病理学检测在实验动物学相关领域中的作用

Role of Pathological Testing in the Relevant Fields of Laboratory Animals

摘要: 实验动物是支撑科技进步与创新不可或缺的战略性资源，是国家保持科技领先、提高国际科技竞争力的核心要素之一。病理学检测是实验动物人畜共患病诊治、质量控制、疾病动物模型评价等领域不可或缺的手段和重要环节，通过对动物外观检查、大体解剖、临床病理学和组织病理学的检查，能够对实验动物的健康状况有一个系统而全面的认识，也为动物质量保障和生物医学动物实验评价提供重要的依据。

Abstract: Laboratory animals are an indispensable strategic resource to support scientific and technological progress and innovation, and are one of the core elements for a country to maintain technological leadership and improve international technological competitiveness. Pathological detection is an indispensable means and important link in the diagnosis and treatment, quality control, and evaluation of animal models for zoonotic diseases in laboratory animals. Through the examination of animal appearance, gross anatomy, clinical pathology, and histopathology, a systematic and comprehensive understanding of the health status of experimental animals can be obtained, which also provides important basis for animal quality assurance and biomedical animal experimental evaluation.

1. 引言

实验动物是人类遵循遗传学原理在人工条件下培育或人为改造的、是人类社会发展不可或缺的、为科技与生产活动提供基础材料、为科技创新、新药创制与经济发展起支撑作用的重要物质资源[1]。实验动物的质量密切关系到科学实验结果的可靠性、准确性及相关产品使用的安全性，其发展水平已经成为衡量国家、地区或科研单位科研水平的重要标志[2]。动物实验是生物医学研究的基本手段之一，是连接基础研究和临床试验的重要桥梁，也是科学界最具争议的领域之一，其基本目的是初步验证干预措施的安全性和有效性，其结果是决定新干预措施能否进入临床研究阶段和为进一步制定临床试验提供直接证据[3]。医学史上许多重大成就，如传染病病原、疫苗、抗生素等的发现都依赖于动物实验。特别是动物模型的应用，能够为医学研究提供更加准确的评价，获得更为可靠的研究数据，从而为精准医学的发展提供重要支撑[4]。动物病理学是关于动物疾病的一门医学学科和专业实践学科，也是动物疾病诊断的“金标准”，主要研究疾病的本质、发病原因和发展过程中结构和功能的变化[5]。病理学评价能够提供准确、客观及全面的反应引起实验动物的病理变化，本文对病理学检测在实验动物人畜共患病防控、质量控制、疾病动物模型实验评价、生物制品及药物安全性评价等相关领域中的作用进行系统的梳理归纳，以期为同行学习了解我国实验动物病理学相关知识提供参考资料。

2. 病理学在实验动物人畜共患疾病诊断中的作用

实验动物人畜共患病主要涉及大鼠、小鼠、豚鼠、地鼠、兔、猫、犬及猕猴的细菌、病毒、寄生虫和真菌等有害病原微生物在动物和人之间传播引起的传染病，而这些人畜共患传染病在实验动物体上引起的病理变化是诊断疾病的重要参考指标，有些甚至是独特的诊断指标。每一种疾病均会产生不同程度的病理变化，如流行性出血热(汉坦病毒属)临床上以发热、出血、肾脏损害为三大主症[6]。淋巴细胞性脉络丛脑膜炎主要侵害中枢神经系统，呈现脑脊髓炎症状，引起大脑型、内脏型和迟发型病理变化，大脑型表现为胸腔浆液性渗出，软脑膜和脉络丛出现单核细胞浸润，内脏型主要为免疫病理现象，迟发型为肾脏的肾小球和脑的脉络丛损害最严重[7]。狂犬病是由狂犬病毒所致的中枢神经系统疾病，临床症状表现典型，组织病理表现为非化脓性脑炎和神经炎[8]。沙门氏菌病病理变化为肝脾表面有散在的白色点状结节，肠系膜淋巴结肿大，肠粘膜充血[9]。弓形虫病病理变化为腹腔积水，肠道、肠系膜淋巴结、肾上腺及实质器官有灰白色坏死结节或肿胀、出血[10]。鼠痘病理变化主要表现在肝、脾、淋巴结、胸腺的广泛坏死，肠出血，十二指肠浮肿，肾、膀胱出血，心包积液；在皮肤表皮增生及糜烂部位的上皮细胞，肝细胞及肠黏膜上皮细胞等处易见胞质内包涵体[11]。小鼠仙台病毒感染病理变化主要见于呼吸道和局部淋巴结；病鼠肺呈杨梅色，内有血性泡沫样液体，胸腔和心包腔有积液，胸膜粘连，病变多见于尖叶、膈叶和心叶[12]。小鼠肝炎病毒(MHV)病理变化为在肝脏可见灰黄色坏死斑点，瘀点，或者凹陷等病灶，可伴有黄疸，带血的腹腔渗出液和肠道出血；嗜神经性MHV毒株，可产生中枢神经系统的病变[13]。猴B病毒感染病理变化为在舌、唇部和口腔粘膜与皮肤交界的唇缘有小疱疹及其所形成的溃疡，溃疡表面有纤维素性坏死性结痂的形成；痂皮呈褐色，与周围组织分界明显[14]。通过对动物的外观检查、大体解剖、临床病理学检查及病理形态学检查结果，并结合微生物学及寄生虫学检测结果，对传染性动物疫情进行监控，保证实验动物的健康，既为实验动物的饲养繁殖、生长发育及疾病的预防和治疗提供可靠的依据，又为研究疾病的病因、转归和比较医学提供依据。

