“ 上一期我们介绍了动物体内测试模型的建立与分类，这一期我们继续学习27种经典动物模型的基本原理，以及它们是如何在新药研发中发挥作用的。”

PS：本文是在学习《药物研发基本原理》（第2版）后所写的学习笔记。

▲ 全文大纲

五、经典动物模型

5.1 神经科学中的动物模型

5.1.1 抑郁模型-强迫游泳实验

在开发新型抗抑郁药物时，我们面临着一个挑战：如何在动物身上模拟人类的抑郁症？毕竟，动物不能像人类那样表达出复杂的情绪。这就引出了我们今天要介绍的“强迫游泳实验”。

想象一下，一个小鼠被放进一个无法逃脱的水槽中，它会怎么做呢？一开始，小鼠会像所有生物一样，努力游泳并尝试找到逃脱的出路。但随着时间的推移，小鼠会意识到逃脱无望，于是它会选择放弃，进入一种“漂浮”状态，只是偶尔用四肢划动一下，以保持头部在水面上。这种状态，就像人类在面对持续的压力和挫折时，可能会产生的“习得性无助”和抑郁情绪。

这时候，如果我们给小鼠服用抗抑郁药物，会发生什么呢？波斯特尔等研究者的实验发现，经过药物治疗的小鼠，在这个水槽中的活动量会明显增加。它们会更有动力去游泳，去寻找逃脱的可能性，而不是选择放弃。这就像抗抑郁药物在人类身上产生的效果：提高积极性，减轻抑郁症状。

通过这个实验，我们可以在动物身上模拟出类似人类抑郁的状态，并观察药物对这种状态的改善作用。这为我们筛选和开发新型抗抑郁药物提供了一个非常重要的工具。毕竟，我们不能直接在人类身上进行大规模的药物试验，这样既不安全，也不道德。而通过这种动物模型，我们可以在进入临床试验之前，对药物的效果进行初步的评估和筛选。

举个简单的例子，假设我们研发了一种新的抗抑郁药物，想要知道它是否有效。我们就可以通过强迫游泳实验来观察，给药后的小鼠是否比未给药的小鼠更加活跃，游泳的时间更长。如果是，那就说明这种药物可能具有抗抑郁的效果，值得我们进一步研究和开发。

5.1.2 焦虑模型-高架十字迷宫

迷宫中央是起点，四条臂向外延伸，其中两条是开放的，另外两条则是封闭的。对啮齿类动物来说，开放的空间意味着潜在的危险，而封闭的空间则提供了一定的安全感。

当我们把未给药的小鼠放在迷宫中心，它们往往会选择迅速躲进封闭的臂中，仿佛那里是它们的避风港，可以暂时逃避外界的威胁。它们的这种行为，恰恰反映了焦虑情绪下的一种自然反应：寻找庇护，规避风险。

然而，在给药组的小鼠身上，我们看到了截然不同的景象。服用了抗焦虑药物后，这些小鼠仿佛获得了一面坚固的盾牌，变得更加勇敢，更愿意在开放臂中探索。它们停留的时间明显增长，仿佛在告诉我们：“我不再害怕，我可以面对这一切。”

这一模型通过一个简单的实验设计，就巧妙地模拟了人类的焦虑情绪，并为我们提供了一个直观、量化的评估方法。摄像机和运动跟踪软件会精确地记录下小鼠在迷宫中的每一个动作，为我们提供了宝贵的数据支持。

5.1.3 记忆与认知模型-新物体识别测试

在中枢神经系统药物研发领域，测试和评估药物对认知和记忆能力的影响至关重要。毕竟，谁不想拥有一个清晰敏锐的大脑呢？随着人口老龄化的趋势，阿尔茨海默病等导致的记忆障碍问题日益凸显，这也让新物体识别测试这一模型显得尤为关键。

新物体识别测试利用了啮齿动物天生的好奇心——对于新奇事物，它们总是充满探索的欲望。实验中，我们会先让啮齿动物熟悉一个环境，环境里放置了两个完全相同的物体。经过一段时间的适应，通常是24小时，我们会悄悄地将其中一个物体替换成新的、未曾见过的物体。

接下来，就是观察的时刻了。如果啮齿动物的记忆和认知能力正常，它们会迅速察觉到环境中的变化，并花费更多时间去探索那个新出现的物体。这种探索行为的差异，就为我们提供了一个量化其认知和记忆能力的指标——辨别指数。

想象一下，如果一种药物能够有效提升啮齿动物的认知和记忆，那么在这些小动物探索新物体时，它们的辨别指数就会显著提高。相反，如果某种物质对认知和记忆有害，那么啮齿动物对新物体的兴趣就会减弱，辨别指数也会随之降低。

举个例子，假设我们正在测试一种新型化合物，发现服用后的啮齿动物在新物体识别测试中表现出了极高的辨别指数。这意味着这种化合物可能具有改善认知和记忆的功效，这对于治疗阿尔茨海默病等疾病来说，无疑是一个令人振奋的发现。

