我国小型猪种质资源丰富,具有品种多样、遗传稳定、体型小等特点,具有易于实验操作、易于微生物控制、饲养成本低等优点,逐渐成为生命科学研究中的重要实验动物。近年来,国家也加大了在小型猪资源保存和开发应用领域的投入,加速了我国小型猪实验动物化的进程。目前,已经进行实验动物化的小型猪品种包括西藏小型猪、版纳微型猪、贵州小型猪、中国农大小型猪、五指山小型猪、广西巴马小型猪和滇南小耳猪等[1]。相信随着我国小型猪开发应用研究的不断深入,对于促进我国生物医药领域原创性研究成果的形成和科研水平的提高具有重要意义。

1小型猪在心血管疾病模型方面的研究

血管疾病主要是由于心脏及血管病变而引起的一系列疾病,包括心脏病、高血压病、高脂血症等,具有发病率高、致残率高、死亡率高、复发率高、并发症多等特点。目前,在我国居民的死亡谱中,心血管疾病已经成为仅次于恶性肿瘤的第二号杀手,而且每年还有数以万计的人因患该病导致残疾。为了控制心血管疾病对人类生命健康的危害,科学家们一直在探索心血管疾病的发生、发展机理和治疗措施。毕建忠等[2]采用大球囊扩张小型猪一侧颈总动脉后高脂饲养的方法成功建立小型猪颈动脉粥样硬化狭窄的动物模型,其超声结果显示球囊扩张侧均出现不同程度的动脉粥样硬化并管腔狭窄,病理显示损伤侧颈总动脉明显粥样斑块形成,血管壁各层改变符合动脉粥样硬化特点。猪的心脏大小和冠脉循环与人类相似,堵闭冠状动脉分支后形成的心肌梗死模型与人心肌梗死病变有很大相似性,对临床研究心肌梗死的病理生理、治疗方法有重要意义。陈欣等[3]将栓子推注到雄性贵州小型猪冠脉左前降支以期建立心肌梗塞模型,术后5周进行病理检查,结果显示,9只受术猪均形成心肌梗塞,3只死亡,6只存活,存活率为66.7%;且病理检查均见瘢痕形成。由此可见,应用介入栓塞法建立小型猪心肌梗塞模型是可行,并能为心肌梗塞诊治研究提供稳定的动物模型。蒋益波等[4]应用经皮腔内冠状动脉成形术球囊封堵猪冠状动脉成功建立猪急性心肌梗死模型,并能保持封堵冠状动脉通畅。该法与开胸法相比更接近人体状态,具有创伤小、动物生存时间长并易于术后饲养等优点。董晓英等[5]采用硝酸甘油注射液及低分子右旋糖酐耳大静脉给药的方法,以探讨通过药物改变血流动力学影响脉搏的方法建立小型猪脉滑变动物模型,结果显示,该建模方法可靠简便、损伤小、重复性好,可用于小型猪脉诊研究。

2小型猪在代谢性疾病等模型方面的研究

小型猪的营养吸收和胃肠道结构、新陈代谢机制,以及糖的吸收、转运和利用等方面与人类相似;此外,猪的胰腺发育和形态也与人类相似。因此,用小型猪制作的消化系统疾病动物模型与其他同类动物模型相比有独特的优点。RolandssonO等[6]给雌性小型猪注射低剂量链脲佐菌素成功诱导具有类似人类Ⅰ型糖尿病末期特征的小型猪糖尿病模型。LeeL等[7]将改良的动脉粥样化饮食饲喂Ossabaw小型猪,24周后检测发现,Ossabaw小型猪患有严重的代谢综合症和与人类极其相似的非酒精性的肝硬化。席守民等[8]采用高脂高糖饲料饲喂贵州小型猪3个月后,观察其体重、血糖、胰岛素及血脂的变化,结果显示,贵州小型猪出现明显的高血糖症和高脂血症,并可用此来建立Ⅱ型糖尿病动物模型。田宇瑛等[9]用360mL/L冰乙酸给五指山小型猪灌胃,3h后肉眼观察胃内壁隆起呈明显白黄色、严重缺血坏死状态,镜下显示胃溃疡组织黏膜上皮层损伤严重,部分区域黏膜上皮层完全消失,暴露出固有膜组织。研究结果显示,360mL/L冰乙酸灌胃可成功复制小型猪胃溃疡模型。

3小型猪在皮肤烧伤模型方面的研究

猪的皮肤在形态学、生理学与药理学上与人非常相似,包括体表毛发的疏密、表皮厚薄、表皮具有的脂肪层、表皮形态学和增生动力学、烧伤皮肤的体液和代谢变化机制等,故猪是进行实验烧(烫)伤研究的较理想动物。同时小型猪也有望发展成为皮肤毒理学替代试验的理想模型而成为常规方法用于药物、化学品等产品的安全测试和相关科学研究[10]。BeckerST等[11]用小型猪背部两侧全层皮片进行自体交叉移植,移植后的皮片分别用加压敷料和用促皮片血管再生的生长因子处理的真空敷料处理,以比较两种不同敷料对移植皮片血管再生的影响,结果显示,用促皮片血管再生的生长因子处理的真空敷料处理对移植皮片的血管再生有较好的促进作用。AgayD等[12]采用骨髓间充质干细胞移植法治疗哥廷根小型猪因60Co放射所致上皮放射损伤综合症,取得良好效果。孙同柱等[13]采用自制恒温烫伤装置,设置烫伤温度为100℃,烫伤时间为15s,可复制小型猪典型的小面积深Ⅱ°烫伤模型。为探讨小型猪严重烧伤后6h内切痂(即超早期切痂)的可行性,刘军等[14]对Ⅲ°烫伤的中国实验用小型猪进行血流动力学和血液流变学研究,结果显示,超早期切痂可使小型猪在围手术期内血流动力学更加平稳,对血液流变学也无不良影响,由此认为超早期切痂对大面积烧伤创面早期修复及临床治愈率提高有重要的指导意义。