3. 病理学监测在实验动物质量评价中的作用

随着现代科学技术的发展，实验动物在医学、药学、生物学、兽医学等的科研、教学、医疗、鉴定、诊断、生物制品生产评价等方面发挥着越来越重要的作用，实验动物资源建设和质量标准化直接影响科学实验结果的可靠性和准确性，甚至影响科研成果的审批，组织病理学检测合格的实验动物是保障动物实验科学性的良好前提。目前实验动物质量监测的项目主要是细菌、病毒、寄生虫等病原体，忽略了非传染性因素对于实验动物的质量的影响。如实验动物年龄、性别、品系、基因型、长期饲养环境恶劣或饲料质量、冷热应激、环境气候变化、饲喂管理不当、噪声、光照、甚至不慎接触有毒有害物质以及一些不确定的因素等，虽然动物表现出“健康”状态，但可能存在一定程度的组织学病变，从外观无法辨识，其他检测方法也很难发现，只有通过病理学检查才能发现并明确致病的原因，并予以干预治疗，否则会影响动物的生殖或生长速度、降低动物免疫力、动物质量等，进而可能干扰科学实验，直接影响结果的准确性。另外，即使按照国家标准检验合格的动物，如啮齿类、非人灵长类、犬等实验动物可能会发生自发性疾病[15]-[17]，通过临床病理学检查、定期解剖和组织学检查开展可对动物自发性病变进行一定程度的监测，掌握自发病变的特点和规律，减少自发病变的发生，将有助于实验动物质量的提高，有利于准确评价和分析动物实验结果。总之，病理学检测通过直接观察抽检动物器官、组织和细胞的病变特征而做出准确和客观的评价与分析，提高了处于亚健康状态动物的检出率，完善了实验动物质量评价体系，为实验动物质量标准化提供可靠准确的评价依据，有助于实验动物学科研究领域和生产实践合理、良好、科学的发展，对实验动物行业发展和生命科学及生物医药卫生事业的发展至关重要，从而为科研工作发展与生产实践打下良好和坚实的基础。