5.1.4 情景学习模型-情景恐惧模型

情景恐惧模型其实借鉴了巴甫洛夫的经典条件反射实验，通过训练啮齿动物对特定提示产生恐惧反应，来模拟和测试记忆与学习的过程。

把一只啮齿动物放进一个笼子里，这个笼子连接着一个低功率的电击发生器。在训练的第一天，每当特定的铃声响起，小动物就会受到轻微的电击。这样，它们很快就学会了把铃声和电击联系起来，铃声成了电击的“预言家”。到了第二天，我们再次让铃声响起，但这次并不给予电击。有趣的是，即使没有电击，小动物在听到铃声后还是会立刻僵立不动，仿佛在等待着什么。这就是因为它们已经形成了条件反射，铃声成了触发恐惧反应的“开关”。

如果小动物的记忆和学习功能正常，它们会在铃声响起时迅速僵立，因为它们清晰地记得昨天的经历。但是，如果它们的记忆受损，比如由于疾病或缺血等原因，这种僵立反应就会减弱甚至消失。

假设我们正在研发一种旨在增强记忆的新型化合物，我们可以先让一些因疾病或缺血导致认知功能下降的小动物服用这种药物，然后再对它们进行情景恐惧模型的测试。如果这种药物真的有效，那么我们应该能看到这些小动物在铃声响起时表现出更强烈的僵立反应，这意味着它们的记忆能力得到了提升。

反过来，这个模型也可以帮助我们识别那些可能对记忆和学习产生负面影响的化合物。如果某种药物让小动物在铃声响起时的僵立反应减弱，那我们就得警惕了，因为这可能意味着这种药物对记忆有损害。

5.1.5 空间学习与记忆模型-莫里斯水迷宫

之前有关记忆和学习的动物模型都很实用，但都不能很好地评价空间学习和记忆能力，莫里斯水迷宫更适合评估大脑这方面的功能。

实验一般设置一个宽敞的水池，池水之下隐藏着一个秘密的平台。啮齿动物们需要探索的迷宫，它们被放入水池中，必须通过自己的智慧和记忆，找到那个隐藏在水下的避难所。

在初始阶段，动物们能在清澈的水中看到平台，但随着时间的推移，池水变得浑浊，平台仿佛消失在了迷雾之中。这时，动物们必须依赖之前建立的空间记忆，来定位那个曾经熟悉的平台。

你可能会问，这个模型有什么特别之处呢？它的特别之处就在于，它模拟了人类在日常生活中对空间位置的记忆和导航能力。这种能力在我们找路、记住物品摆放位置等日常生活中至关重要。而莫里斯水迷宫，正是通过模拟这种情境，来精确评估药物对空间记忆能力的影响。

当然，莫里斯水迷宫不仅可以用来测试药物的效果，还可以用来模拟认知衰退的情况。比如，在模拟阿尔茨海默病的实验中，我们发现转基因小鼠在寻找平台时显得力不从心。它们的记忆仿佛被迷雾笼罩，难以找到正确的方向。然而，当我们给它们服用某种具有保护认知功能的药物后，这些小鼠的表现明显改善，仿佛迷雾被驱散，它们重新找回了失去的记忆和方向感。

5.1.6 神经退行性疾病模型

虽然记忆和认知能力的衰退对人类健康构成重大威胁，但并非所有中枢神经系统的疾病都会影响这些功能。像肌萎缩侧索硬化症、帕金森病和亨廷顿病等神经退行性疾病，主要与运动神经细胞的损害或死亡相关。

5.1.6.1 肌萎缩侧索硬化症模型-SOD小鼠

SOD小鼠是一种特殊的转基因小鼠，它们被设计来模拟人类肌萎缩侧索硬化症（ALS）的病理过程。这种小鼠体内过表达了突变的人铜-锌超氧化物歧化酶（SOD1），这种突变导致了运动神经元的逐渐死亡，与人类的ALS症状极为相似。观察这些小鼠，我们仿佛能看到ALS患者的影子：它们的肌肉逐渐无力，行动变得迟缓，直至最终瘫痪。

然而，仅有SOD小鼠还不足以全面评估药物的效果。这时，旋转模型便派上了用场。想象一下，一个水平悬挂的旋转圆筒，啮齿类小动物被放置在这个旋转杆上。在正常情况下，它们会尽力保持平衡，尽可能长时间地停留在杆上。这一模型巧妙地模拟了人类在日常生活中的平衡与协调挑战。

通过给SOD小鼠服用候选化合物，然后观察它们在旋转模型上的表现，我们可以直观地评估药物对小鼠平衡、协调和运动能力的影响。如果一种药物能够显著延长SOD小鼠在旋转杆上的停留时间，那么它很可能对ALS具有治疗效果。

此外，旋转模型还可以用来测试药物的镇静作用。有些药物可能会使小鼠变得更为镇静，从而影响它们在旋转杆上的表现。

当然，任何模型都有其局限性。SOD小鼠虽然能够模拟ALS的病理过程，但毕竟与人类的生理环境存在差异。而旋转模型虽然直观，但也只能反映药物对小鼠行为的一部分影响。因此，在药物研发过程中，我们还需要结合其他多种方法和模型，以确保药物的全面评估。

