转基因动物模型在医学生物学中的应用

转基因动物模型在医学生物学中的应用

摘要：在医学研究中,用转基因动物的方法研究基因的表达调控与疾病发生的关系、建立各种人类疾病的动物模型已经为许多疑难疾病的发病机制研究提供了十分有用的资料。随着分子生物学技术在医学研究中的应用,人类对疾病的研究已经深入到基因水平,特别是随着人类基因组计划的实施,从基因水平认识人类疾病的发生、发展规律并研究治疗方法必将是21 世纪医学研究的重要课题。因此,实验动物学科应该紧跟生命科学发展的步伐,积极开展转基因动物的研究、开发工作以适应生物医学发展的需要。本文重点就转基因动物技术在医学研究中的一些应用情况作一概述。

关键词：转基因动物模型、基因、医学生物学

正文：1、发病机理研究

将癌基因与特定的启动子、增强子融合制备转基因动物，在特定组织中表达癌基因而致癌，为癌基因致癌机制研究积累了大量的资料，也由于应用了这一体系，使癌基因研究迎来又一热潮。SV40 DNA与MT启动子融合导入小鼠，成年期出现脑脉络丛乳头瘤，相应测得SV40 Tag表达。SV40 Tag基因与胰岛素基因增强子融合，导入小鼠后在胰腺中表达SV 40 Tag，诱发了胰腺癌。导入乳腺癌病毒基因增强子与myc基因的融合基因，在乳腺中测得myc的特异表达产物，并诱发了乳腺癌，而且这种肿瘤的易患性能遗传给子代。

2、遗传病的研究

转基因动物在遗传病的研究中具有重要的应用价值,被认为是遗传学研究中继连锁分析、体细胞遗传和基因克隆技术之后的第四代技术。在人类遗传病的研究中,适当的动物模型对研究基因突变在遗传病发病中的作用是必不可少的。这种动物模型过去只能靠自然突变或人工诱导的方法获得。自然突变的机会极其难得,人工诱导的方法不易控制,因此都不能满足日益发展的遗传病研究工作的需要。用转基因动物的方法构建人类遗传病的模型可为遗传病研究提供理想的动物模型。其中一个成功的例子是镰状红细胞贫血的发病机理的研究。已建立的人血红蛋白β链突变基因小鼠,出现了与镰状红细胞贫血病人同样的红细胞形态改变。除此之外,高胆固醇血症、囊性纤维化等都构建了转基因小鼠模型。这些遗传病动物模型为深入研究发病机理以及基因治疗创造了前所未有的条件。

3、病毒性疾病

乙型肝炎是目前流行广泛,危害严重的病毒性传染病,据调查人群中乙型肝炎病毒表面抗原HBsAg 的阳性率可高达10 %,但乙型肝炎病毒HBV 如何造成肝细胞损伤一直是一个悬而未决的问题。由于一般实验动物对HBV 不易感,目前发现能够感染HBV 的动物只有灵长类,因此使得对HBV 致病机理的研究很难用动物实验的方法来进行。HBV 转基因小鼠的建立,为探讨HBV 的致病机理提供了有用的动物模型。研究发现在转基因小鼠肝细胞内HBsAg的过度表达和堆积,是导致肝细胞损伤的直接原因。由于HBsAg在细胞内的堆积可使肝细胞出现肿大、积水并出现“毛玻璃样”变性,最终导致肝脏的炎症、增生。而且HBV 基因的过度表达还可引起肝细胞转化而发生癌变。过去许多学者认为乙型肝炎的发病机制主要与自身免疫有关,即HBV 感染肝细胞后其抗原在肝细胞膜上的表达可激发体内针对肝细胞的免疫应答。但研究表明HBV 转基因小鼠对HBV 抗原已形成免疫耐受,因此不再可能出现免疫应答而造成肝脏损伤。这些研究结果使得人们对HBV 的致病机理的认识前进了一步。

