小型豬在醫(yī)學中的應用

小型豬在醫(yī)學中的應用

豬和人之間的基因純度為95%，在解剖和疾病發(fā)生機制等方面存在著較大的相似性。這一領(lǐng)域的科學應用得到了人們的高度重視。小型豬是以科學研究為目的經(jīng)過人工選育的小型豬種,具有體型小、性格溫順便于試驗操作等特點。目前,小型豬作為模型動物已廣泛應用于心血管系統(tǒng)領(lǐng)域、消化系統(tǒng)領(lǐng)域、皮膚整形領(lǐng)域、外科領(lǐng)域、器官移植領(lǐng)域、口腔系統(tǒng)領(lǐng)域等醫(yī)學研究的多個方面,呈現(xiàn)出良好的應用前景。1小型豬的常見品種1.1品種品系選育由于地域等因素,國外小型豬資源匱乏,目前應用較多的各品系小型豬大多由其他品種小型豬或野豬等作親本雜交選育,遺傳背景復雜。但國外在小型豬商品化、產(chǎn)業(yè)化方面較為成功。1.1.1哥廷根和德國小型豬雜交哥廷根系小型豬由德國哥廷根大學選育而成。培育工作起始于明尼蘇達小型豬(Minnesotaminipig)和越南大腹豬(Vietnamesepotbellyswine)的雜交。在雜交過程中,利用其中1頭有色的小型豬與德國長白豬進行了回交。哥廷根小型豬目前包括17個家系,其中,8個為有色系,9個為無色系;該品系小型豬繁殖性能好,性情溫和,耐粗飼。12月齡平均體重30~35kg,4~5月齡性成熟,體重9~11kg,成年豬(24月齡)平均體重40~60kg。1.1.2豬多州立大學與美國中部豬雜居民區(qū)尤卡坦小型豬是原產(chǎn)于墨西哥南部尤卡坦半島的天然小型品種,由美國科羅拉多州立大學與美國中部地區(qū)野豬雜交選育而成。尤卡坦小型豬皮膚灰暗,被毛稀少或無被毛,以其性情溫順,易于操作而著名,能夠提供室間隔缺損自發(fā)模型(ventriculatseptaldefect,VSD)家系。1.1.4個小型豬種群由美國荷美爾研究所在明尼蘇達大學于1949年選育而成,是世界上明確以試驗研究為目的而培育的第一個小型豬種群,又稱明尼蘇達-何麥爾小型豬(MinnesotaHormelminipig)。辛克萊小型豬由4種野豬雜交培育而成,后來又引入1頭約克夏公豬提供了白色被毛。辛克萊小型豬生長速度緩慢,被毛顏色易于鑒別。辛克萊小型豬的一個家系可形成自發(fā)退行性惡性黑色素瘤,自發(fā)率50%~60%。1.2在中國，就是國內(nèi)形勢中國地域廣闊,資源豐足,小型豬資源分布十分廣泛,而且多為長期自然選育或民間選育的品種,具有培育試驗用小型豬得天獨厚的優(yōu)勢。1.2.2內(nèi)封閉近交選育廣西大學王愛德教授等自1987年開始從原產(chǎn)地引入廣西地方豬種巴馬香豬,采用基礎(chǔ)群內(nèi)閉鎖純繁選育及半同胞為主的近交方式進行選育,形成遺傳相似性高、遺傳穩(wěn)定的封閉群,并達到了一定程度的近交。巴馬小型豬的特點是遺傳特性一致穩(wěn)定,毛色表型一致,白毛占體表面積大,體型趨于微型,早熟多產(chǎn),性情比較溫順,耐粗飼(王愛德等,2010)。1.2.3世界上第一個大型宿主系1980年,云南農(nóng)業(yè)大學的曾養(yǎng)志教授等以云南版納小耳豬為基礎(chǔ)種群,利用子母交配進行近交系研究;至2002年,版納微型豬近交培育已進入20世代,在原來形成的兩個近交系的5個家系中,進一步分化出具有不同表型和遺傳標記的18個亞系,近交系數(shù)已高達98.6%(陳丙波等,2001)。