4小型猪异种器官/组织移植方面的研究

由于人源供体的严重短缺,使人们将目光投向了异种移植。小型猪在解剖学、生理学特性、营养代谢等方面与人极其相似,以及随着移植医学和免疫学的深入研究,到目前为止,小型猪被选定为最适合的异种移植供体。小型猪-人异种器官/细胞移植是当今生物医学领域带有国际性的难题和研究的热点之一。目前,异种器官移植的主要障碍是人体对植入外源器官的免疫反应。为了解决这一难题,科学家们进行了不懈的努力。将α1,3-GT基因敲除猪的心或肾移植到已免疫抑制的狒狒体内,分别成活179d和83d,都克服了超急性血管排斥[15-16]。Ura-niaT等[17]应用明尼苏达和哥廷根小型猪进行角膜同种异体移植研究,发现这种移植的临床特点和组织学评价与人的移植排斥发应非常类似,由此显示,小型猪作为角膜移植的动物模型比啮齿类动物如小鼠、兔等更具明显优势。由此可见,克服超急性排斥反应的研究也就集中于抑制受者血液内的补体系统的激活,去除受者体内的天然抗体,改变供者器官血管内皮细胞的免疫学特性等。坚信随着科学技术的发展,小型猪在异种移植领域中的应用前景将更为广泛。

5小型猪在口腔疾病模型方面的研究

小型猪的牙颌系统、牙体形态、牙齿生长发育特点,以及具有乳牙和恒牙两副牙列等与人类极为相似,且易患人类某些口腔疾病,因此近年来,猪常被用作齿科疾病的模型动物。谢永健等[18]观察不同力值作用于小型猪下颌乳侧切牙后的牙根吸收情况,研究不同力值对小型猪牙根吸收程度的影响,研究结果显示,小型猪牙根吸收程度随加载力值的增大而加重,并成功建立小型猪正畸牙根吸收动物模型,为正畸临床实践中预防牙根吸收提供参考。李钧等[19]给小型猪腮腺主导管注入10g/L龙胆紫水溶液后,小型猪的主要病理改变包括腺泡急性坏死、腺泡萎缩、纤维修复,导管系统上皮脱落,形成栓子阻塞导管,最终导致整个腮腺完全萎缩及纤维化,且不会引起组织细胞的异常增生及分化。此模型的建立为利用龙胆紫治疗慢性阻塞性腮腺炎提供了病理依据,并为研究双侧腮腺萎缩对口腔的影响提供了基础。李兵等[20]采用低压低氧方法建立阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征模型,在经过22d的低氧处理后,小型猪发生的变化可模拟阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的呼吸压力、咽部组织结构、血氧饱和度的变化,能够模拟疾病的组织学、病理生理学和病理学的变化,对进一步研究持续正压通气治疗阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征提供有力的依据。

6小型猪在其他疾病模型方面的研究

小型猪除了在上述几方面具有重要应用价值外,药理学、毒理学、神经生物学等都有应用。Yuki-takaT等[21]对墨西哥无毛小型猪采用颅部外科手术将脉络膜动脉永久性闭锁成功复制腔隙梗塞模型,为探讨脑和脊髓白质损伤的细胞机制提供良好的动物模型。由于小型猪在一些药物的代谢动力学方面比狗和猴更能反映药物在人体内的情况,因此,小型猪被越来越多地用于临床前药代动力学的相关研究[22]。BjarkamCR等报道[23]用哥廷根小型猪探讨运用干细胞移植、深部脑刺激等神经调节治疗模式来治疗帕金森病,并通过活体脑部影像、膀胱测压、步态分析等神经学上的评估,以及死后组织学和立体学(脑)分析来评估帕金森病中枢神经系统的变化,从而获得大动物在神经学上的应用研究数据。JensenKN等[24]对哥廷根小型猪桥脑排尿中心长久植入深部脑刺激电极成功建立了桥脑排尿中心-深部脑刺激的大动物模型,为神经性脑桥上部排泄紊乱的治疗提供了良好的动物模型。

7结语

综上所述,小型猪因其在解剖学、生理学、血液和血液生化指标值,以及疾病发生机理等方面与人极其相似,目前已广泛用于消化系统、心血管病、糖尿病、牙科、皮肤烧伤、血液病、遗传病、营养代谢病、新药评价等多个方面。此外,小型猪作为异种移植的供体具有许多优点,既可解决人源器官严重不足、提供源源不断的供体器官、组织、细胞,也可克服灵长类动物带来的伦理、烈性病毒性传染病等问题。由于动物保护等因素,小型猪的应用数量逐年大幅度递增,小型猪有望取代实验猴、犬成为被大量使用的新型实验动物。由此可见,小型猪作为动物模型在生物医学研究中具有广阔的应用前景和重要地位。