利用中国仓鼠制备疾病模型的优势与进展

高继萍,陈朝阳,轩瑞晶,张锐虎,宋国华,2

(1.山西医科大学实验动物中心,实验动物与人类疾病动物模型山西省重点实验室,太原030001;2.山西医科大学附属精神卫生医院,太原030001)

中国仓鼠（Chinese hamster）属于黑线仓鼠华北亚种（Cricetulus barabensis griseus），俗称中国地鼠，是我国独特的啮齿类实验动物之一，主要分布在华北、东北和内蒙古等地区［1］。中国仓鼠的特点是背部有一条黑色条纹，短尾，有一对易于翻出的颊囊，而且雄鼠有一对硕大而下坠的睾丸，染色体数量为22条［1］。1919年，我国学者谢恩增首次利用中国仓鼠进行肺炎研究，但在实验室未能繁育成功［2］。1948年末，美国学者从中国引入10对野生中国仓鼠，之后用于欧、美、日等部分主要实验室［3］。1980年春，山西医科大学薄嘉璐教授从北京郊外捕获60只中国仓鼠，开始进行驯化繁殖［4-5］。1991年，山西医科大学建成近交系中国仓鼠群体，命名为山医群体近交系中国仓鼠，英文简称为SYB1［3］。之后，山西医科大学又相继开展了中国仓鼠实验动物标准化、清洁级近交系中国仓鼠生产供应基地和基本生物学数据共享平台建设等关键技术的研究工作［6］。中国仓鼠因其自身独特的解剖结构和生物学特性，成为了一种理想的疾病动物模型，极大地推动了其在生物医学研究中的应用。

1 糖尿病研究

糖尿病是一种内分泌代谢性障碍疾病，其中2型糖尿病（diabetes mellitus type 2，T2DM）占所有糖尿病确诊患者的90%以上。T2DM的病因受非遗传因素和遗传因素影响，最佳的T2DM动物模型应属于标准的自发性糖尿病实验动物模型［7］。通过近亲交配的遗传性糖尿病中国仓鼠模型是理想的T2DM自发动物模型，其发病症状与人类十分相似。早在1959年，Meier等［8］已对自发性遗传性糖尿病中国仓鼠的各个脏器进行了病理研究。随后，以T2DM中国仓鼠模型为基础，研究者们对糖尿病的发病机制、药物治疗干预等进行了深入探究。孙淑华等［9］和田金菊等10］研究发现，自发性T2DM中国仓鼠的血液电解质含量、血糖代谢指标含量、血液相关酶的6项指标及总蛋白含量均增高，提示自发性T2DM中国仓鼠的糖代谢和蛋白代谢出现异常。Wang等［11］成功建立了山医群体近交系中国仓鼠自发性T2DM动物模型后，发现模型组血糖轻度升高，糖脂代谢改变，可产生胰岛素抵抗，而且其抗氧化机制及生物活动规律受损，骨骼肌和肝脏中糖脂代谢相关基因存在差异性表达。王晨阳［12］应用蛋白质组学和代谢组学对中国仓鼠自发性T2DM动物模型的小肠组织和血清样本进行了生物信息学分析，发现糖尿病中国仓鼠的分子生物学特征主要集中在糖脂代谢、胰岛素抵抗、氨基酸代谢紊乱和炎性反应等方面。李国生等［13］基于T2DM中国仓鼠模型探讨小檗碱对T2DM的治疗作用，发现小檗碱可显著降低中国仓鼠的血糖血脂水平，具有改善糖耐量和胰岛素抵抗的作用。吴大兴等［14］研究应激和动物情绪对中国仓鼠糖尿病发生的影响，发现二者共同作用导致糖尿病发生。姚树桥等［15］探讨实验性应激对中国仓鼠糖尿病发作时胰腺内分泌功能和形态的影响，通过选用震动、旋转和合并限制等方法进行实验性刺激1年，结果发现慢性实验性应激促使糖尿病发病率增加，胰岛素敏感性指数降低，胰腺内分泌功能及形态学发生损伤。