至此,世界上第一個大型哺乳動物近交系在中國成功建立,其意義十分深遠。現(xiàn)在,由于近交使基因得以分離、重組而形成具有表型標記的亞系共有30種以上,且性狀已基本穩(wěn)定;這些具有不同遺傳標記的亞系對研究豬的遺傳和進化、不同基因型的生物效應及基因的相互作用和相互關(guān)系等,具有重大的理論和實用意義。1.2.4通過封閉群及近交系選育,形成了獨立的群系1982年,貴陽中醫(yī)學院甘世祥教授等以小型化為目的對貴州小型豬進行小型化、早熟化、近交培育等定向選育,經(jīng)過封閉群及近交系選育,貴州小型豬群體相似系數(shù)已高達0.933,表明貴州小型豬已培育形成高度純合的獨立群體(吳豐春等,2000)。在醫(yī)學研究領(lǐng)域廣泛應用,積累了一定的背景資料,并建立了血液學、血液生化和主要臟器重量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1.2.5近交系培育特點中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所的馮書堂教授等,將五指山小型豬由原產(chǎn)地引至北京擴群繁育,進行近交系培育,通過對其生長發(fā)育規(guī)律、繁殖生理、血液生理生化、遺傳標記、DNA指紋圖譜等項的觀察和測試,發(fā)現(xiàn)五指山豬具有體型小、性成熟早、耐近交繁殖、遺傳性較穩(wěn)定等特點(馮書堂,2007)。2臨床醫(yī)學的研究2.1血栓形成的檢測豬的心血管系統(tǒng)解剖、組織結(jié)構(gòu)、生理代謝及病變特點與人尤為相近,是進行心血管系統(tǒng)疾病研究理想的實驗動物。Chu等(2011)對約克夏小型豬分組進行正常和高膽固醇(CX和HCX組)飼喂,同時于冠狀動脈左旋支放置收縮環(huán),同時給予塞來考昔(200mg/d)。7周后,分析局部缺血和非局部缺血心肌血栓的形成情況(Wu等,2011),檢測總氧化性應激蛋白量和前列環(huán)素合酶、凝血噁烷合酶、髓過氧化物酶、超氧化物歧化酶的表達量。結(jié)果表明,HCX組膽固醇含量明顯高于CX組;HCX組血栓形成的比率同樣明顯高于CX組;但是前列環(huán)素合酶和凝血噁烷合酶表達量在兩組之間差異不顯著。在局部缺血組織中總氧化性應激蛋白、髓過氧化物酶和超氧化物歧化酶表達量高于非局部缺血組織。在局部缺血和非局部缺血組織中,飲食影響差異不顯著,同樣,在毛細血管和微動脈中差異不顯著。HCX組左冠收縮力比CX組強,但是,心率、平均動脈壓和左心室壓無明顯差異。因此,使用塞來考昔的高膽固醇病人或許較正常膽固醇病人有較高的血栓形成幾率。血脂異常、局部缺血和環(huán)氧化酶2抑制劑之間的關(guān)系比預期要高許多。2.2hcc對肝臟組織和肌肉組織的影響B(tài)urgess等(2011)利用約克夏小型豬進行糖代謝機制的研究,試驗中對豬進行連續(xù)11周高卡路里和高膽固醇飼喂造成代謝綜合癥,試驗分對照組(control)正常飼喂,高膽固醇組(HCC)和高膽固醇+白藜蘆醇組(100mg/(kg·d))(HCRV),對動物安樂死前進行糖激發(fā),而后取組織進行分析。