【摘要】 小鼠是在生物医学研究中广泛使用的实验动物。BALB/c小鼠是我国常用的近交系小鼠,KM小鼠是我国常用的封闭群小鼠。本文对我国BALB/c小鼠及KM小鼠的生物学特性作一综述,以利于研究者在生物医学研究中选择适宜的小鼠。
【关键词】BALB/c小鼠;KM小鼠;生物学特性
The biological characters of BALB/c mice and KM mice in china
ZHANG Hong,BAO Bo.
Guangdong Medical College, Zhanjiang Guangdong 524023,China
【Abstract】 Mice were widely used in biomedical research. BALB/c mice are common inbred strain mice and KM mice are common closed colony mice. In order to facilitate the choice of suitable mice in biomedical research, we review the biological characters of BALB/c mice and KM mice in china in this article.
【Key words】 BALB/c mice; KM mice; biological character
作者单位:524023广东医学院
小鼠从17世纪开始用于解剖学研究及动物实验,经长期人工饲养选择培育,已育成多达千余个独立的远交群和近交系,分布遍及世界各地。由于小鼠繁殖快,饲养管理费用低,所以成为生物医学研究中广泛使用的实验动物,尤其在生命科学研究中,其应用范围遍及各个领域如生殖生理、肿瘤、毒理、药理、免疫和微生物的研究工作以及药品、生物制品的制造和检定工作。本文对我国常用的近交系BALB/c小鼠及封闭群KM小鼠的基本生物学特性作一综述,以利于研究者在生物医学研究中选择适宜的小鼠。
1 BALB/c小鼠生物学特性
1.1 起源 BALB/c小鼠是一个常用的近交系小鼠品系。1913年美国国立肿瘤研究所H.Bagg博士从俄亥俄州商人处获得白化原种,以群内方法繁殖。1923年由Mac Dowell近交培育而成。1932年第 26 代引到Snell(加/c,小写字母c是毛色隐性上位recessive epistasis基因, 表示白化 albino) 。1935年引到Andervont处。1951年72代引到NIH。1985年我国从美国NIH引进到中国医学科学院实验动物研究所,为BALB/c第180代[1]。
1.2 生长发育特性 BALB/c小鼠一般无相互侵袭习性,比较容易群养。而Brodkin等的研究显示:在不同发育阶段,包括雌性与雌性相互作用、雄性与雄性相互作用、雌性与雄性的相互作用及生育阶段,表现为与其他小鼠接触少的BALB/c小鼠,会出现自闭症;这些BALB/c小鼠的其他一些表型可能与自闭症有关,包括相对高的焦虑与攻击行为、大脑容量较大、胼胝体发育不足及低水平的5-羟色胺[2]。Moy等用T-迷宫实验强化BALB/c小鼠的焦虑,可以形成自闭症的动物模型[3]。提示可以利用BALB/c小鼠较好的复制人类的一些心身疾病模型。平均寿命:有资料显示为雄鼠509 d,雌鼠561 d;也有资料显示为雄鼠648 d,雌鼠816 d。Viveros等的研究显示BALB/c小鼠对应激的行为和神经内分泌强度与BALB/c小鼠寿命有关。那些探究T-迷宫慢的BALB/c小鼠表现为受损的神经肌肉活力和协调性、减少的自发活动、高水平的焦虑、低水平的脑生物胺和较短的寿命[4]。清洁级BALB/c小鼠平均体重252日龄雄鼠为30 g,雌鼠为28 g。随着年龄的增长,体重平稳增加,雄鼠体重增长趋势比雌鼠快;雌鼠颌下腺系数、心脏系数、肾脏系数、肝脏系数、大肠系数、小肠系数均为增长趋势;脏器系数中大部分数值雌性偏高于雄性。不同月龄、不同性别的动物其脏器系数各不相同。富于网状内皮细胞的器官(如肝、脾)与体重相比,所占比值很大[5]。SPF级BALB/c小鼠6周龄达到性成熟,雌雄间心、肝、脾、肺、肾、胸腺、脑脏器系数有显著差异;至9周龄雌雄小鼠间脾、脑、肾脏器系数有显著差异,其余脏器系数没有差异;72周龄小鼠雌雄间脏器系数有差异[6]。提示实验研究中要根据靶器官选择合适年龄的BALB/c小鼠进行。