5.1.6.2 帕金森MPTP模型

帕金森病，一种慢性进行性运动障碍疾病，由大脑黑质区域中多巴胺能细胞的凋亡所致。这些珍贵的细胞，如同大脑中的小精灵，负责分泌多巴胺这种重要的神经递质。然而，当它们逐渐凋亡，多巴胺的分泌减少，患者便会出现无法控制的震颤、四肢僵硬、运动迟缓等症状，生活也因此变得艰难。

为了模拟这一疾病状态，科学家们巧妙地利用了MPTP这种化学物质。MPTP，全名1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶，原本是一种不起眼的化合物。然而，在20世纪80年代后期，人们意外地发现它能够迅速引发帕金森病症状，包括多巴胺能细胞的凋亡。

在帕金森MPTP模型中，科学家们给动物注射MPTP，引发多巴胺能细胞的凋亡，从而模拟帕金森病的状态。这种模型不仅在灵长类动物中有效，在小鼠中同样适用。症状通常在注射MPTP后的6到9天内发作，与人体帕金森病的症状极为相似。

通过调整MPTP的剂量和注射时间，我们可以灵活地控制疾病的进展速度和严重程度，从而更好地研究疾病的发展过程和药物的疗效。

然而，任何模型都不可能完美无缺。帕金森MPTP模型虽然能够模拟帕金森病的大部分症状，但却无法复制路易体的形成。这是由神经元内蛋白异常聚集产生的帕金森病标志，也是未来模型改进的重要方向。

尽管如此，帕金森MPTP模型依然是我们手中的一把利器。它让我们能够在相对较短的时间内，从两个不同的角度研究神经变性：预防和治疗。在预防方面，我们可以在给予MPTP之前给动物服用受试化合物，评估其预防神经变性的活性；在治疗方面，我们可以在给予MPTP后且症状发作之前向动物给药受试化合物，评价其保持多巴胺功能的活性。

5.2 心血管疾病模型

5.2.1 高血压动物模型

高血压动物手术模型，特别是2K1C模型，是通过外科手术来模拟人类高血压状态的先进方法。在这个模型中，我们会通过手术收缩动物的肾动脉，以此来引发高血压。这种操作会导致动物的血压缓慢上升，通常在2到3周内达到一个稳定的高血压状态。

这一模型的优点在于其能够高度模拟人类高血压的病理生理过程，为我们提供了一个极为真实的实验环境。通过这种方式，我们可以更深入地了解高血压的发病机制，评估新药在降低血压方面的效果，以及探索药物可能带来的副作用。

目前已经成功地在小鼠、大鼠、兔、犬、猪和非人灵长类动物上应用了这种手术模型。这些动物在手术后均表现出了与人类高血压相似的症状，为我们提供了宝贵的实验数据。

另一种重要的高血压动物模型——高血压动物药物模型，研究人员通常通过让动物长期服用盐皮质激素，特别是醋酸脱氧皮质酮（DOCA），来诱发高血压状态。这种方法的原理在于，盐皮质激素能够影响体内的电解质平衡和水分代谢，从而导致血压升高。

在实验过程中，动物们会连续2到4周接受这种药物的治疗。随着时间的推移，大鼠、犬和猪等实验动物会逐渐发展出高血压的症状，其特征是心排血量及输出体积增加。这一过程不仅模拟了人类高血压的病理生理变化，还为我们提供了一个观察和评估药物疗效的窗口。

有趣的是，在某些情况下，我们还可以通过调整动物的饮食来增强模型的效果。比如，增加高盐饮食可以进一步加剧动物的高血压症状，使模型更加贴近人类高血压的实际情况。

此外，除了盐皮质激素，我们还可以使用糖皮质激素在小鼠模型中达到类似的效果。这种灵活性使得我们可以根据实验需求选择最合适的建模方法。

值得一提的是，简单的饮食干预有时也能用于诱导高血压。例如，Dahl盐敏感大鼠在短短3周内，仅仅通过高盐饮食就可以引发高血压，这种方法能为我们提供一个快速、有效的高血压动物模型。

5.2.2 高脂血症和高胆固醇模型

在高胆固醇模型中，研究人员通常会选择特定的动物，如新西兰白兔，通过特定的饮食诱导其产生高胆固醇血症。这种模型的建立相对简单且周期短，仅需5到6周的时间，动物的胆固醇水平就能从正常水平升高至约310mg/dL，成功模拟了人类的高胆固醇状态。

一旦模型建立成功，我们就可以利用这个平台来测试候选药物。通过给予动物候选化合物，观察其是否能在较长时间内（1到2周）降低胆固醇水平。在给药期间和给药结束后，我们会分析血液样本，精确测定胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）的全身浓度。这种方法有助于我们鉴定出具有潜在疗效的化合物，比如他汀类药物，如洛伐他汀，就是通过这种动物模型被筛选出来的。

然而，虽然饮食诱导的高胆固醇血症模型在降胆固醇药物开发中发挥了重要作用，但它并非完美无缺。这种模型主要关注的是胆固醇和LDL水平的升高，而不一定能完全模拟人体内动脉粥样硬化的真实环境。例如，在兔模型中形成的动脉粥样硬化斑块与人类的斑块存在显著差异，这种结构上的差异限制了该模型在评估药物对动脉粥样硬化斑块进展影响方面的应用。

