的方向發(fā)展。

3.1 美國大鼠資源和研究中心(RRRC)

RRRC 于2001 年在密蘇里大學(xué)建立,旨在為全球研究者和生物醫(yī)學(xué)中大鼠模型的研究提供服務(wù),包括引入、冷凍保存、培養(yǎng)和提供高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室大鼠。 該中心目前保存有轉(zhuǎn)基因大鼠、自發(fā)突變大鼠及復(fù)雜性狀模型550 余種以及8 個(gè)大鼠干細(xì)胞系,包括活體及大量的冷凍保存種質(zhì)[51]。 RRRC 還與大鼠基因組數(shù)據(jù)庫(Rat Genome Database,RGD)合作,以保證品系的正確命名。

3.2 日本國家大鼠生物資源項(xiàng)目(NBRP-Rat)

NBRP-Rat 是日本大型國家生物資源項(xiàng)目(National Biological Resource Project,NBRP)的一個(gè)分支,主要任務(wù)是收集各品系大鼠表型和基因型,冷凍保存胚胎、精子,并共享所收集的大鼠品系和相關(guān)數(shù)據(jù)。 NBRP-Rat 保存大鼠共814 個(gè)品系包括近交系、遠(yuǎn)交系和重組系,以及自發(fā)突變、轉(zhuǎn)基因和誘變大鼠,并在其網(wǎng)站按照模型所應(yīng)用的研究領(lǐng)域進(jìn)行分類,便于研究者搜尋所需要的模型。 此外,NBRP-Rat 開展了表型分析項(xiàng)目:在所有常規(guī)品系和許多突變品系中選取6 只5 ~ 10 周齡的雄性和雌性大鼠進(jìn)行表型分析,包括血液生理、生化、運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)行為測(cè)試,并在網(wǎng)上提供數(shù)據(jù)用于檢索查詢。其建立的數(shù)據(jù)庫包括各大鼠品系的表型和基本遺傳信息[52]。

3.3 MCW 基因編輯大鼠資源中心

隨著轉(zhuǎn)基因大鼠疾病模型的需求增加,MCW基因編輯大鼠資源中心于2013 年在美國威斯康辛醫(yī)學(xué)院成立,旨在利用現(xiàn)有的技術(shù)和基因編輯基礎(chǔ)設(shè)施支持大鼠研究[53]。 同其他保存中心相似,提供大鼠資源的同時(shí),也提供基因型鑒定及資源凍存服務(wù)。 近十年,該中心累計(jì)制作保存了250 個(gè)基因大鼠模型,特別是心血管相關(guān)的疾病模型。

3.4 商業(yè)資源

美國Sprague Dawley 公司1925 年創(chuàng)立,保存并出售SD、F344、Lewis 和Wistar 等14 種大鼠品系。美國Charles River 公司1947 年成立,目前保存有40種大鼠品系,包括22 種近交系[53]。

4 實(shí)驗(yàn)大鼠資源數(shù)據(jù)庫

為了更好的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)大鼠資源和動(dòng)物模型研發(fā)數(shù)據(jù),美國、日本等國家在建立資源保存中心的同時(shí),也建立了實(shí)驗(yàn)大鼠資源數(shù)據(jù)庫,對(duì)實(shí)驗(yàn)大鼠遺傳和基因組研究工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整合、存儲(chǔ)和共享。 主要有大鼠基因組數(shù)據(jù)庫、美國國家生物技術(shù)信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)、歐洲生物信息學(xué)研究所Ensembl 基因組數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目和加州大鼠圣魯克茲分?；蚪M資源等。

大鼠基因組數(shù)據(jù)庫(rat genome database, RGD)是目前大鼠數(shù)據(jù)最多、來源最廣泛的數(shù)據(jù)庫,其目標(biāo)是“收集、整合正在進(jìn)行的大鼠遺傳和基因組研究工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù),并盡可能廣泛的供給科學(xué)研究”。 RGD 提供大鼠基因、標(biāo)記、數(shù)量性狀位點(diǎn)以及用于比較的小鼠和人類同源基因,以幫助進(jìn)行比較基因組分析[54-56]。 除了基因組相關(guān)數(shù)據(jù),RGD 還提供大鼠品系的全面信息,包括品系來源及特征、文獻(xiàn)(如有)記載的疾病或關(guān)聯(lián)表型、飼養(yǎng)信息、藥物或化學(xué)反應(yīng)等。 RGD 網(wǎng)站還可以按照心血管、神經(jīng)、呼吸、免疫或炎癥、乳腺癌、糖尿病等不同疾病檢索到不同的品系和模型[32]。

