中兽药创新研发与实验动物模型应用

魏媛媛张艳楠樊艺萌尕 玉王惠茹韩俊成郝智慧*

(1.中国农业大学动物医学院中兽药创新中心,北京 100081；2.新疆农业大学动物医学院, 乌鲁木齐 830000)

中兽药在动物保健、食品安全、公共卫生安全等方面起着重要作用。 应用中兽药防治动物疾病保障动物健康已有两千年的历史,随着当前规模化、标准化健康养殖的快速发展和人们生活水平的提高,与人类健康密切相关的兽医公共卫生安全问题的凸显,其所关注的减少动物源细菌耐药、保障动物源性食品安全、防控动物疫病都需要更好的发挥中兽药的作用。 如今,国内外越来越多的人开始认识、研究和应用中兽药[1]。 而实验动物在中兽药的创新研究尤其是现代中兽药的研究中扮演着重要的作用。 实验动物应用于中药研究已有两千多年的历史,早在公元前《国语》中就有用狗来验乌头毒性的记载[2-3]。 纵观中医药实验动物认知和使用的发展历程,先后经历了古代时期的学科萌芽阶段、随着现代科学实验方法体系的建立与发展的方法探索阶段、随着现代科学实验方法的融入、中医药特色实验动物方法建立的理论总结阶段以及中医药实验动物模型建立为标志的广泛应用阶段这4个阶段[4]。 综上,建立中兽药相关的动物模型对中兽药作用机制等相关问题的系统研究至关重要。下面本文将就中兽药创新研发中相关动物模型的发展与用途做一综述。

1 中兽药发展历史

中兽药起源,应追溯到一万年以前的原始社会,人们把野生动物驯化成家畜后,便逐渐将“神农”尝百草治疗人病的经验,引用于家畜。 唐代《司牧安骥集》卷二记载:“昔神农皇帝,创制药草八百余种,留传人间,救疗马病”,这是兽医古籍中有关兽医中药起源的最早记载。 兽医中药方剂的发展,是随着人医中药方剂不断积累而发展,在先秦时期很多古籍如《周礼》、《诗经》、《山海经》均有人畜通用药物记载,如《山海经》就记载了120 多种,如“流赭(代赭石)以涂牛马无病”等。 《神农本草经》初步奠定了人医中药和兽医中药(学)的理论基础,有“牛扁,杀牛虱小虫,又疗牛病”、“柳叶,主马疥痂疮”、“桐花,主付猪疮”等兽医用药的明确记载[4]；《流沙坠简》和《居延汉简》有十几篇记载着治马牛病的医方,并已有了汤剂、膏剂和丸剂应用。 随着中国兽药典的颁布,中兽药材与人用药真是分离开来,并对其靶动物及使用剂量有了明确规定。

2 中兽药产品研发现状

基于中兽药在动物疾病防治方面的有效性、应用前景与需求,新中兽药研发也在加快推进中。 近十年来获批的中兽药用于防病治病已有百余种。基于中兽药在动物促生长、保健方面的可行性和有效性,可在饲料中长期添加使用的中兽药近年来也有获批,有单方类和复方类,如博落回提取物、山花黄芩提取物散、女贞子提取物散、裸花紫珠末等。

通过对2011 年到2020 年这10 年间中国农业农村部获批的中兽药产品分析可以发现,中兽药产品的研发获批数量从2011 年到2016 年呈上升趋势,其中2016 年获批产品数最多,有15 项,从2016年到2018 年获批中兽药产品数量略有下降,而在2019 年到2020 年期间,中兽药产品数量有上升趋势。 在这10 年间,获批的中兽药产品数量是曲折而上升的趋势(图1)。

图1 2011～2020 年中国农业农村部获批中兽药品种的时间分布统计结果Figure 1 Statistical results of time distribution of veterinary drug varieties approved by the ministry of agriculture and rural areas of China from 2011 to 2020

2011 年到2020 年间获批的中兽药产品用于提高动物免疫力的产品最多,有28 种,占总产品数25.93%,其次是治疗鸡大肠杆菌病,有12 种,占比11.11%；仔猪白痢病8 种,占比7.41%(图2)。 对这期间获批的108 种中兽药产品的中药组成进行分析,发现黄芪使用最为频繁,出现频次27 次,占比25%,其次分别是黄芩(20,18.52%)、 板蓝根(15,13.89%)、黄连(14,12.96%)、甘草(13,12.04%),均高于平均频次(12.8)水平(图3)。 可见,目前中兽药研发中,补气类和清热类中药较常作为研发对象。

图2 2011～2020 年中国农业农村部获批新兽药品种用途分布前10 名统计结果Figure 2 Top 10 statistical results of application distribution of new veterinary drug varieties approved by the Ministry of agriculture and rural areas of China from 2011 to 2020

图3 2011～2020 年中国农业农村部获批新兽药品种中药分布前10 名统计结果Figure 3 Top 10 statistical results of traditional Chinese medicine distribution of new veterinary drugs approved by the Ministry of agriculture and rural areas of China from 2011 to 2020

