大鼠模型的應(yīng)用介紹及常用大鼠模型合集

現(xiàn)在我們提到實驗動物，第一個想到的往往是小白鼠，我們在日常生活中也經(jīng)常戲稱第一個嘗試新事物的人是“小白鼠”，可以說小白鼠已經(jīng)成了動物模型的代名詞。而實際上，大鼠才是第一個被用于科學(xué)研究的哺乳動物。兩個世紀前，科學(xué)家就開始使用大鼠來研究食物和缺氧對生理活動的影響。
  然而在過去的幾十年間，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行基因編輯更加容易，飼養(yǎng)小鼠需要的空間更小，花費更低等原因。這么一說好像大是原罪，但現(xiàn)在這恰恰也成為大鼠模型的主要優(yōu)勢之一，相較于小鼠，大鼠生理學(xué)與人類更加相似，大鼠也非常適合進行手術(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 億個堿基對，小于人類基因組的 29 億個堿基對，略大于小鼠基因組的 26 億個堿基對。大鼠基因組大約包含了25000個基因，其中90%的基因與小鼠以及人類的基因相匹配。幾乎所有已知與疾病相關(guān)的人類基因在大鼠基因組中都能找到對應(yīng)基因，并且在哺乳動物進化過程中顯得高度保守。而大鼠有 21 對染色體，人類有 23 對，小鼠有 20 對。而且三個物種的染色體通過大約 280 個序列相似的“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，然而人類卻不具備這些基因，包括一些編碼嗅覺蛋白質(zhì)的基因。大鼠也擁有一些在小鼠身上沒有的基因，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：由于與人類的生理具有很高的相似性，大鼠是許多實驗的理想選擇。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，能更好地跟蹤檢測實驗動物生理變化數(shù)據(jù)，只需要更少的動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，對它們進行成像也更為有效。又因為大鼠比其他復(fù)雜的哺乳動物（如靈長類動物）體型小、易飼養(yǎng)繁殖，它們也是更具性價比的選擇。
 
行為：大鼠在進行操作時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)靜劑進行手術(shù)。大鼠社交性較小鼠更強，在學(xué)習(xí)認知方面更為出色，與人類行為更為接近。此外，小鼠和大鼠的大腦處理血清素和多巴胺的傳遞不同，這意味著它們在習(xí)慣形成、沖動和其他與情緒、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物模型。除了大鼠利于進行手術(shù)操作這一主要優(yōu)勢以外，許多獨特的大鼠品系已被用來模擬人類中風(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）在很多方面與人類高血壓相似，如遺傳因素、發(fā)病機制、高血壓心血管并發(fā)癥、對鹽敏感性等，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。不過與人類高血壓不同，SHR大鼠甲狀腺與免疫功能存在一定異常。
 
由于小鼠與人類動脈粥樣硬化的成因不同，小鼠動脈粥樣硬化模型具有一定局限性。而大鼠對膳食膽固醇反應(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)大鼠高脂血癥和動脈粥樣硬化的形成。同時，在Ldlr和Apoe單、雙KO大鼠模型中，免疫反應(yīng)與代謝紊亂和動脈粥樣硬化的發(fā)病機制直接相關(guān)，也模擬了人類的情況。它們可用于研究炎癥、脂質(zhì)沉積和動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型糖尿病嚙齒動物模型從胰島素抵抗到II型糖尿病伴隨著β細胞衰竭，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細胞缺陷，當出現(xiàn)慢性高血糖、炎癥和氧化應(yīng)激時，β細胞代謝和功能缺陷的后果是胰島結(jié)構(gòu)破壞和β細胞數(shù)降低，這使得GK大鼠成為研究β細胞衰竭與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，則需要注意品系之間存在的差異，如Sprague Dawley、Wistar、LongEvans等遠交系大鼠，個體間可能存在相當大的遺傳變異，因此要注意實驗樣本數(shù)。
 
 2.3   營養(yǎng)代謝病研究
大鼠對營養(yǎng)物質(zhì)缺乏敏感，可發(fā)生典型缺乏癥狀，是營養(yǎng)學(xué)研究使用最早、最多的實驗動物。

 2.4   乳腺癌研究
大鼠和人類乳腺癌癥表現(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)和生長強烈依賴激素，類似于人類乳腺腫瘤，并且似乎沒有病毒參與大鼠和人類乳腺腫瘤的發(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風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 (RA) 的發(fā)病機制，因為大鼠對用佐劑誘導(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），會在許多大鼠品系中誘發(fā)嚴重的關(guān)節(jié)炎，模擬慢性復(fù)發(fā)性疾病過程。而這些油佐劑本身在小鼠中則不會誘導(dǎo)類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎模型。礦物油是人類類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的環(huán)境危險因素之一，暴露與患病風(fēng)險增加有關(guān)。因此，大鼠提供了很好的RA動物模型。
 