幸运的是，我们还有另一种强大的模型——载脂蛋白E基因缺陷（ApoE-）小鼠模型。这种转基因小鼠经过基因改造，不再表达载脂蛋白E，这是除低密度脂蛋白外所有脂蛋白的重要成分。因此，这些小鼠在正常饮食条件下就表现出高水平的胆固醇（>500mg/dL），当给予高脂肪的“西方饮食”时，它们的胆固醇水平甚至能增加4倍。

ApoE-小鼠在年仅10周时就开始在血管中形成脂肪条纹，其动脉粥样硬化病变的进展方式与人类的斑块发展高度一致。这使得我们可以直接通过观察ApoE-小鼠模型的斑块结构来评估药物对动脉粥样硬化斑块进展的影响，而无需依赖循环胆固醇水平作为疾病进展的检测指标。

5.2.3 心房颤动模型

心房颤动模型主要分为两类：无菌性心包炎模型和心动过速诱导模型，它们各自具有独特的特点和应用场景。

在无菌性心包炎模型中，通常选择大型动物，如犬类，作为实验对象。通过手术去除心脏中与起搏相关的组织，并在心包中植入起搏器和滑石粉。滑石粉的存在会引发心包炎，使得试验动物更容易通过突发起搏诱导心房颤动（AF）的产生。这种模型能够模拟临床上心脏手术后经常观察到的AF情况，具有很高的临床相关性。在模型中，我们可以观察AF的平均持续时间和整体AF诱导能力，以此来评估AF的严重性，并测试抗心律失常药物的疗效。

而心动过速诱导模型则是另一种重要的心房颤动模型。在这个模型中，我们同样选择大型动物，通常也是犬类，进行实验。通过手术将监测电极和起搏器植入动物的心脏中。在动物恢复两周后，我们将起搏器调整到高速率，引发心动过速，并维持该状态两到三周。这段时间内，心脏会发生物理和电重构，包括离子通道的改变和基因表达的调整，从而促进AF的发生。这种模型对于研究阻止心脏电重构的药物具有重要价值。在重构期结束后，我们同样可以采用类似无菌性心包炎模型的方法来评估AF的严重性，并测试药物的疗效。

这两种模型各有优势，无菌性心包炎模型更注重模拟临床手术后的AF情况，而心动过速诱导模型则更适合研究心脏电重构的过程。它们共同构成了我们研究心房颤动的重要工具。

虽然小鼠模型在早期被认为不适合研究心律失常，但近年来的研究已经打破了这一观念。转基因小鼠模型的出现为我们提供了更多研究AF潜在机制的视角。然而，由于小鼠心脏与人类心脏的差异，这些模型目前还不能直接用于药物疗效的评估。

5.2.4 心力衰竭模型

心力衰竭，简称心衰，是心血管系统疾病的终末阶段，它如同一个隐形的杀手，悄悄夺走患者的活动能力和生活质量。

心力衰竭模型主要分为手术诱导和非手术诱导两大类。手术诱导模型中，我们通常会选择大鼠、犬、猪或绵羊等动物，通过结扎冠状动脉来模拟心肌缺血，进而诱发心衰。这种方法的优点在于可以精确地控制心衰的发生和发展过程，便于我们观察药物对心衰进程的影响。手术后，我们会密切监测动物的心血管功能，如平均主动脉压、心脏收缩性等指标，以此来评估药物的疗效。

除了手术诱导模型外，非手术诱导模型也是研究心衰的重要手段。例如，Dahl盐敏感大鼠在高盐饮食条件下会逐渐出现心衰症状。这种模型虽然需要更长的诱导时间，但其优点在于更贴近人类心衰的自然病程，有助于我们深入了解心衰的发病机制和药物干预的效果。

在众多的心衰模型中，快速起搏诱导的心脏衰竭模型尤为引人注目。这种模型通过快速起搏的方法诱导动物出现扩张型心肌病和左心室心衰，其病理变化与人类心衰高度相似。在这一模型中，我们可以观察到心脏的重构、神经激素系统的变化等关键病理过程，为心衰药物的研发提供了宝贵的实验平台。

5.3 感染性疾病模型

5.3.1 小鼠腿部感染模型

在小鼠腿部感染模型中，小鼠会接受一种叫做环磷酰胺的药物处理，这个过程会持续四天。环磷酰胺的作用是降低小鼠体内的中性粒细胞数量，这些细胞是免疫系统的重要部分，负责对抗感染。当中性粒细胞减少到一定程度后，我们会将细菌悬液注射到小鼠的腿部。这些细菌通常会被稀释到一定比例，以确保实验的准确性和可重复性。注射后，小鼠的腿部就会产生感染，这就形成了一个模拟人类感染的实验环境。

接下来，在规定的时间间隔后，开始使用待测试的化合物对小鼠进行治疗。这些化合物可能是新开发的抗感染药物，也可能是已知药物的新剂型或新用法。通过治疗，可以观察这些化合物对感染的控制效果。