4、高血压病的研究

高血压病发病率高且病因复杂。临床研究发现其具有明显的家族倾向性,因而可能与遗传因素有关。从基因水平研究高血压病的发病机制是揭示这一疾病病因的根本途径。现已发现若干基因与发病有关,如肾素基因、血管紧张素转换酶基因、血管紧张素原基因、心房利钠因子基因等。其中肾素—血管紧张素系统基因似乎在血压调节中起重要作用。用小鼠肾素- 2( Ren - 2 )基因转入大鼠体内构建的转基因大鼠可使血压明显升高,用人的肾素基因和血管紧张素基因分别构建的转基因小鼠血压均不升高。而用这两种基因构建的转双基因小鼠则血压升高。说明两种基因的相互影响在发病中起一定作用。

5、器官移植

随着外科学的发展以及免疫抑制剂的应用,器官移植的成功率越来越高,因而出现了同种异体移植器官短缺的现象,为了解决这一难题,异种器官的移植开始引起人们的重视。异种器官移植首先遇到的障碍是移植后出现的超急排斥反应hyperacute rejection。引起超急排斥反应的原因主要有两个,一是受体体内存在的针对异种抗原的天然抗体NA,另一个是补体系统的活化。用转基因动物的方法将人补体调节蛋白CRP 基因转入供体动物体内使供体动物血管内膜细胞表达CRP,这样转基因动物供体器官在受体内则能抑制补体系统的活化从而克服超急排斥反应。用这种方法将猪的器官心脏移植给黑猩猩已可存活60 多天。当然在克服了超急排斥反应以后,与同种器官移植一样还需要克服急性与慢性排斥反

应。而且异种器官的功能在人体内的作用也是一个相当复杂的问题,但就某些器官来说,转基因动物器官用于人体移植应该是具有一定价值的。

6、用转基因动物生产药用蛋白

基因工程技术的发展为药用蛋白的生产开辟了新的途径,目前用基因工程的方法生产的药用蛋白如干扰素、白细胞介素- 2、EPO、tPA 等已经在临床治疗中取得了很好的效果。这些产品目前都是应用大肠杆菌或真核细胞作为表达系统生产的。这种表达系统的缺点是工艺复杂、产量低、成本高,因此价格一般较高。而用转基因哺乳动物来生产这些药用蛋白的研究已显示出十分诱人的前景。英国PPL 公司用转基因羊生产的α-1-抗胰蛋白酶已通过了临床前试验,目前正在进行临床试验。美国Cell Genesys公司正在进行用转基因动物生产人单克隆抗体的开发。预计21世纪用转基因动物生产药用蛋白将成为医药行业的支柱产业。

7、用转基因动物进行药效评价

新开发的药品在用于人体之前首先要进行动物试验,因此一定的动物模型是必需的,但许多疾病没有适当的动物模型来进行药效的评价。如乙型肝炎的自然宿主只有人类和灵长类动物,而灵长类动物来源有限,价格昂贵。用HBV 基因构建的转基因小鼠,HBV 在小鼠体内的复制可引起肝脏的损伤,用γ-干扰素治疗可以抑制这种损伤,为乙型肝炎治疗药物的药效评价提供了有用的动物模型。有人将脊髓灰质炎病毒（poliovirus）受体的基因转入小鼠构建成转基因小鼠,再用人脊髓灰质炎病毒感染小鼠,小鼠可出现类似人脊髓灰质炎的表现,而野生型小鼠对人脊髓灰质炎病毒是不易感的。现在不但有人用这样的转基因小鼠进行药效评价,还用来进行疫苗效果的观察。

结语：转基因动物技术经过近30年的发展,无论在技术的多样性,还是实用性方面都取得了显著进步。转基因动物技术在畜牧业生产和医药等领域已显示了巨大的应用潜力和广阔的发展前景。其地位将越来越重要。这一实验新体系的不断发展,必将推动医学基础与临床研究工作的深入发展。但要高效导入目的基因,使其在转基因动物中得到预期表达并能稳定传给后代还有许多工作要做,转基因动物生产离实践的要求还有相当的差距。目前,转基因动物技术存在的主要问题有:外源基因的整合率低,成本高,外源基因的表达不理想,转基因给动物造成插入突变和机能紊乱,转基因动物成活率低等。此外,转基因动物产品的安全性问题还需要人们进一步探索。但可以预见,随着新技术的发展和研究的不断深入,上述问题将