4. 病理学在人类疾病实验动物模型评价中的作用

人类疾病实验动物模型是生命科学和生物医学研究进行的“必备工具”与“重要载体”，通过建立的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象，揭示阐明人类疾病的发病机制以及用于药物筛选、疫苗研发等，加深人类对疾病的理解，促进新疗法和新诊断技术的发展，最终保护人类和动物的健康。根据产生原因，可将人类疾病实验动物模型分为以下4类[5]。(1) 自发性动物模型(spontaneous animal model)：实验动物未经任何有意识的人工处置，在自然条件下动物自然发生或由于基因突变的异常表现通过遗传育种保留下来的动物模型。自发性动物模型以肿瘤和遗传疾病居多，如无胸腺裸鼠、自发性高血压大鼠、青光眼兔等。(2) 诱发性动物模型(experimental animal model)：通过使用物理的、化学的、生物的和复合的致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些类似疾病时的功能、代谢或形态结构方面的病变，即为人工诱发出特定的疾病动物模型。如温度、放射线照射、噪音刺激等物理因素引起实验动物发生疾病；给易感动物接种细菌、病毒等生物致病因素以诱发传染病；化学致癌剂诱发肿瘤等。(3) 遗传修饰动物模型(genetically modified animal model)：利用基因敲除、敲人、敲减等编辑技术，人为地修饰、改变或干预生物原有基因组的遗传组成，导致动物出现新的性状，并使其能够有效地遗传下去，形成新的可供生命科学研究的和其他目的所用的动物模型。如hACE2 转基因小鼠新型冠状肺炎(COV1D-19)模型[18]，APP/tau双转基因模型及APP/tau/PSl三转基因小鼠阿尔兹海默症模型[19]。(4) 特色动物模型(characteristic animal model)：利用某些动物品系或品种异于其他动物特征，复制出与人类更相似的病理学特征和临床症状的动物模型。如东方田鼠具有抵抗血吸虫的特性，可将其用于血吸虫病发病机制的研究[20]。裸鼹鼠不患癌症的特征使其可以用于抗癌机制的深人研究[21]。长爪沙鼠具有脑血管变异缺失的解剖学特性，是脑缺血研究良好的模型动物[22]。选择疾病动物模型的标准主要包括：选择规范化的易感实验动物；所复制的模型可反复再现地、特异地、牢靠地、真实地反映某种疾病或某种机能、代谢、构造变化，应具备该种疾病的主要病症和体征，应尽可能近似于人类疾病的状况；应便于将来开展临床应用和疾病控制；建模采用的办法应尽量做到容易执行操作和符合经济标准等。目前，造模技术日新月异，包括基因编辑、生物诱导、物理干预、化学诱发等在内的多种技术和方法不断发展及创新，但每种技术的使用，都可能对实验动物产生不同程度的病理学改变。不同的造模方法、造模剂量、造模时间等均可能导致组织器官出现不同的病理表现，不同的实验动物品系、年龄、性别等也会影响动物的造模设计。实验动物模型创制的成功与否，需从行为表现、临床症状、体征指标、血液、生化指标、病理学指标等多方面进行综合评价。其中，出现明显的特征性病理学变化是重要的评价指标之一。病理学分析能够提供形态、分子、生化等数据，对于动物模型研究是必不可少的[23]。同时，还能够将形态学与发病机制联系起来，有助于对疾病的理解。组织病理学检测是疾病动物模型研究的“转化终点金标准”[24]，不仅为实验动物模型评价提供最直接的“证据”，进而协助动物造模设计、优化造模条件、优选造模动物等，而且有助于评价动物模型的特征性病变，直接反映病变发生的位置、类型、阶段、程度等，发现造模可能伴发的病变，排除与理想模型无关的非特异性病变及背景病变干扰，进一步分析模型与所研究疾病的相关性，才能够快速、有效的构建出理想的实验动物模型用于机制研究、药物治疗及疫苗筛选。由此可见，动物模型是将潜在疗法用于人体临床试验时辅助决策的重要工具，病理学检测在实验动物模型、药物安全性、疫苗等评价中发挥着不可或缺的作用。

5. 总结与展望

实验动物是推动科学进步与创新的重要自然科技资源之一，是推进和引领生命科学基础研究、现代生物技术创新和生物医药产业发展基础材料和支撑条件 ，也是国家科技基础条件平台建设的重要组成部分[25]。实验动物病理学主要是以实验动物人畜共患病防控、质量控制、疾病动物模型及体外培养的细胞、组织、器官为研究对象，兽医通过对动物患病部位外观检查和大体解剖进行肉眼宏观观察，并结合临床病理学检查以及对病变部位进行组织病理形态学显微镜微观观察，为实验动物疾病诊断提供线索，精准高效地诊视判断动物相关疾病，有效对动物病情进行全方位、多层次的确诊，预防疾病扩散，保证实验动物质量。同时为人类动物疾病模型研究提供了明确的方向，进而阐明相关疾病的发病机理机制及发生发展规律本质，从而建立实验动物模型和细胞模型，最终应用于人类疾病致病因素解析、发病机制探讨、药物新靶点发现、临床前药物筛选、药效评价等研究领域，促进我国生物医学研究和生物医药产业的顺利发展。

经过40年的发展，全国各地实验动物相关单位共编写了23册涵盖比较遗传学、比较组织学图谱、比较生理学、比较病理学、比较影像学等等在内的系列实验动物病理学著作，构建了学科的知识体系，为实验动物、医学研究和药物研发人员的动物质量控制、动物模型建立的病理诊断评价及精准应用提供了指南[26]。国内实验动物病理检测标准最早是1992年卫生部制定的《医学实验动物病理标准》和《医学实验动物监测手册·实验动物病理学监测分册》，其中规定了医学实验动物传染病病理学等级标准，包括技术要求、检验规则、检验程序、结果判定和报告。监测分册中较详细地描述了实验大鼠、小鼠、豚鼠、地鼠、兔、猫、犬及猕猴的细菌性疾病、病毒性疾病和寄生虫病的病理改变[27]。从2009年开始，北京市将病理学检测纳入实验动物质量检测范围内，在全国率先开展了实验动物病理学诊断技术规范的研究工作，先后研究制定发布实施10余项实验动物病理学诊断规范，涉及实验用小型猪、鱼、猪、牛、羊、狨猴、长爪沙鼠及树鼩等多种动物的地方病理学诊断规范[28]。北京市实验动物病理学标准的制定起到引领和示范作用，为全国和其他省市实验动物的监督管理工作提供参考。目前已发布实施的实验动物病理学诊断规范均属于地方性标准，尚无国家标准，各地实验动物病理检测要求和水平参差不同。为此，也呼吁国家尽快制定实验动物病理检测标准，充分发挥病理学检测的重要作用，提高实验动物发展水平。

NOTES

^*通讯作者。