結(jié)果表明,HCC組30min血糖水平顯著高于對照組和HCRV組,HCC組血漿中胰島素的水平、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、堿性磷酸酶水平增加,用油紅O染色發(fā)現(xiàn),HCC組動物肝臟脂質(zhì)沉淀增強;HCRV動物的肝臟蛋白質(zhì)印跡結(jié)果表明,鈉巴霉素的哺乳動物靶點水平、胰島素受體底物Ⅰ,磷酸化丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶增強;在HCRV組肌肉組織蛋白質(zhì)印記結(jié)果表明,葡萄糖載體Ⅳ、過氧化物激動劑受體共活化劑1α、過氧化物激動劑受體α、過氧化物激動劑受體、磷酸化丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的表達量增加,而視黃醇結(jié)合蛋白Ⅳ表達量減少;骨骼肌免疫熒光蛋白檢測結(jié)果表明,HCRV組葡萄糖載體Ⅳ染色強于HCC組和對照組。因此,補充外源性的白藜蘆醇確實能夠影響肝臟和骨骼肌中糖代謝途徑,從而改善代謝綜合征動物模型的葡萄糖控制。Wang等(2011)利用小型豬進行了放射治療后對唾液腺的功能恢復方面的研究,進而探討頭頸區(qū)腫瘤患者在接受放療后,對唾液腺功能的恢復,從而改善消化功能。2.3含皮生物性能檢測鄭必祥等(2010)通過比較研究巴馬小型豬與人皮膚在真皮組織結(jié)構(gòu)、膠原類型和生物力學性能方面的差異,尋找豬脫細胞真皮基質(zhì)臨床應用受限相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)及生物力學原因。收集巴馬小型豬與人的背部全層皮膚樣本,采用大體觀察、HE染色、Masson3色染色、天狼猩紅染色、VVG染色、掃描電鏡及透射電鏡等方法,顯微照相后進行形態(tài)學觀察和圖像分析軟件測量,同時利用材料試驗機檢測真皮生物力學性能。結(jié)果表明,與人皮膚比較,光鏡下可見巴馬小型豬皮膚的真皮膠原纖維束更粗(39.29和17.21μm)(P=0.0003),而其間隙率更低(19.01%和32.36%)(P=0.029);真皮彈性纖維分布、Ⅰ型和Ⅲ型膠原含量及其比值也與人真皮有明顯差異(P<0.05);掃描電鏡顯示巴馬小型豬真皮的膠原纖維束排列緊密、束間孔隙小,透射電鏡顯示巴馬小型豬真皮的膠原纖維較細,橫紋的周期更長;生物力學檢測顯示巴馬小型豬真皮的最大應變(0.52mm/mm)低于人真皮(0.80mm/mm)(P=0.003),而彈性模量(69.65MPa)和最大應力(20.72MPa)高于人真皮。因此,巴馬小型豬的真皮與人真皮差異較大,從組織形態(tài)學的角度提示豬脫細胞真皮基質(zhì)不是修復人體真皮缺損的最佳生物材料。Kumokawa等(2011)利用小型豬研究多硫酸黏多糖(mucopolysaccharidepolysulfate,MPS,是一種多硫酸黏多糖軟膏的有效成分)的經(jīng)皮吸收,并同人進行比較。通過用同位素C14標記MPS的一系列試驗,結(jié)果表明,MPS可以穩(wěn)定的被人和小型豬的皮膚吸收。2.4小型豬麻醉管理的手術(shù)方法Ettrup等(2011)利用哥延根系小型豬進行氣管插管、尿道插管、股動靜脈插管等一系列外科手術(shù)試驗。氣管插管多用于小型豬的全麻醉狀態(tài),可以建立良好的氣管通路,提供輔助通氣,同時防止分泌物或嘔吐物堵塞氣管通路。在長時間的手術(shù)中,尿道插管提供足夠的反映腎臟、心血管功能的信息。