1.3 繁育特性 清洁级BALB/c小鼠受孕率76.67%,平均窝产仔7.56只,离乳率93.68%;在饲养中增加动物玩具,受孕率、窝产仔数及离乳率均有所提高, BALB/c小鼠运动量增加了,相互撕打的行为明显减少,生长速度明显提高[7]。在BALB/c小鼠的繁育中,小鼠性周期动情期的鉴定是确保小鼠按计划时间受孕的关键。光照、温度、湿度、噪音、营养等因素对小鼠性周期影响很大[8]。在小鼠的饲料中加入蚯蚓活性蛋白,对清洁级BALB/c小鼠的繁殖、生长、以及抗疲劳能力等方面都起到了促进作用[9]。饲料中碘缺乏及碘过量均可降低小鼠的生殖力[10]。因此,我们在实验中需要保证饲料的质量,保持光照、温度、湿度、噪音、营养等因素一致,以免影响实验结果。
1.4 生理生化特性 清洁级BALB/c小鼠的血常规中LY、MO、GR雌性比雄性明显增加,且雌性雄性有明显差异。其中LY%随着年龄的增长雌性动物有下降的趋势;GR%随着年龄的增加有增长趋势;且雌雄动物有明显差异[5]。普通级BALB/c小鼠血液血小板的正常参考值范围,据报道雄性正常值范围综合估计为158.67×10�9~459.62×10�9/L;雌性为128.36×10�9~426.65×10�9/L[11]。
小鼠的年龄、性别及饲养环境都会对小鼠的血生化产生影响。清洁级BALB/c小鼠血生化中,ALP随着年龄的增加,雌鼠有下降的趋势,且雌雄鼠之间有明显差异。HDL-CHOL雌鼠、雄鼠之间有明显差异,随着年龄的增长血糖有增加的趋势。AST、A/G雌鼠随着年龄的增加,呈下降趋势。CA、Mg、PHOS随着年龄的增加无明显变化。BALB/c近交系小鼠的TG、ALP、LDH、CK、Mg的值雌雄差异极显著,TP、BUN的值雌雄差异显著[5]。
崔小岱等描记312只清洁级BALB/c小鼠心电图,总结出了正常清洁级BALB/c小鼠心电图规律,结果显示出生35 d以后小鼠心电图各鼠龄组间差异无显著性。其均值心率为(354.22±49.86)次/min;心电轴71.64°±10.3°;P-R间期(0.036±0.005)s,Ⅱ导P波波幅平均为(0.079±0.025)mV、时间为(0.017±0.003)s、波形及QRS时间平均为(0.021±0.005)s[12]。对SPF级BALB/c小鼠用超声心动图及高分辨力超声检查,可以对BALB/c小鼠心脏功能进行评价[13,14]。提示可以用BALB/c小鼠形成心功能受损模型,用心电图、超声心动图及高分辨力超声观察心功能受损情况。
何伟等对不同年龄SPF级BALB/c小鼠乳糖酶活性进行测定,结果提示断乳前小鼠乳糖酶活性有较高水平,断乳后乳糖酶活性显著降低。可以用BALB/c小鼠形成乳糖不耐受动物模型,用BALB/c小鼠乳糖酶cDNA探针对乳糖不耐受生物作用及机制进行研究[15,16]。贾后军等测定了BALB/c小鼠小肠慢波活动,结果BALB/c小鼠小肠慢波频率为(7.8±2)次/min,振幅为(0.4±0.07)mV;肠肌间丛Cajal间质细胞分布在小肠环肌层纵肌层间,呈网状分布特征[17]。
1.5 免疫学特性 随着BALB/c小鼠增龄,小鼠胸腺皮、髓质比例减小,界限消失,有分泌液泡形成;脾脏白髓结构不规则。T细胞增殖能力、自然杀伤(NK)和淋巴因子激活的杀伤(LAK)细胞活性及脾细胞诱生IL-2的能力下降。BALB/c小鼠对于DTH和血清溶血素中抗体产生敏感于KM小鼠[18,19]。
1.6 遗传学特性 陈振文等对国内BALB/c小鼠遗传质量状况进行了研究,发现11个群体中,北京的4个群体、上海、哈尔滨及广州的3个群体在14个微卫星基因座上,无论是群体内还是群体间均表现为单态性,没有发生遗传变异;另外4个BALB/c群体或多或少地存在遗传质量问题[20]。刘双环等报道在制备单克隆抗体实验中所购进的两批BALB/c小鼠均发生了遗传污染[21]。反映了我国目前实验动物种子管理(保种和引种)存在一定问题,各地的实验动物质量检测水平也不平衡,需建立科学的管理体系。
2 KM小鼠
2.1 起源 KM小鼠即昆明小鼠,一直是我国生产量、使用量最大的远交群小鼠。1926年美国Rockfeller研究所从瑞士引入白化小鼠培育成Swiss小鼠。1944年3月17日卫生部北京生物制品研究所汤飞凡从印度Hoffkine研究所引进Swiss小鼠,饲养在中国昆明中央防疫处。1952年由昆明引入北京生物制品所,1954年推广到全国各地。