以上研究说明中国仓鼠是较为理想的T2DM动物模型，可为探索糖尿病的发病机制及药物研制等方面提供基础保障。基于中国仓鼠自发性糖尿病动物模型，结合蛋白组学和代谢组学等技术，从分子水平探究糖尿病中国仓鼠抗胰岛素的机制具有重要意义，并且寻找相关生物标志物及药物靶点是当前的研究目标。

2 肿瘤研究

中国仓鼠口腔两侧有一对易于翻出的透薄颊囊，血管丰富，有致密的微血管网，伸缩性大，便于牵出，是多种恶性肿瘤移植的理想直观部位［16］。中国仓鼠口腔黏膜可动态模拟人类口腔癌变过程，因此中国仓鼠口腔颊囊癌模型是进行口腔癌发病机制研究的理想动物模型。皇甫冰［17］和李莉红［18］分别在颊囊膜上涂抹二甲基苯并蒽构建了中国仓鼠颊囊黏膜癌前病变和鳞状细胞癌模型，采用高通量转录组技术、微小RNA（microRNA，miRNA）测序技术和生物信息学分析方法构建了差异基因表达谱，该模型可连续动态地观察口腔颊囊黏膜癌前病变，筛选出的差异基因有望成为肿瘤标志物。卫佳宁等［19］构建中国仓鼠口腔鳞状细胞癌动物模型，探究非编码RNA miR-504在癌组织及癌旁舌组织中的表达特征，发现癌组织中miR-504表达显著上调，推测其可能通过调控下游靶基因及信号通路影响口腔癌的发生和发展。王晓堂等［20］首次通过高通量测序构建中国仓鼠口腔鳞状细胞癌长链非编码RNA（long non-coding RNA，LncRNA）差异表达谱，为探讨LncRNA调控口腔鳞状细胞癌发生发展的具体调控机制奠定了基础。宋国华团队［21］目前已经构建了中国仓鼠口腔黏膜癌变不同时期的mRNA和miRNA表达谱，筛选出差异表达的mRNA和miRNA进入功能鉴定和机制研究阶段，对寻找有效的口腔黏膜癌早期诊断及恶性进展的生物分子标志具有重要意义。

另外，中国仓鼠易受多种致癌因素的刺激，发展为特异肿瘤。刘球等［22］用雌激素处理中国仓鼠，发现3个月后中国仓鼠会发生垂体前叶腺瘤。Fukuhara等［23］和Uchida等［24］通过给予亚硝胺处理或者移植仓鼠胰腺癌细胞PGHAM-1成功构建了胰腺癌动物模型。此外，乏氧、营养缺乏和低pH影响肿瘤的放疗和化疗效果。李五岭［25］以中国仓鼠V79细胞为研究对象，探讨以上因素在体外诱导V79细胞的抗药物阿霉素（adriamycm，ADR）作用，结果表明乏氧、营养缺乏和低pH都能使V79细胞对ADR产生抗性，从而影响肿瘤化疗效果。

由此可见，中国仓鼠在肿瘤发病机制和抗癌药物筛选相关研究中有巨大的应用潜力。

3 组织培养研究

目前根据抗药性、抗病毒性、温度敏感性和营养需要，已建立了许多中国仓鼠突变型细胞株，这些细胞株已成为诱变和致癌研究的实验工具［26］。中国仓鼠卵巢（Chinese hamsters ovary，CHO）细胞经建系、培养后用于获得大量异源蛋白，是生物制药的主要生产载体。CHO细胞作为使用最广泛的表达宿主，具有很多优势：（1）CHO细胞可无血清悬浮培养，具有大规模生产能力；（2）通过基因扩增可提高蛋白生产率；（3）表达产物即重组蛋白经翻译后修饰与人的相应蛋白接近，对人类病毒感染具有抵抗作用，产品安全性较高［27-28］。在过去的几十年里，CHO细胞广泛用于合成一系列重组蛋白，这些蛋白已经被临床用于治疗许多人类疾病。

