模型动物、动物模型与模式生物之辨析*

王欣宇 姜 兰

（1东北师范大学附属中学 吉林长春 130021 2东北师范大学教育学部 吉林长春 130024）

模型动物、动物模型和模式生物的辨析是学生了解生物学研究的重要基础，可帮助学生提高对单一变量原则的认识，了解生物学发展过程中一些重要实验材料的选取原因，进一步促进学生对生物学实验设计和实施的理解。本文以模型动物、动物模型和模式生物相关研究成果为依据，通过梳理常见的学术论著中对这三者的表述进行辨析。

1 模型动物与动物模型的比较

1.1 模型动物 模型动物在有关实验动物的专著和论文中比较常见，但其定义却比较少见。例如，方厚华[1]在《医学实验模型动物》一书中提出：模型动物属于动物模型范畴，但它属于在自然条件下发病的动物，所表现出的性状与生俱来，而非人为刻意诱发所致。而且这种性状具有遗传性，能通过遗传育种得以固定和延续。患先天性疾病的模型动物表现出的性状与人类相似，所以，模型动物除了可与诱发性动物模型一样，用作病态学研究之外，最主要的是能用于病因学和病理学的研究。由定义可知，模型动物是动物模型的下位定义。但该书后续的阐述中，模型动物和动物模型这2个概念的使用几乎没有区别。

1.2 动物模型 动物模型是涉及实验动物的专著和论文中使用最多的词汇。在专著中使用时，该名词几乎都有定义。例如，生物医学科学研究中所建立的具有人类疾病模拟性表现的动物疾病材料[2]；再如，人们利用动物模拟研究并解释生命的系统与过程[3]。动物模型对探寻人类或其他生物的调节机制、发病机制、增强对生命的理解、寻求治疗方案都有重要作用。在秦川[3]的《医学实验动物学》中，只对动物模型给予明确的定义，对模型动物没有定义。在阐述的过程中，对模型动物和动物模型没有明确区分，在行文中基本混用。在杨婷等[4]的《疾病模型动物简介》中，这2个概念也是混用的。

由此可认为，模型动物和动物模型基本是同一含义的概念，在表述时可混用。在众多文献中，使用动物模型的相对比较多。笔者建议教材中使用动物模型的表述方式。

2 动物模型（或模型动物）的意义、分类和应用

2.1 动物模型的意义

1）替代性：很多疾病，例如，肿瘤、艾滋病等以人类作为重复试验的研究对象不符合法律和伦理道德，此时以动物作为替代性研究对象，有利于研究相应疾病。

2）可比较性：人类疾病起因复杂，人类本身又具有基因多态性，同一种疾病可能在不同人类个体上出现不同的表现形式。使用动物模型可做到同样的疾病、同时处理，提高实验的可重复性和可比较性。

3）时效性：应用动物模型可缩短实验所用的时间，在实验中缩短病程、控制和排除一些实验条件，从而让实验结果更具有说服力。

2.2 动物模型的分类

2.2.1 按照动物模型的来源分类 自发性动物模型（spontaneous animal model），动物自发产生的疾病。这种模型最接近疾病发生的真实情况，但数量相对较少。

诱发性动物模型（induced animal model），人工诱导动物产生相应的疾病。这种动物模型应用最为广泛，例如，作为研究肝脏疾病的动物模型[6]、糖尿病动物模型等[7]。

2.2.2 按照动物模型的分类学地位分类 遵循生物分类学的划分方法，例如，对哺乳动物可分为单孔目、有袋目、灵长目、偶蹄目等。

2.2.3 按照动物模型的微生物控制程度分类例如，无菌动物，以封闭的无菌技术取得，用现有方法不能检出任何微生物和寄生虫的动物；悉生动物，确知所带的微生物且经特殊饲养的动物；SPF（specific pathogen free）动物，没有指定的致病性微生物和寄生虫的动物；清洁动物，不明确所带的微生物、寄生虫，但不带有人畜共患的传染病病原体的动物[7]。