動靜脈插管能夠有效地重復地獲得血液樣本,同時可以檢測多種生理參數(shù)。各項插管必須嚴格操作,以避免感染。2.5移植致病性感染Sachs等(2011)利用小型豬對移植耐受方面進行了深入的研究。移植耐受與器官患者術(shù)后并發(fā)癥有十分密切的聯(lián)系;移植耐受開始發(fā)現(xiàn)于鼠,通過一系列預處理方案誘導移植耐受,可以減少甚至消除由器官移植引起的長期免疫抑制并發(fā)癥;并對一名腎移植患者采用該療法,使患者成功的擺脫各種免疫抑制并發(fā)癥,該患者腎功能穩(wěn)定已達8年之久。2.6在牙科系統(tǒng)領(lǐng)域的研究和應用3大力推廣小型豬品種良品種及品系試驗用小型豬資源的開發(fā)利用得到科研人員越來越多地重視。特別是近年,隨著中國動物保護組織的興起和“3R”原則的普及,犬類和非人靈長類的試驗動物使用量呈減少之勢,試驗用小型豬的數(shù)量逐年增加,市場前景良好。在中國,雖然小型豬資源豐富,但小型豬試驗動物化及其推廣利用尚處于初級階段,即限制了比較醫(yī)學的發(fā)展,同時也影響了試驗用小型豬商品化的進一步推廣應用。今后,應以中國小型豬資源為基礎(chǔ),大力培育新品種品系,對現(xiàn)有品種品系進行近交系培育,完成小型豬資源的實驗動物化培育,拓寬思路,可參照國外成熟商品化運作經(jīng)驗,大力推廣小型豬商品化應用。同時,廣泛開展醫(yī)學生物學領(lǐng)域不同學科中的研究應用,重點選擇重大疾病動物模型制作、藥物安全性有效性評價、異種移植等關(guān)鍵領(lǐng)域,形成品系的獨特生物學特性技術(shù)標志,這將有利于形成特殊遺傳群體,從而提高中國小型豬資源的應用價值。1.1.3漢福德小型豬tra美國俄亥俄州漢福德研究所培育的試驗用小型豬。選育工作是以2頭帕盧斯(Palouse)小母豬和1頭皮特曼-摩爾(Pittman-Moore)公豬開始,后來為進一步減小體形,引入了更多的皮特曼-摩爾和來自路易斯安那的沼澤野豬的血緣;再導入產(chǎn)于墨西哥的拉勃克豬(Labco),使被毛稀少。在20世紀60年代中期,在基礎(chǔ)群中又引進了尤卡坦豬的血緣。漢福德小型豬外形很像傳統(tǒng)的家豬,白色的皮膚和被毛使他們特別適合皮膚研究。缺少脂肪又使?jié)h福德小型豬成為一個很好的外科研究模型。由于心臟側(cè)支循環(huán)很少,且與人類心臟大小極其相似,使?jié)h福德小型豬成為極好的心血管模型。1.2.1小型豬與大力進行產(chǎn)品檢出品從80年代初開始,中國農(nóng)業(yè)大學裴德智教授等以貴州小型香豬為原始基群,經(jīng)風土馴化、近交培育、負向選擇、后裔測定及營養(yǎng)標準確定等,培育出中國農(nóng)大Ⅰ系小型豬,已在北京地區(qū)廣泛應用(于書敏等,2003)。目前,為增強其抗病和抗寒能力,與北京地方黑豬雜交而培育出了中國農(nóng)大Ⅱ系小型豬;與長白豬交配后培育而成中國農(nóng)大Ⅲ系小型豬,目的是獲得白色皮膚,以利于皮膚方面的研究;該系列小型豬又命名為中國實驗用小型豬。中國農(nóng)大小型豬遺傳穩(wěn)定,經(jīng)過疾病凈化,抵抗力強,有詳細的組織解剖、結(jié)構(gòu)、圖文資料,并進行了78項生理生化常值測定。Yang等(2011)利用小型豬對牙齒再生進行了深入研究。在牙齒組織工程學中,富血小板纖維蛋白(pl