 2.6   神經(jīng)科學(xué)研究
大鼠和小鼠在社會認知方面有很大不同，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，并且在社交場合中的領(lǐng)地意識和攻擊性較低，并且大鼠的行為更好地模仿了人類的行為。例如，F(xiàn)MR1 基因中三個堿基對突變會導(dǎo)致脆性 X 綜合征，這是人類遺傳性智力障礙的常見原因。當 FMR1 基因在小鼠中被敲除時，小鼠表現(xiàn)出更高的社會互動，而FMR1基因在大鼠中被敲除時，大鼠會表現(xiàn)出社交行為減少，在社交游戲過程中發(fā)出較少的聲音。由此可見，在這項研究中大鼠是更合適的嚙齒動物模型。
 
此外，大鼠和小鼠對酒精、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實驗方法更容易在大鼠中實現(xiàn)，如：插管 、微透析探針采樣等。大鼠可以方便地進行體內(nèi)電生理記錄或腦脊液連續(xù)取樣以檢測生物標志物。體內(nèi)腦成像技術(shù)，例如 MRI和 PET可以評估神經(jīng)變性的程度和過程，在大鼠中具有更好的空間分辨率�；�因表達的差異，比如：成年人和大鼠的大腦同時表達 3R 和 4R tau 亞型，而成年小鼠大腦僅表達 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價的常用動物模型。隨著基因編輯手段在大鼠中的應(yīng)用不斷深入，有越來越多的基因工程大鼠模型參與到藥物的臨床前藥效評價與安全性評價中，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 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，目前正在進行臨床試驗。

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)點很好的彌補了小鼠的不足。更加重要的是，大鼠在藥理、毒理實驗等方面已有著廣泛應(yīng)用，可以直接對接臨床前研究。
 
Nude大鼠（Foxn1^-/-）
南模貨號：NR-KO-190002*
Nude大鼠(具有Foxn1突變) 先天無胸腺，缺乏功能性T淋巴細胞發(fā)育場所，具有嚴重的先天細胞免疫缺陷。由于依然保留正常的B細胞、NK細胞以及固有免疫，裸大鼠可在開放的環(huán)境下生存4~9個月，而在SPF環(huán)境中其壽命可延長至1.5~2年，甚至更長。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、非小細胞肺癌和膠質(zhì)母細胞瘤等各種腫瘤，為腫瘤生長動力學(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。

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

SRG大鼠(Rag2^-/-IL2rg^-/-)
南模貨號：NR-KO-210360*
SRG免疫缺陷大鼠是敲除SD大鼠的Rag2 和Il2rg兩個基因獲得的基因修飾模型，該模型無成熟T細胞和B細胞，無NK細胞，無生長抑制，排斥造血干細胞。PDX模型顯示SRG大鼠對于非小細胞肺癌有著較高的植入率，并且生長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。詳見下表：
 
部分Cre工具大鼠已經(jīng)過驗證，如：Camk2a-IRES-Cre(SD)。 Camk2a-Cre/+; R26-Loxp-tdTomato-Loxp-EGFP/+雙轉(zhuǎn)基因鼠，可在腦部檢測到EGFP的表達，證明Camk2a-(iCre)大鼠可以成為實現(xiàn)Camk2a陽性細胞特異性敲除或表達的工具鼠

 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是阿爾茨海默病（AD）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 大鼠的主動脈根部還能發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化病變，約一半的 hAPOE2 大鼠會發(fā)展為肝結(jié)節(jié)性肝硬化。此外，短期的高脂飲食 (PD) 會導(dǎo)致 hAPOE2 和 ApoE KO 大鼠過早死亡，而hAPOE4 大鼠在 4 個月 PD 飲食中可觀察到冠狀動脈和肺動脈的嚴重血管壁增厚。這些研究結(jié)果證實了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：NR-HU-225063*
大鼠更適合被用于行為學(xué)測試和其他神經(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 Aβ的致病機制。
 
 3.5   藥物研發(fā)大鼠模型
hFCRN(SD)
南模貨號：NR-HU-200002*
FcRn是IgG和白蛋白的特異性受體，由MHCⅠ類相關(guān)分子和β2微球蛋白組成。FcRn通過酸堿度依賴的方式與IgG和白蛋白結(jié)合，維持IgG和白蛋白在血漿中的濃度，實現(xiàn)兩者的跨膜轉(zhuǎn)運。細胞通過內(nèi)吞作用，將血清中的IgG攝入細胞內(nèi)。沒能與FcRn結(jié)合的蛋白會在溶酶體中被降解，而與FcRn結(jié)合的IgG則會被釋放回血液循環(huán)中，從而延長其半衰期。此外，F(xiàn)cRn可以結(jié)合并促進IgG-抗原復(fù)合物多聚體的降解，增強抗原提呈細胞的抗原提呈作用。以FcRn為靶點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抗體通過阻斷FcRn介導(dǎo)的細胞內(nèi)IgG再循環(huán)途徑精準靶向致病性抗體。因此，F(xiàn)cRn人源化大鼠模型為預(yù)測藥代動力學(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)來自相似模型的參考文獻，相應(yīng)大鼠的表型與文獻可能會有所差異。

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，經(jīng)驗豐富的研發(fā)團隊，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、點突變、基因敲入、人源化、基因過表達等，有需要的小伙伴歡迎聯(lián)系我們~