大鼠模型的應(yīng)用介紹及常用大鼠模型合集

現(xiàn)在我們提到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，第一個(gè)想到的往往是小白鼠，我們?cè)谌粘Ｉ�活中也�?jīng)常戲稱(chēng)第一個(gè)嘗試新事物的人是“小白鼠”，可以說(shuō)小白鼠已經(jīng)成了動(dòng)物模型的代名詞。而實(shí)際上，大鼠才是第一個(gè)被用于科學(xué)研究的哺乳動(dòng)物。兩個(gè)世紀(jì)前，科學(xué)家就開(kāi)始使用大鼠來(lái)研究食物和缺氧對(duì)生理活動(dòng)的影響。
  然而在過(guò)去的幾十年間，小鼠模型更受科研工作者的青睞，這主要是由于在小鼠上進(jìn)行基因編輯更加容易，飼養(yǎng)小鼠需要的空間更小，花費(fèi)更低等原因。這么一說(shuō)好像大是原罪，但現(xiàn)在這恰恰也成為大鼠模型的主要優(yōu)勢(shì)之一，相較于小鼠，大鼠生理學(xué)與人類(lèi)更加相似，大鼠也非常適合進(jìn)行手術(shù)、需要連續(xù)抽血的藥物研究、移植研究等。

01 大鼠vs小鼠

基因：大鼠基因組大約有 27.5 億個(gè)堿基對(duì)，小于人類(lèi)基因組的 29 億個(gè)堿基對(duì)，略大于小鼠基因組的 26 億個(gè)堿基對(duì)。大鼠基因組大約包含了25000個(gè)基因，其中90%的基因與小鼠以及人類(lèi)的基因相匹配。幾乎所有已知與疾病相關(guān)的人類(lèi)基因在大鼠基因組中都能找到對(duì)應(yīng)基因，并且在哺乳動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中顯得高度保守。而大鼠有 21 對(duì)染色體，人類(lèi)有 23 對(duì)，小鼠有 20 對(duì)。而且三個(gè)物種的染色體通過(guò)大約 280 個(gè)序列相似的“同源區(qū)塊”相互關(guān)聯(lián)。大鼠的基因大約有10%是與小鼠共享的，然而人類(lèi)卻不具備這些基因，包括一些編碼嗅覺(jué)蛋白質(zhì)的基因。大鼠也擁有一些在小鼠身上沒(méi)有的基因，包括與免疫有關(guān)的基因、一些信息素（與性吸引力有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)）基因、部分參與蛋白質(zhì)分解的基因等。
 
體型：由于與人類(lèi)的生理具有很高的相似性，大鼠是許多實(shí)驗(yàn)的理想選擇。成年大鼠的體重是成年小鼠的十倍左右，這使它們成為涉及外科手術(shù)應(yīng)用的首選模型，尤其是涉及心血管、大腦和脊髓的研究。大鼠手術(shù)通常更容易，手術(shù)造成的組織損傷也更少，并且大鼠可以比小鼠攜帶更大重量的移植物，例如用于電生理學(xué)或光遺傳學(xué)的電子植入物。另一方面，大鼠更適合連續(xù)樣本收集，比如抽血等操作，能更好地跟蹤檢測(cè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生理變化數(shù)據(jù)，只需要更少的動(dòng)物就能獲得足夠的材料與數(shù)據(jù)。大鼠能提供足夠的分辨率，對(duì)它們進(jìn)行成像也更為有效。又因?yàn)榇笫蟊绕渌麖?fù)雜的哺乳動(dòng)物（如靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物）體型小、易飼養(yǎng)繁殖，它們也是更具性?xún)r(jià)比的選擇。
 
行為：大鼠在進(jìn)行操作時(shí)更容易處理并且表現(xiàn)出更少的應(yīng)激反應(yīng)。小鼠則更容易因反復(fù)的人為處理而承受壓力，并且更可能需要鎮(zhèn)靜劑進(jìn)行手術(shù)。大鼠社交性較小鼠更強(qiáng)，在學(xué)習(xí)認(rèn)知方面更為出色，與人類(lèi)行為更為接近。此外，小鼠和大鼠的大腦處理血清素和多巴胺的傳遞不同，這意味著它們?cè)诹?xí)慣形成、沖動(dòng)和其他與情緒、成癮和某些精神疾病相關(guān)的情況方面表現(xiàn)不同。