治疗结束后，评估小鼠腿部的菌落形成单位（CFU）数量。这个指标可以直观地反映出感染的严重程度，以及药物治疗的效果。与未给药的对照小鼠相比，如果治疗组小鼠腿部的CFU数量明显减少，那就说明这种化合物具有潜在的抗感染活性。

虽然小鼠腿部感染模型并不是一种“自然”感染模型，但它具有简单、通用且费用低的优点。更重要的是，这个模型可以高度准确地使动物感染，从而减少研究所需的动物数量，降低总体成本。

5.3.2 小鼠全身感染模型

小鼠全身感染模型，顾名思义，是通过在小鼠体内引发全身性感染，以模拟人类感染疾病的进程。这个模型的构建起始于造成小鼠中性粒细胞减少症，这一步骤与腿部感染模型相似，目的都是为了降低小鼠的免疫应答能力，使得感染更易发生且进程更为可控。

当中性粒细胞减少到一定程度后，实验进入关键阶段。我们会向小鼠腹腔内注射一定量含有特定CFU（菌落形成单位）/ml的感染性细菌，如金黄色葡萄球菌或单核细胞增生李斯特菌。这些细菌在小鼠体内迅速繁殖，引发致死性全身性感染，对小鼠的生命构成严重威胁。

此时，候选的抗菌药物便派上了用场。在接种细菌1小时后，我们会给予小鼠单剂量的候选化合物。接下来的48小时，是对药物疗效的严峻考验。如果缺乏有效的治疗，致命剂量的细菌将会导致小鼠死亡。然而，如果候选化合物具有抗菌活性，它便能够在这场生死较量中“拯救”小鼠，为它们赢得生的希望。

为了更精确地评估药物的疗效，会在不同组的小鼠中重复多次实验，每次使用不同剂量的候选化合物。通过这些研究，可以确定受试化合物的ED50（即使得50%的小鼠存活的剂量）。这一关键指标不仅可以帮助我们比较多种化合物的疗效，还能为同一化合物不同剂量水平的疗效提供有力依据。

在实验结果的呈现上，通常会采用卡普兰-梅尔（Kaplan-Meier）生存曲线。这种曲线能够直观地展示不同剂量药物对小鼠生存率的影响，为筛选和优化抗菌药物提供有力支持。

5.3.3 小鼠流感病毒模型

小鼠流感病毒模型通过让小鼠感染流感病毒，来模拟人类感染流感的情况。由于小鼠和人类在生理和免疫系统上有一定的相似性，因此这种模型可以帮助我们更好地了解流感病毒在生物体内的行为，以及抗病毒药物的作用机制。

在这个模型中，我们通常会将流感病毒通过鼻腔接种到小鼠体内。这样做的好处是，可以模拟病毒自然感染人体的途径，使实验结果更具现实意义。接种后的小鼠会在短时间内，比如4小时内，出现流感症状，这时我们就成功地建立了感染模型。

接下来，我们会按照设定的时间表，给小鼠服用候选的抗病毒药物。然后，在给药后的特定时间点，检测小鼠肺组织中的病毒数量和细胞因子的活性。这些指标可以帮助我们判断药物是否有效。如果候选药物具有抗病毒活性，那么与未治疗组相比，它应该能够降低病毒数量和细胞因子的活性。

5.3.4 感染性疾病动物模型的局限性

宿主特异性：许多感染性疾病具有宿主特异性，即病原体与宿主的相互作用具有种属特异性。尽管转基因技术可以提高动物模型与人体病理状况的一致程度，但动物仍然只是人体宿主的一个近似替代物。这意味着，即使在动物模型中成功复制了某种感染性疾病，其结果也可能无法完全反映人类患者的真实情况。

菌株差异性：实验室中使用的菌株通常是经过仔细培养、富集和选择的，这样的过程可能使病原体发生基因突变，更适应人造的培养环境。因此，实验室中的病原体与实际人体环境中的病原体可能存在差异，从而影响动物模型的准确性和可靠性。

感染途径的不一致性：自然发生的感染通常是以感染性微生物的侵入为开端，通过一段时间的复制来形成对宿主的感染，然后再继续传染给下一个宿主。然而，在动物模型中，感染过程往往是通过将感染物一次性、大剂量地注射到动物体内来引发的。这种方式与自然感染的生命周期规律不符，可能会对动物实验中获得的数据有效性产生影响。

5.4 肿瘤动物模型

5.4.1 小鼠异种移植肿瘤模型

小鼠异种移植肿瘤模型主要利用特定类型的小鼠，如无胸腺裸鼠或严重免疫缺陷小鼠。这些特殊的小鼠无法对外来的、非天然的细胞产生免疫应答，为肿瘤细胞提供了一个理想的“温床”。通常，科学家们会选择使用突变的人肿瘤细胞株，例如从美国国家癌症研究所获得的标准化细胞系，来进行实验。

然而，这种模型的局限性也显而易见。稳定细胞系可能并不完全代表其原始临床肿瘤的特性，而且实验室的培养条件与真实的肿瘤环境也存在差异。这就像是在一个简化的、理想化的世界里研究复杂的现实问题，虽然有其价值，但总归与真实情况有所出入。