另外，基于CHO细胞进行重组药物和生物制药等方面的研究，给生物制药行业带来了巨大价值［29］。Kido等［30］研究发现，紫色杆菌素通过控制CHO细胞周期，提高重组免疫球蛋白G（immunoglobulin G，IgG）的产量，提示紫色杆菌素具有单抗生产增强剂的作用。Henry等［31］提出，抑制CHO细胞凋亡能够提高生物制药的产量。中国仓鼠肺（Chinese hamsters lung，CHL）细胞被广泛用于染色体畸变和遗传毒理研究。许多学者以CHL细胞为研究对象，探讨三七、黄连素、脂多糖和纳米银等药物及其他材质的细胞毒性和遗传毒性［32-33］。Liu等［34］在体外实验中运用CHL细胞证实，维生素D对环磷酰胺（cyclophosphamide）诱导的基因组和DNA损伤有拮抗作用。Yamano-Adachi等［35］比较CHL-YN细胞与CHO-K1细胞增殖速度，发现CHL细胞增殖比常规的CHO细胞和普通的哺乳动物细胞快得多，且IgG蛋白产量高，认为CHL-YN细胞是用于产生重组蛋白的最佳细胞系。

4 传染病学研究

中国仓鼠对多种细菌、病毒和寄生虫高度敏感，可作为病原感染研究的候选模型动物，广泛应用于传染病学研究。中国仓鼠最早被用于肺炎球菌研究，发现其对结核菌的感染效果好，症状出现早，致病明显，效果优于小鼠和豚鼠［36］。也有研究报告，在中国仓鼠体内发现鼠疫病毒抗体［37-38］。Ma等［39］发现，异嗜性白血病病毒相关病毒的宿主细胞系是CHO细胞。高法衡等［40］运用中国仓鼠经口途径感染牛付结核菌，成功构建了牛付结核菌的动物模型，该模型主要表现为在中国仓鼠肝、脾、肠管感染菌增殖，肠淋巴结发生病变。李存等［41］构建了稳定表达和分泌型IgA（sIgA）的CHO细胞系，发现在CHO细胞中成功表达了sIgA抗体。Chuan等［42］和Lu等［43］发现，中国仓鼠在检测白喉棒状杆菌毒力方面与豚鼠一样敏感且更可靠。贾西等［44］探究重组人抗狂犬病病毒单抗SO57和SOJB对不同狂犬病病毒株的作用，首先用街毒株SBD肌内注射中国仓鼠，4 h后注射抗体SO57或SOJB，结果显示剂量为100 U/kg的SO57能够完全保护被街毒株攻击的中国仓鼠，而SOJB也具有70%～80%的保护率。

此外，Luo等［45］使用中国仓鼠构建严重急性呼吸综合征冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV）感染动物模型，探讨马抗SARS-CoV中和性抗体对SARSCoV感染的防治作用。Luan等［46］通过分析血管紧张肽I转化酶2（angiotensinⅠconverting enzyme 2，ACE2）识别S蛋白关键残基，预测严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus2，SARS-CoV-2）的潜在宿主，发现在哺乳动物中包括宠物猫和犬、穿山甲及仓鼠中都保留来自SARS-CoV和SARS-CoV-2中S蛋白最关键的残基，提示利用中国仓鼠和金黄仓鼠构建SARS-CoV-2感染小动物模型成为可能。Bertzbach等［47］利用中国仓鼠建立了新型冠状病毒感染模型，研究表明中国仓鼠易受SARS-CoV-2感染，病毒在上呼吸道和下呼吸道可以快速复制，中国仓鼠伴有支气管炎和肺炎，感染后体质量显著下降，且与金黄仓鼠模型相比，中国仓鼠具有显著优势，包括临床症状明显、体积小、遗传数据鲜明。