02 大鼠主要應(yīng)用領(lǐng)域

 2.1   心血管疾病研究
大鼠通常是首選的心血管研究嚙齒動(dòng)物模型。除了大鼠利于進(jìn)行手術(shù)操作這一主要優(yōu)勢(shì)以外，許多獨(dú)特的大鼠品系已被用來(lái)模擬人類(lèi)中風(fēng)、高血壓和心血管疾病的復(fù)雜性質(zhì)。如：自發(fā)高血壓大鼠模型（SHR）在很多方面與人類(lèi)高血壓相似，如遺傳因素、發(fā)病機(jī)制、高血壓心血管并發(fā)癥、對(duì)鹽敏感性等，已廣泛應(yīng)用于原發(fā)性高血壓及抗高血壓藥物篩選等研究。不過(guò)與人類(lèi)高血壓不同，SHR大鼠甲狀腺與免疫功能存在一定異常。
 
由于小鼠與人類(lèi)動(dòng)脈粥樣硬化的成因不同，小鼠動(dòng)脈粥樣硬化模型具有一定局限性。而大鼠對(duì)膳食膽固醇反應(yīng)低下，高膽固醇和高脂肪飲食的膽酸或硫氧嘧啶更容易誘發(fā)大鼠高脂血癥和動(dòng)脈粥樣硬化的形成。同時(shí)，在Ldlr和Apoe單、雙KO大鼠模型中，免疫反應(yīng)與代謝紊亂和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制直接相關(guān)，也模擬了人類(lèi)的情況。它們可用于研究炎癥、脂質(zhì)沉積和動(dòng)脈粥樣硬化的不同階段。

 2.2   糖尿病研究
I型糖尿病大鼠模型有：BB大鼠、LETL大鼠等；II型糖尿病大鼠模型有：GK大鼠、ZDF 大鼠、OLETF大鼠等。大多數(shù)II型糖尿病嚙齒動(dòng)物模型從胰島素抵抗到II型糖尿病伴隨著β細(xì)胞衰竭，繼發(fā)于肥胖，而GK大鼠是一種非超重多基因II型糖尿病模型，GK大鼠存在新生β細(xì)胞缺陷，當(dāng)出現(xiàn)慢性高血糖、炎癥和氧化應(yīng)激時(shí)，β細(xì)胞代謝和功能缺陷的后果是胰島結(jié)構(gòu)破壞和β細(xì)胞數(shù)降低，這使得GK大鼠成為研究β細(xì)胞衰竭與II型糖尿病之間相互聯(lián)系的模型。而在建立飲食誘導(dǎo)肥胖大鼠時(shí)，則需要注意品系之間存在的差異，如Sprague Dawley、Wistar、LongEvans等遠(yuǎn)交系大鼠，個(gè)體間可能存在相當(dāng)大的遺傳變異，因此要注意實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)。
 
 2.3   營(yíng)養(yǎng)代謝病研究
大鼠對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏敏感，可發(fā)生典型缺乏癥狀，是營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究使用最早、最多的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

 2.4   乳腺癌研究
大鼠和人類(lèi)乳腺癌癥表現(xiàn)出相似的發(fā)展和組織病理學(xué)特征。大鼠乳腺腫瘤的誘導(dǎo)和生長(zhǎng)強(qiáng)烈依賴(lài)激素，類(lèi)似于人類(lèi)乳腺腫瘤，并且似乎沒(méi)有病毒參與大鼠和人類(lèi)乳腺腫瘤的發(fā)生，這與小鼠乳腺腫瘤發(fā)生不同。大鼠乳腺腫瘤模型非常適合研究原位和侵襲性病變。此外，人類(lèi)乳腺癌和大鼠乳腺癌易感基因組區(qū)域之間存在廣泛重疊。