2.2 生长发育特性 有学者对来自我国南方6个科研机构饲养的普通级KM小鼠进行了调查,结果显示各群体间在体全长、尾长和头体长3个主要外形指标上存在着不同程度的差异,体重及心、肝、脾、肾、肺、肾上腺、胸腺、脑、卵巢、睾丸等10种脏器重量均有差异[22,23]。对长春生研所普通级KM小鼠测定,发现从出生到252日龄体重增长始终呈上升趋势,而且随着日龄的增长,雌雄鼠体重的差异增大[24]。对武汉所普通级昆明小鼠体重增长情况统计,分析结果平均日增重:0~42日龄,雄鼠0.80 g,雌鼠0.60 g;42~112日龄,雄鼠0.15 g,雌鼠0.13 g[25]。苏小茹对两种不同等级KM小鼠的研究,证实环境因素对小鼠脏器重量及脏器系数影响较大[26]。远交系KM小鼠是我国特有而且应用较为广泛的品系,由于我国地域辽阔,各地封闭群环境条件不同,文献报道各群体生长发育结果差异大。因此,对KM小鼠应采取遗传学监测和生物学特性监测相结合,从各群体中筛选出各自有用的性状,进行近交固定,再进行多元杂交以形成新的生物学特性一致的KM小鼠封闭群已显得尤为重要。
2.3 繁殖特性 繁殖特性各地报道结果不一,相差较大。长春生研所普通级KM小鼠资料,30 d初配产仔率94%,1~6胎平均产仔数为13.6只,从6胎以后平均胎间距加长,离乳成活率降低,6胎以后种鼠的疾病和自然死亡呈上升趋势[24]。武汉所普通级昆明小鼠繁殖性能研究示初配产仔率100%,平均窝产仔数9.69只,胎间隔29.18 d,离乳成活率91.05%[25]。而对兰州所普通级昆明小鼠的研究结果:初配后30 d产仔率81.6%。1~5胎平均产仔数10只以上,6~10胎平均产仔数约7只,平均离乳率84%[27]。粤西清洁级KM小鼠初配怀孕率100%,平均每只母鼠怀孕(4.93±2.43)胎,平均产仔数为(10.99±2.24)只,平均离乳数(9.95±2.63)只,其繁殖性能以第2胎最好,第3胎次之,从第3胎开始,逐胎下降,第6胎最差,已不适用在屏障系统内大规模生产繁殖[28]。造成各地差异原因可能与各地环境、管理水平、饲料等方面差异有关,提示进行实验动物的标准化的紧迫性和重要性。
2.4 生理生化特性 王冬平等检测不同日龄SPF级KM小鼠血液生理生化正常值,发现SPF级KM小鼠血液的WBC、MCH、MCHC、PLT在不同日龄间差异显著,RBC、HGB、HCT、Glu、ALT、CHOL、TP、Alb、Glb、A/G、BUN、PO4、Na、K、CI、Ca、AG在日龄、性别间均差异极显著[29]。练有文等对清洁级KM小鼠的微量元素进行检测,结果表明KM小鼠血清中5种微量元素的含量顺序大小是Ca>Mg>Fe>Zn>Cu,雌雄KM小鼠之间血清中微量元素Zn、Fe、Mg含量比较,差异有显著性[30]。谢仰民等对普通级KM小鼠研究显示KM小鼠正常动脉血pH值为7.3605±0.067,PaO�2为(12.47±1.3413)kPa,PaCO�2(5.26±0.4949)kPa;肺系数为(0.6662±0.082)%[31]。
2.5 免疫学特性 卢笑丛等对同一封闭群的KM小鼠在净化前后分别进行免疫功能的测定,结果表明,净化后的KM小鼠的巨噬细胞活力、B淋巴细胞活性、抗体水平均小于净化前,有极显著的差异;二硝基氟苯诱导小鼠迟发型变态反应(DHT)大于净化前,有极显著的差异;ConA诱导小鼠脾淋巴细胞转化能力没有变化[32]。卢笑丛等对KM小鼠与BALB/c小鼠五项免疫学指标进行观察,结果表明BALB/c小鼠对于DTH和血清溶血素中抗体产生敏感于KM小鼠,表示脾淋巴细胞转化,血液中吞噬细胞及功能、腹腔巨噬细胞及功能的三项实验中,KM小鼠与BALB/c小鼠无显著性差异。而KM小鼠繁殖力、抗病力对环境的适应性均强,提示进行用实验小鼠为材料,以上述三项免疫学指标来评定药效和保健食品的功能时可首选KM小鼠[19]。
2.6 遗传学特性 赵国标等采用同工酶电泳法、微量细胞毒法及形态分析法,对KM小鼠遗传特性形成过程进行探讨,认为KM小鼠起源于西欧M.m.domesticus,其原种被引入云南后,与M.m.castaneus发生过父源性遗传污染,有少量遗传物质侵入该群体[33]。章根木等对北京生物制品研究所昆明小鼠引进资料进行分析,综合国内学者所作实验分析,认为KM小鼠、瑞士小鼠和欧洲小家鼠M.m.domesticus属同一起源。中国各地KM小鼠群体也正发生不同程度遗传差异[34]。
综上所述,我国BALB/c小鼠及KM小鼠生物学特性不同,甚至各地群体特性也不同,尤其早期资料分级不严格,导致相应级别动物质量、标准不统一,且各相关指标还受喂养饲料等条件影响。同时各地管理水平不同,质量监控不平衡,导致一些群体出现遗传污染。因此需进一步严格分级管理,做好实验动物的标准化研究,加强遗传检测,保证实验结果的科学性、准确性及可重复性。同时,在医学科学研究中,也要依据研究课题确立目的、研究对象、所希望得出的研究结果和实验动物的特性选择合适的实验动物。
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