全球各國的資源保存中心及數(shù)據(jù)庫提供各類大鼠模型的同時(shí),還為眾多的研究者提供了設(shè)施設(shè)備如核磁共振成像技術(shù)、行為測(cè)量站等用于初步實(shí)驗(yàn)和篩選,幫助研究人員盡快獲得準(zhǔn)確的研究結(jié)果。

5 關(guān)于我國實(shí)驗(yàn)大鼠資源發(fā)展的思考

回顧國際上實(shí)驗(yàn)大鼠資源百余年的發(fā)展歷程,可以清晰的看到,美國、日本等發(fā)達(dá)國家制定了長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃,對(duì)資源保存中心、資源數(shù)據(jù)庫等方面進(jìn)行了長(zhǎng)期投入和持續(xù)建設(shè),實(shí)驗(yàn)大鼠資源保存、研發(fā)、共享體系已基本構(gòu)建完成,并在全球?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。 這對(duì)我國實(shí)驗(yàn)大鼠資源的發(fā)展起到了良好的示范和借鑒作用。

我國目前實(shí)驗(yàn)大鼠資源主要依托國家嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源庫和國家人類疾病動(dòng)物模型資源庫等開展保存工作。 國家嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源庫是集包括大鼠在內(nèi)的嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源研發(fā)分析、保種生產(chǎn)、質(zhì)量檢測(cè)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)于一體的綜合資源保存共享平臺(tái)。 國家人類疾病動(dòng)物模型資源庫主要以“新發(fā)突發(fā)傳染病”、“四大慢病”為主要集成資源,進(jìn)行人類疾病動(dòng)物模型資源的研制、引進(jìn)、收集、保存和開放共享,建立了我國疾病基因工程大鼠資源庫,國家人類疾病動(dòng)物模型資源庫現(xiàn)已收錄基因編輯大鼠模型237 種,主要集中在神經(jīng)相關(guān)疾病、代謝相關(guān)疾病、心血管相關(guān)疾病、免疫相關(guān)疾病、熒光和Cre 工具大鼠等方面。 為我國生命科學(xué)和醫(yī)藥創(chuàng)新研究進(jìn)程提供了有力的支撐。

經(jīng)過40 余年的發(fā)展,我國實(shí)驗(yàn)大鼠資源和共享體系取得了一些進(jìn)展,培養(yǎng)了我國特有的TR1 大鼠、白內(nèi)障大鼠等品系。 但仍存在資源開發(fā)和引進(jìn)豐富度不夠、凈化和繁育等標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)匱乏、標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)體系不健全、高品質(zhì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量不足、資源和數(shù)據(jù)共享滯后等問題。 我國需要以國家實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源庫建設(shè)為核心,不斷提升軟件能力,尤其在以下5 個(gè)方面持續(xù)發(fā)力:(1)提升動(dòng)物模型研發(fā)能力,擴(kuò)大資源豐富度;(2)整理匯交新資源,補(bǔ)充更新資源完整度;(3)建立完善資源數(shù)據(jù)庫,提高資源利用效率;(4)加強(qiáng)認(rèn)證體系建設(shè),完善健全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和評(píng)價(jià)體系;(5)修訂相關(guān)管理規(guī)定,規(guī)范資源合理配置。

同時(shí),基因工程大鼠資源的研制成為各國競(jìng)相占領(lǐng)的科技制高點(diǎn)之一。 由于各國都在起步階段,差距不大,且我國在利用基因編輯技術(shù)開展基因修飾動(dòng)物模型研發(fā)領(lǐng)域已達(dá)到國際領(lǐng)先水平,是可以同發(fā)達(dá)國家競(jìng)爭(zhēng)的主要領(lǐng)域之一,也是我國建立世界領(lǐng)先資源的突破點(diǎn)。 這將有效帶動(dòng)我國心腦血管疾病、認(rèn)知科學(xué)、分子影像學(xué)、器官移植、中醫(yī)藥學(xué)等領(lǐng)域的創(chuàng)新研究。

筆者相信在國家實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源庫的引領(lǐng)下,各行業(yè)齊發(fā)力,必將有效支撐大鼠資源保存、開發(fā)、挖掘和可持續(xù)利用,提升我國大鼠資源國際競(jìng)爭(zhēng)力,在攻關(guān)新發(fā)突發(fā)傳染病和生物安全風(fēng)險(xiǎn)防控、醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)發(fā)揮重要支撐作用,對(duì)推進(jìn)健康中國和科技強(qiáng)國建設(shè)貢獻(xiàn)力量。