 2.5   關(guān)節(jié)炎
大鼠模型可用于研究類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 (RA) 的發(fā)病機(jī)制，因?yàn)榇笫髮?duì)用佐劑誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎異常敏感。除了注射經(jīng)典的完全弗氏佐劑外，注射不含分枝桿菌的礦物油和純佐劑（如鱟烷和角鯊烯），會(huì)在許多大鼠品系中誘發(fā)嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎，模擬慢性復(fù)發(fā)性疾病過(guò)程。而這些油佐劑本身在小鼠中則不會(huì)誘導(dǎo)類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎模型。礦物油是人類(lèi)類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的環(huán)境危險(xiǎn)因素之一，暴露與患病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。因此，大鼠提供了很好的RA動(dòng)物模型。
 
 2.6   神經(jīng)科學(xué)研究
大鼠和小鼠在社會(huì)認(rèn)知方面有很大不同，這在精神分裂癥、注意力缺陷障礙 (ADD)、自閉癥譜系障礙 (ASD) 和情緒障礙等疾病的研究中需要加以關(guān)注。大鼠往往喜歡和其他大鼠在一起，并且在社交場(chǎng)合中的領(lǐng)地意識(shí)和攻擊性較低，并且大鼠的行為更好地模仿了人類(lèi)的行為。例如，F(xiàn)MR1 基因中三個(gè)堿基對(duì)突變會(huì)導(dǎo)致脆性 X 綜合征，這是人類(lèi)遺傳性智力障礙的常見(jiàn)原因。當(dāng) FMR1 基因在小鼠中被敲除時(shí)，小鼠表現(xiàn)出更高的社會(huì)互動(dòng)，而FMR1基因在大鼠中被敲除時(shí)，大鼠會(huì)表現(xiàn)出社交行為減少，在社交游戲過(guò)程中發(fā)出較少的聲音。由此可見(jiàn)，在這項(xiàng)研究中大鼠是更合適的嚙齒動(dòng)物模型。
 
此外，大鼠和小鼠對(duì)酒精、尼古丁和 MDMA 的反應(yīng)已顯示出非常不同的反應(yīng)。大鼠在迷宮學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出更高水平的策略，并且具有更長(zhǎng)久更穩(wěn)定的表現(xiàn)。

神經(jīng)退行性疾病方面，由于大鼠大腦較大，與小鼠相比，在癡呆研究中重要的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方法更容易在大鼠中實(shí)現(xiàn)，如：插管 、微透析探針采樣等。大鼠可以方便地進(jìn)行體內(nèi)電生理記錄或腦脊液連續(xù)取樣以檢測(cè)生物標(biāo)志物。體內(nèi)腦成像技術(shù)，例如 MRI和 PET可以評(píng)估神經(jīng)變性的程度和過(guò)程，在大鼠中具有更好的空間分辨率。基因表達(dá)的差異，比如：成年人和大鼠的大腦同時(shí)表達(dá) 3R 和 4R tau 亞型，而成年小鼠大腦僅表達(dá) 4R tau，也表明與小鼠相比，大鼠可能是神經(jīng)退行性疾病的有利模型。

 2.7   藥物研發(fā)與毒理藥理學(xué)研究
大鼠一直是毒理學(xué)研究與藥物安全性評(píng)價(jià)的常用動(dòng)物模型。隨著基因編輯手段在大鼠中的應(yīng)用不斷深入，有越來(lái)越多的基因工程大鼠模型參與到藥物的臨床前藥效評(píng)價(jià)與安全性評(píng)價(jià)中，例如：基因敲除大鼠模型、免疫缺陷大鼠模型、人源化大鼠模型等等。Shank-3缺失大鼠模型成功模擬了人類(lèi) Phelan-McDermid 綜合征，并在應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)了催產(chǎn)素的治療作用，目前正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。