另外，中国仓鼠具有建立感染巴贝西虫实验模型的潜能。叶莉等［48］通过腹腔注射含巴贝西虫的血液感染中国仓鼠，发现病原体可在中国仓鼠体内长期潜伏，且具有典型的蜱传寄生虫病特点。中国仓鼠对杜氏利什曼原虫也非常敏感，是理想的黑热病模型实验动物［49］。同时，中国仓鼠也是旋毛虫感染较为适宜的模型动物［50］。由此可见，中国仓鼠在传染病学研究中具有非常重要的作用。

5 其他研究

陈玲等［51］通过高脂膳食饲养并结合小剂量链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）腹腔注射构建了中国仓鼠的高糖高脂模型，研究发现高脂膳食单纯升高血脂，多次少量STZ可减缓中国仓鼠血糖升高，而且该模型出现一定的氧化应激损伤。郭长焕等［52］在中国仓鼠背部皮肤植入小室成功构建了微循环观察模型，观察发现其背部皮肤微动脉存在特有的自律运动波。

由于中国仓鼠体外受精完全依赖于自身卵丘细胞及其胞外基质（cumulus oophorus and matrix，COM），因此中国仓鼠是研究COM与受精关系较为理想的动物模型。袁玉英等［53］采用软骨染色液（阿利新蓝法）和放射免疫法测定中国仓鼠COM中糖胺多糖总量和孕酮含量，并采用精子穿卵实验探究精子的受精能力，结果发现卵子细胞外基质中糖胺多糖和孕酮可引起精子获能，促进顶体反应，从而提高受精能力。

中国仓鼠是研究动物行为的良好动物模型。高桂彬［54］以雄性中国仓鼠为实验对象，探究不同性格雄性中国仓鼠攻击行为的变化及其与大脑内五羟色胺1a受体（5-hydroxytryptamine 1A receptor，Htr1a）和五羟色胺1b受体（5-hydroxytryptamine 1B receptor，Htr1b）的关联性，研究发现Htr1a mRNA的表达量与不同性格的雄性中国仓鼠攻击行为相关，推测Htr1a可能参与雄性动物攻击行为的脑内调控。

6 问题与挑战

目前，以中国仓鼠为实验动物构建了与人类疾病非常相似的动物模型，并运用该模型进行相关疾病的发病机制研究已取得初步成果。中国仓鼠在生物医学研究中展现出了巨大的优势和广阔的应用前景。

由于中国仓鼠的研究历史较短，基础研究资料相对稀缺，国内外应用有局限性，与其他成熟的实验动物比较仍有许多不足。首先，虽然近交系中国仓鼠推动了遗传学、肿瘤学、免疫学等学科的发展，但由于其高度近交，导致隐性有害基因也高度纯合，后代生理功能的稳定性差，影响正常的繁殖，使保种传代比较困难。其次，中国仓鼠尚缺乏成熟、高效和特异的遗传操作技术与方法，目前尚未建立转基因及基因敲除等动物模型。开发转基因中国仓鼠，观察其生物学行为的变化，探究目的基因的生物学功能，揭示调控基因的效果仅仅是开始。另外，缺乏特异性强的诊断试剂，由于中国仓鼠特殊的分类学地位，现有动物和人的诊断试剂不能满足中国仓鼠实验需求，因此急需开发特异性强的检测试剂盒和方法，如制备适合中国仓鼠的特异性高的抗体、引物等。最后，中国仓鼠的肿瘤鉴定及肿瘤发展过程中的阶段性标志物检测也较为困难，极大地限制了中国仓鼠在相关研究领域的应用。

推动中国仓鼠在人类疾病模型中的研究，加强与国内外同行开展开发应用方面的合作，实现中国仓鼠最优化、更广泛的运用迫在眉睫。笔者认为，结合生物学特性数据开展定向培育，建立标准化实验动物的中国仓鼠模型种群，开发新的疾病模型，拓展新的应用，实现中国仓鼠资源共享是我们今后的工作重点。