3 中兽药创新研发中常用实验动物

实验动物主要用于急性毒性实验和长期毒性实验,也有极少部分的新药开发过程中将实验动物用于药效学实验和药理学实验[5]。 为了解近年来中兽药创新研究中实验动物模型的应用情况,笔者分别以近20 年农业农村部获批中兽药名称为关键词在中国知网(CNKI)进行检索,共检索到358 篇文献,排除靶动物及药学相关研究,从中得到与实验动物相关的47篇有效文献。 从检索结果来看,新中兽药新药研发过程中最常用的试验动物为小鼠和大鼠,此外,比格犬、家兔、SPF 鸡和猫也有少数的使用。

3.1 小鼠

啮齿类动物是新兽药研发过程中毒性实验的首选实验动物,这其中小鼠因其性状稳定,且价格便宜,被广泛应用[6]。 几乎所有中兽药新药研发的急性毒性实验均是使用小鼠完成[7-16],部分中兽药新药也用其进行长期慢性毒性实验,但由于其寿命较短的原因,在慢性毒性实验中的应用不如大鼠广泛。 此外,小鼠还被应用于胃肠蠕动实验、腹泻实验、抗炎实验和镇痛实验等多种药效学和药理学的实验中[11,14,17-25]。 具有代表性的应用见表1。

表1 实验动物小鼠在新兽药研发中的应用情况Table 1 Application of experimental animals and mice in the research and development of new veterinary drugs

3.2 大鼠

大鼠作为啮齿科类的实验动物,因为其体型合适,给药容易,采样方便,广泛用于中兽药的新药开发过程中的安全性评价研究,以及药效和药理学研究[29]。 而与小鼠不同的是大鼠价格较贵,但是寿命比小鼠长的多,因此,更多的适合用于长期的慢性毒性实验研究。 同样,大鼠也被用于抗炎抗菌药理实验和解热镇痛等相关药效学实验。 具有代表性的应用见表2。

表2 实验动物大鼠在新兽药研发中的应用情况Table 2 Application of experimental animals and rats in the research and development of new veterinary drugs

3.3 其他

除了啮齿类实验动物在中兽药新药研发中广泛应用,其他实验动物也可用于兽药研发过程中,但因为其价格比较昂贵,且遗传稳定比较差而受到限制。 不过也有少数中兽药研发过程中用到了其他实验动物,例如,比格犬,猫等就被用于呼吸系统和心血管系统毒性实验,以及部分药代动力学实验[45-47]；而家兔也可用于药代动力学的研究[48]。此外,SPF 鸡和SPF 猪可作为实验动物用于各种禽病和猪病的造模实验中[49-53],其具体情况见表3。

表3 其他实验动物在新兽药研发中的应用情况Table 3 Application of other experimental animals in the research and development of new veterinary drugs

4 讨论和小结

中兽药研究的进展依赖于使用实验动物模型作为临床假说的实验基础。 因为各种动物疾病的发生发展是非常复杂的,而直接使用靶动物探讨其发病机理及兽药疗效机理常会受到操作方面或者经济方面等的限制。 可以通过对实验动物的研究,进而推用到相应靶动物,以控制动物疾病发生及进展过程,降低畜牧业损失。

实验动物在中兽药研发中的应用可见于主要药效学研究,安全药理学研究以及毒性研究,其中毒性研究包括一般毒性实验(急性毒性实验、长期毒性实验)和特殊毒性实验(致突变实验、生殖毒性实验、致癌实验,特殊安全性等),目前中兽药研究中,多应用大小鼠模型进行药物毒性实验,药效学实验和药理学实验,其药理机制研究也多围绕于抗炎,抗氧化应激及凋亡相关方面[6],近些年研究者对各类细胞死亡方式,比如自噬、炎性坏死、焦亡等也有一定关注。 因为研发成本的问题,其他大型的实验动物很难应用到新型中兽药的开发中去。 而随着中兽药的深入研究,其他实验动物的应用也更加完善。 此外,兽药开发应用的实验动物多用于实验,而药理实验中实验动物模型的选择和评价仍存在以下问题:缺乏各种造模因素之间的对比研究,难以明确造模因素的选择。 研究者根据各自的理解,基于同一理论选择的中兽药、途径和强度差异较大,造模方法尚不成熟,存在“一因多证”。 模型评价主观性强,多数模型评价简单以动物表现出来的症状为依据,导致建立的模型认可度不高,各个实验间缺乏可比性。 实验动物模型与临床疾病变化表现并不完全相同,造模后多种表现交叠出现而难以明确区分,增加了模型评价的难度。 实验动物模型种类不足,相对于临床复杂多样的证候而言,现阶段能复制的实验动物模型,不能满足中兽药研究的需要。

目前中兽药的研发需要进一步深入研究动物模型评价方法,为病证结合动物模型提供一些客观化标准,突破目前的瓶颈,造模评定标准体系规范化,真正做到指标量化、客观化、宏微观相结合,不断发展。 构建出更加贴近临床实际符合统一规范的国际公认的实验动物模型。