03 常用大鼠模型

 3.1   免疫缺陷大鼠模型
目前，免疫缺陷小鼠模型在科研領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但小鼠模型存在體型小、血液等樣本少、小鼠手術(shù)難度高等不足。大鼠體型大，可收集到的樣本多，血液樣本多，移植手術(shù)難度低，這些優(yōu)點(diǎn)很好的彌補(bǔ)了小鼠的不足。更加重要的是，大鼠在藥理、毒理實(shí)驗(yàn)等方面已有著廣泛應(yīng)用，可以直接對(duì)接臨床前研究。
 
Nude大鼠（Foxn1^-/-）
南模貨號(hào)：NR-KO-190002*
Nude大鼠(具有Foxn1突變) 先天無(wú)胸腺，缺乏功能性T淋巴細(xì)胞發(fā)育場(chǎng)所，具有嚴(yán)重的先天細(xì)胞免疫缺陷。由于依然保留正常的B細(xì)胞、NK細(xì)胞以及固有免疫，裸大鼠可在開(kāi)放的環(huán)境下生存4~9個(gè)月，而在SPF環(huán)境中其壽命可延長(zhǎng)至1.5~2年，甚至更長(zhǎng)。在腫瘤移植領(lǐng)域，Nude大鼠上可以移植胃癌、胰腺癌、黑色素瘤、乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等各種腫瘤，為腫瘤生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、腫瘤轉(zhuǎn)移和藥物研發(fā)等提供了大量參考數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

SDR大鼠(Rag2^-/-)
南模貨號(hào)：NR-KO-190001*
Rag2 缺失的免疫缺陷大鼠(命名為SDR)，無(wú)成熟T細(xì)胞和B細(xì)胞，NK細(xì)胞顯著增多，具有正常巨噬細(xì)胞。皮下移植人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞(U87MG)、非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞(H358)、卵巢癌細(xì)胞(OV81)和復(fù)發(fā)性子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞 (OV185)，均能在SDR大鼠中成功建立人源腫瘤細(xì)胞系異種移植(CDX)模型，而且腫瘤的生長(zhǎng)速率顯著高于小鼠模型。由于NK細(xì)胞的補(bǔ)償性增多等原因，SDR大鼠接受更多腫瘤類(lèi)型的能力受到限制。

SRG大鼠(Rag2^-/-IL2rg^-/-)
南模貨號(hào)：NR-KO-210360*
SRG免疫缺陷大鼠是敲除SD大鼠的Rag2 和Il2rg兩個(gè)基因獲得的基因修飾模型，該模型無(wú)成熟T細(xì)胞和B細(xì)胞，無(wú)NK細(xì)胞，無(wú)生長(zhǎng)抑制，排斥造血干細(xì)胞。PDX模型顯示SRG大鼠對(duì)于非小細(xì)胞肺癌有著較高的植入率，并且生長(zhǎng)的腫瘤保留了與原始患者樣品高度一致的組織病理特性。

 3.2   Cre工具大鼠模型
條件性基因敲除或敲入在小鼠模型中已經(jīng)被廣泛使用，但在大鼠中由于帶有Cre重組酶的工具大鼠品系較少，因此使用較少。南模生物通過(guò)大鼠基因敲入技術(shù)，研發(fā)出一系列組織特異性Cre工具大鼠，為研究人員提供更多選擇與手段。詳見(jiàn)下表：
 
部分Cre工具大鼠已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，如：Camk2a-IRES-Cre(SD)。 Camk2a-Cre/+; R26-Loxp-tdTomato-Loxp-EGFP/+雙轉(zhuǎn)基因鼠，可在腦部檢測(cè)到EGFP的表達(dá)，證明Camk2a-(iCre)大鼠可以成為實(shí)現(xiàn)Camk2a陽(yáng)性細(xì)胞特異性敲除或表達(dá)的工具鼠

 3.3  心血管與脂代謝疾病大鼠模型
載脂蛋白 E (ApoE) 是一種必需的血漿載脂蛋白，在人體中具有三種同工型（E2、E3 和 E4）。E2 與 III 型遺傳性高脂蛋白血癥有關(guān)。E4是阿爾茨海默�。ˋD）和冠心�。–HD）的主要易感基因。ApoE 敲除 (ApoE KO) 大鼠和不同人源APOE亞型敲入 (hAPOE) 大鼠可作為代謝、阿爾茨海默病和心血管疾病 (CVD)研究的合適工具。
 