为了更贴近临床实际，科学家们还尝试从患者体内直接分离肿瘤细胞，植入免疫缺陷小鼠中。这种方法消除了长期繁殖和生长条件带来的影响，为我们提供了更接近真实的肿瘤模型。然而，由于技术难题和高昂的成本，这种方法并未得到广泛应用。

无论采用哪种方式建立模型，核心的目的都是为了测试新型抗癌药物的疗效。通过观察小鼠体内肿瘤体积的变化，我们可以直观地判断药物是否具有抗肿瘤活性。这是一个漫长而细致的过程，需要科学家们数周乃至数月的持续观察和测量。

5.4.2 小鼠同种异体移植肿瘤模型

与异种移植模型不同，同种异体移植模型采用的是小鼠自身的肿瘤细胞，这些细胞被植入到具有完整免疫系统的小鼠体内。

这样做的好处是，我们可以观察到一个更加贴近自然状态的肿瘤发展过程，因为小鼠的免疫系统会对肿瘤细胞产生正常的免疫反应，我们可以观察到肿瘤细胞与免疫系统之间的复杂互动。这种互动在异种移植模型中是无法完全模拟的，因为那里的小鼠缺乏正常的免疫反应。

5.4.3 小鼠基因修饰肿瘤模型

小鼠基因修饰肿瘤模型，简称GEM肿瘤模型，是近年来在药物研发领域崭露头角的一种先进模型。GEM肿瘤模型的核心在于通过基因工程技术，定向诱导小鼠体内的基因突变、过表达或缺失，从而模拟人类肿瘤的发生过程。这就像是在小鼠体内埋下了一颗“种子”，随着时间的推移，这颗“种子”会生根发芽，最终长出“肿瘤”的果实。而这一切，都是在小鼠完整的免疫系统监视下进行的，因此，GEM模型能够更真实地模拟天然肿瘤的发展进程。

如果我们能够复制在人体中产生肿瘤的特定缺陷基因，并将其植入小鼠体内，那么，我们就可以在小鼠身上观察到与人类相似的肿瘤生长过程。这不仅有助于我们了解肿瘤的发生机制，还可以为我们测试新药提供更为贴近实际的实验环境。

然而，正如一枚硬币有两面，GEM肿瘤模型虽然强大，但也并非完美无缺。它的开发过程耗时且昂贵，需要投入大量的人力、物力和财力。而且，由于小鼠和人类之间毕竟存在生物学上的差异，因此，在小鼠身上获得的实验结果并不一定能够完全适用于人类。

5.5 疼痛疾病模型

痛觉是生物体的保护机制，警示伤害或疾病。疼痛研究需全方位方法，分急性和慢性，源于不同损伤和组织类型。动物模型在研究疼痛中起关键作用，需考虑疼痛制造方法和测量终点。制造方法有直接伤害、手术或化学暴露，影响机体不同。测量终点方面，动物无法表达疼痛，但可通过观察行为等量化反应。常见模型包括反射行为测量等，有助于判断药物疗效。

5.5.1 冯-弗雷试验

冯·弗雷试验，这一以著名科学家马克西米兰·冯·弗雷命名的疼痛测试方法，自19世纪末问世以来，一直在镇痛药研发领域占据着举足轻重的地位。尽管历经百年，它依然是评估药物镇痛效果的黄金标准，其经典与实用性可见一斑。

这个试验的巧妙之处在于它利用了一根特制的弹性细丝。当这根细丝以一定力度垂直按压在动物皮肤上时，它会在特定力的作用下发生弯曲。这种弯曲的程度，与细丝的长度、直径以及材料特性息息相关。令人称奇的是，一旦细丝发生弯曲，无论其弯曲程度如何变化，与皮肤接触点所施加的力始终保持恒定。

在进行试验时，我们通常会将这根弹性细丝按压在实验动物的皮肤上，比如小鼠或大鼠的后爪。如果施加的压力足够大，细丝就会引发动物的疼痛反应，比如缩回爪子、抖动或者发出尖叫声。通过调整细丝的长度、直径或施加力度，我们能够精确控制施加在动物皮肤上的压力大小。

冯·弗雷试验的精髓在于，它能够通过对比动物在用药前后的疼痛反应，来客观评估药物的镇痛效果。一种具有镇痛作用的药物，能够使动物在更大的压力下才表现出疼痛反应，这意味着药物有效地缓解了疼痛。

举例来说，假设我们正在研发一种新的镇痛药。在试验前，我们记录下动物在没有用药时对冯·弗雷细丝的反应阈值；然后给动物服用新药，并再次进行测试。如果发现动物在用药后能够承受更大的压力而不表现出疼痛反应，那么我们就可以初步判断这种新药具有镇痛效果。

5.5.2 机械刺激逃避模型

机械刺激逃避模型，也被称为兰德尔-塞利托测试，这个模型的设计理念相对直接且实用：通过向啮齿动物的足部或尾部施加逐步增强的机械压力，观察它们的反应，以此来衡量其对疼痛的忍受阈值。

在实际操作中，通常会选择大鼠作为实验对象，这主要是因为大鼠相较于小鼠，更能耐受实验所需的束缚条件。为了确保实验结果的准确性，我们会在实验开始前让动物适应被束缚的感觉，从而排除束缚压力对实验结果的可能干扰。