2.3 动物模型的应用 建立与人类相似的动物模型是研究人类相关问题的重要途径。目前，应用比较成熟的动物模型主要包括鼠类动物模型、雪貂（Anglo mink）动物模型、恒河猴（Macaca mulatta）动物模型等。

鼠类因其体型小、易饲养而成为众多实验的良好材料。鼠类可作为多种研究的模式动物，例如，对高血压、高血脂等进行研究[8]，作为糖尿病[9]、肝性脑病[10]、咳嗽[11]等研究的动物模型；还可作为转基因动物的模型动物。

雪貂体型相对较小，性成熟周期短（6个月），其肺脏解剖学和细胞生物学特征与人类非常相似，可作为研究人类肺部疾病的动物模型[12]，例如，用于研究囊性纤维化[13]。

恒河猴模型与人类有相似的代谢和生理学特征[14]，是研究很多人类疾病的良好动物模型。

没有一种动物模型能完全复制人类疾病，模型实验结论的正确性只是相对的，最终必须在人体得到验证。同时，也不能滥用实验用动物，应该尽可能遵循“3R”理论，即减少（reduction）、替换（replacement）和优化（refinement）。

3 模式生物与动物模型（或模型动物）的比较

模式生物是指由于生物进化的保守性，以及生物界中遗传密码的通用性，生命发育的基本模式呈现很大程度上的同一性；这些特性为利用进化程度相对较低的物种研究进化程度相对较高的物种的规律提供了可能。可帮助人们在一定程度、一定范围内理解生命世界的一般规律。这些相对简单且受到普遍研究的生物统称为模式生物[15]。一般模式生物都完成了基因组测序，人们对其了解的程度更加深入。目前，拟南芥（Arabidopsis thaliana）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、线虫（Caenorhabditis elegans）、果蝇（Drosophila）、斑 马 鱼（Danio rerio）、小 鼠（Mus musculus）等是公认的模式生物。

模式生物是指一个认识较为深入，同时又具有基因背景单一或繁殖迅速等特性的，可进行有代表性研究的生物物种，例如，小鼠。动物模型应该是指具体研究的模型，例如，糖尿病视网膜病变大鼠（Rattus norvegicus）模型。模式生物可认为是研究得比较深入、基本达成共识的特殊的动物模型。二者存在一些区别，详见表1。

表1 模式生物与动物模型的区别

4 模式生物的意义、分类和应用

4.1 模式生物的意义

1）替代性：在生命科学领域，针对难以直接开展的人的临床试验，有些珍稀或不易操作的动物，都可相应地选择在性状或遗传具有一定相似性的生物替代，也可称为模式生物，模式生物应具备更科学、准确和重复性好的特点[16]。

2）启发性：基于进化上的基因保守性，研究模式生物对于人类的研究有重大启发意义。

4.2 模式生物的分类 按照生物种类不同，可分为模式动物、模式植物和模式微生物。典型的模式动物包括线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠等，典型的模式植物包括拟南芥等，典型的模式微生物包括大肠杆菌（Escherichia coli）、酿酒酵母等。

4.3 模式生物的应用 模式生物在遗传学和发育生物学领域中应用广泛。例如，果蝇、斑马鱼具有自身繁殖相对迅速、成熟周期短等优点，许多研究建立了针对它们的点突变技术、基因敲除技术、基因沉默技术等，使得全世界的研究者有了相互交流的“共同语言”。小鼠作为哺乳动物，因与人类有相对较近的亲缘关系，成为研究人类的基因表达、个体发育、疾病等方面的发展得最详尽的模式生物。

5 小结

通过以上对动物模型、模型动物与模式生物3个概念的辨析可知，模式生物、动物模型、模型动物三者之间既有区别，也有联系。动物模型与模型动物内涵基本相同，基本可混用，在动物学研究和医学领域使用动物模型的表述方式比较多。而模式生物可认为也是一种动物模型，只不过研究得更加深入，在医学和生物学研究中共识度更高。