有研究發(fā)現(xiàn)hAPOE2 大鼠具有更高的血清總膽固醇 (TC)、總甘油三酯 (TG) ，在 hAPOE2 大鼠的主動(dòng)脈根部還能發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化病變，約一半的 hAPOE2 大鼠會(huì)發(fā)展為肝結(jié)節(jié)性肝硬化。此外，短期的高脂飲食 (PD) 會(huì)導(dǎo)致 hAPOE2 和 ApoE KO 大鼠過(guò)早死亡，而hAPOE4 大鼠在 4 個(gè)月 PD 飲食中可觀察到冠狀動(dòng)脈和肺動(dòng)脈的嚴(yán)重血管壁增厚。這些研究結(jié)果證實(shí)了Apoe-KO(SD)(NR-KO-190003)*，hAPOE4(SD)(NR-HU-215005)*，hAPOE2(SD)(NR-HU-215063)*，hAPOE3(SD)(NR-HU-215064)*等大鼠模型是進(jìn)行代謝研究的合適工具。

 3.4   阿爾茨海默癥大鼠模型
hAPP mutation(SD)
南模貨號(hào)：NR-HU-225063*
大鼠更適合被用于行為學(xué)測(cè)試和其他神經(jīng)退行性疾病研究手段。淀粉樣前體蛋白 (APP)突變會(huì)導(dǎo)致家族性阿爾茨海默病 (AD)。內(nèi)源性 App 大鼠等位基因中攜帶人源化 App及突變序列的大鼠（hAPP和hAPP mutation大鼠）可用于研究人類(lèi) Aβ的致病機(jī)制。
 
 3.5   藥物研發(fā)大鼠模型
hFCRN(SD)
南模貨號(hào)：NR-HU-200002*
FcRn是IgG和白蛋白的特異性受體，由MHCⅠ類(lèi)相關(guān)分子和β2微球蛋白組成。FcRn通過(guò)酸堿度依賴(lài)的方式與IgG和白蛋白結(jié)合，維持IgG和白蛋白在血漿中的濃度，實(shí)現(xiàn)兩者的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。細(xì)胞通過(guò)內(nèi)吞作用，將血清中的IgG攝入細(xì)胞內(nèi)。沒(méi)能與FcRn結(jié)合的蛋白會(huì)在溶酶體中被降解，而與FcRn結(jié)合的IgG則會(huì)被釋放回血液循環(huán)中，從而延長(zhǎng)其半衰期。此外，F(xiàn)cRn可以結(jié)合并促進(jìn)IgG-抗原復(fù)合物多聚體的降解，增強(qiáng)抗原提呈細(xì)胞的抗原提呈作用。以FcRn為靶點(diǎn)的藥物在臨床上有巨大潛力，如在自身免疫病的治療中，抗FcRn抗體通過(guò)阻斷FcRn介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)IgG再循環(huán)途徑精準(zhǔn)靶向致病性抗體。因此，F(xiàn)cRn人源化大鼠模型為預(yù)測(cè)藥代動(dòng)力學(xué)、助力靶向FcRn小分子和抗體藥物研發(fā)提供了更多元的選擇。

注：上述帶“*”的大鼠品系的表型數(shù)據(jù)來(lái)自相似模型的參考文獻(xiàn)，相應(yīng)大鼠的表型與文獻(xiàn)可能會(huì)有所差異。

04 南模生物大鼠定制服務(wù)
南模生物擁有成熟的基因編輯技術(shù)平臺(tái)，經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，可提供多種大鼠定制化模型服務(wù)，如大鼠基因敲除、條件性敲除、點(diǎn)突變、基因敲入、人源化、基因過(guò)表達(dá)等，有需要的小伙伴歡迎聯(lián)系我們~