随着机械压力的不断增加，我们会密切关注动物的反应。一旦动物表现出缩爪或发出嘶叫声等逃避行为，我们就知道它已经达到了疼痛的忍受极限。这时，记录下所施加的压力值，这个值就是该动物的疼痛反应阈值。

机械刺激逃避模型的价值在于，它可以提供一个量化的、客观的疼痛评估指标。通过对比动物在用药前后的疼痛反应阈值，我们可以清晰地判断出药物是否具有镇痛作用。如果一种化合物能够显著提高动物的疼痛反应阈值，那么我们就可以初步认为这种化合物具有潜在的镇痛效果。

5.5.3 基于热辐射的模型

5.5.3.1 甩尾试验

用尾试验，这一动物疼痛测试模型，自1941年首次报道以来，已成为评估药物镇痛效果的重要工具。该模型巧妙地利用了啮齿动物对痛觉刺激的本能反应——甩尾，以此作为衡量疼痛敏感性的直观指标。

通过一束聚焦的光束，精准地在动物的尾部施加热量，这种热量逐渐累积，直至达到动物能够感知的疼痛阈值。此时，动物会迅速地将尾巴从光源中甩开，以减轻疼痛感。我们记录下这个过程所需的时间，它反映了动物对疼痛的耐受程度。

在这个试验中，能够延长甩尾时间的化合物，意味着它们具有阻断或减轻疼痛感的作用。这种直观的评估方式，使得用尾试验在药物研发过程中具有不可替代的价值。

除了使用聚焦光束外，用尾试验还有一种变体，那就是使用热水浴作为热源。在这种情况下，我们将动物的尾巴轻轻放入46~52℃的热水中，并观察记录尾巴从水中移出的时间。这个时间点，同样可以反映药物对疼痛感受的影响。

值得注意的是，为了确保试验的准确性和可靠性，我们需要对试验动物进行一定的束缚。这样做不仅可以减少外界干扰，还能确保热源准确地作用于动物的尾部。

5.5.3.2 热板试验

与甩尾试验相似，热板试验也是基于热辐射的疼痛刺激，但它为研究人员提供了更多关于动物疼痛反应的细节。

小鼠或大鼠被放置在加热的表面上，温度通常维持在50到55摄氏度。这个温度范围足以引起动物的疼痛反应，但又不会造成实质性的组织损伤。研究人员随后会密切观察动物的行为，任何疼痛反应行为，如前爪或后爪的回缩、舔爪子、跺脚、跳跃或姿势扭曲，都被视为疼痛的明确信号。

特别是，前爪回缩这一行为虽然常被观察到，但它可能并不完全代表疼痛反应。因为动物的前爪也常用于日常活动，如梳理毛发或探索周围环境。因此，在解读这一行为时需要更为谨慎。

热板试验的真正价值在于，它能够通过测量诱发这些疼痛行为所需的时间，来精确评估药物的镇痛效果。如果一种化合物能够延长动物出现疼痛反应的时间，那么这种化合物很可能具有镇痛作用。

除了传统的热板试验，还有一种变体方法也颇受欢迎。在这种方法中，动物被放置在一个初始温度较低的金属表面上，然后研究人员会缓慢提升表面的温度，直到观察到动物的疼痛反应。这种方法提供了更为温和的疼痛刺激，同时也能更精确地找到动物的疼痛阈值。

5.5.3.3 哈格里夫斯试验

哈格里夫斯试验，也是以热源为基础的疼痛测定方法。试验的设计充分考虑了实验动物的舒适度和实验的准确性，为我们提供了一种量化评估疼痛反应的有效手段。

在这个试验中，小鼠或大鼠被放置在一块特制的玻璃板上，这样做的目的是为了最小化金属板可能产生的热沉效应，从而确保实验结果的准确性。热源被精确地集中在动物的后爪足底表面，这样我们就可以精确地观察和记录动物对疼痛的反应。

哈格里夫斯试验中，动物是处于自由状态的，没有任何束缚。这一设计极为重要，因为它消除了束缚压力可能对实验结果产生的影响。我们可以想象，如果动物在实验中感到受到束缚或压迫，它们的反应可能会受到影响，从而导致实验结果的偏差。而在这个试验中，动物们可以在相对自然、舒适的状态下接受测试。

试验的关键在于测量动物将后爪从热源中移开所需的时间。这个时间的长短直接反映了动物对疼痛的耐受程度和反应速度，也间接反映了药物的镇痛效果。通常情况下，我们会通过调节热量的强度，使得未经处理的动物对痛觉的反应时间控制在10到12秒之间。

这个试验的独特之处还在于它可以单独作用于动物的左后爪或右后爪。这种设计为我们提供了更多的灵活性。例如，如果我们对两只后爪中的一只进行改变感知疼痛能力的操作，那么在评估潜在药效时，另一只爪子就可以作为内参进行对比参考。这种自身对照的设计无疑增加了实验的严谨性和可靠性。

5.5.4 基于炎症的模型

炎症性疼痛，与机械或热诱导的疼痛有着本质的不同。它是由炎症免疫细胞，如中性粒细胞和巨噬细胞的浸润所引发的。当身体某个部位发生炎症时，这些免疫细胞就会像勇敢的士兵一样，迅速赶往战场，与病原体展开激战。然而，这场战争却常常伴随着剧烈的疼痛，给患者带来极大的痛苦。

为了更深入地研究炎症性疼痛，并寻找有效的治疗药物，科学家们设计了基于炎症的动物模型。这些模型通过向动物体内注射特定的化学试剂，如辣椒素，来模拟炎症反应。辣椒素，就像是一种引信，能够点燃动物体内的炎症之火，从而引发疼痛和痛觉过敏。

在动物模型中，我们可以观察到炎症的整个过程，从免疫细胞的浸润到疼痛的产生。这不仅帮助我们了解了炎症性疼痛的病理机制，还为我们提供了一个评估治疗药物疗效的平台。通过观察药物对动物模型中炎症和疼痛的缓解程度，我们可以初步判断该药物是否具有治疗潜力。

除了辣椒素模型外，还有其他多种基于炎症的疼痛模型。这些模型各有特点，能够模拟不同类型的炎症反应和疼痛状态。例如，有些模型侧重于模拟急性炎症，而有些则更注重慢性炎症的研究。这些多样化的模型为我们提供了更全面的研究视角，有助于我们更深入地了解炎症性疼痛。

基于炎症的动物模型不仅具有科研价值，还具有临床转化意义。以辣椒素模型为例，这种模型不仅在动物实验中取得了显著成果，还在人体试验中展现出了潜在的应用价值。通过向人体局部注射辣椒素，我们可以直接观察药物对人体炎症性疼痛的缓解效果，从而为临床治疗提供有力支持。

5.5.5 手术模型

手术模型在动物测试中扮演着重要角色，尤其是在研究中枢神经和周围神经病变的领域。这些模型通过外科手术方式来模拟人类可能遭遇的神经损害，以此评估新药或治疗方法的效果。

在中枢神经病变的研究中，脊髓挫伤、手术损伤或激光辐射是常用的建模方法。这些手段能够精确地造成特定类型和程度的神经损伤，进而引发与机械性和热痛觉过敏相关的症状。例如，脊髓挫伤模型可以帮助我们了解在脊髓受到冲击后，神经信号传递的变化以及可能引发的疼痛反应。

对于周围神经病变，手术模型同样发挥着不可或缺的作用。通过结扎、横切或束紧动物的特定神经，如坐骨神经，科学家们能够模拟出人类因外伤或疾病导致的神经受损情况。这种模型对于研究神经再生、疼痛传导机制以及开发针对神经损伤的新药具有重要意义。

5.6 糖尿病模型

首先，我们来看1型糖尿病的动物模型，这类模型通常是通过破坏动物的胰岛B细胞来模拟1型糖尿病的症状。这就像是把动物的“血糖调节器”给拆掉了，导致它们不能正常分泌胰岛素，血糖调节能力下降。在这种情况下，我们会定期给动物注射胰岛素，就像1型糖尿病患者需要做的那样，来观察治疗效果。

而2型糖尿病的动物模型则更为复杂，例如，瘦素缺乏或瘦素受体缺乏的小鼠模型，它们因为瘦素信号转导错误而变得肥胖和高血糖。这就像是小鼠体内的“饥饿信号”被切断了，导致它们不停地吃，最终引发肥胖和糖尿病。通过这些模型，我们可以研究如何通过药物来修复这种信号转导错误，从而治疗糖尿病。

除了小鼠模型，还有Zucker糖尿病肥胖大鼠模型，这种大鼠也因为瘦素信号功能障碍而迅速发展为肥胖和高血糖。

此外，还有通过特殊饮食诱导的糖尿病模型，比如给C57BL6小鼠饲喂高脂饮食来引发肥胖和高血糖。这就像是给小鼠吃太多的“垃圾食品”，导致它们患上糖尿病。这种模型的优点在于排除了基因的影响，更能真实模拟人类因不良饮食习惯导致的糖尿病。

在这些模型中，我们会进行葡萄糖耐量试验来评估新药的效果。就像是给动物做一个“血糖挑战”，先给它们服用新药或对照剂，然后让它们口服一定量的葡萄糖。通过测量血糖浓度的变化，我们就能知道新药是否能帮助动物更快地清除体循环中的葡萄糖，从而降低血糖浓度。

5.7 药物成瘾模型

药物成瘾模型通常使用啮齿动物、犬或非人灵长类动物作为实验对象，通过特定的实验操作来观察和分析它们对药物的反应和依赖程度。

在一个装有操作杆的小箱子—“斯金纳箱”中，当动物按下操作杆时，它们会获得一定剂量的药物，比如可卡因。这就像是一个小小的“药物自助餐厅”，动物们可以自行选择是否“取餐”——也就是是否给自己注射药物。通过这种方式，我们可以模拟人类对药物的自我给药行为，进而研究成瘾的机制。

在这个模型中，设定了“固定比率”给药计划。比如，设定为“FR2”，意味着动物需要按压操作杆两次才能获得一次药物注射。随着时间的推移，动物们会逐渐学会如何更有效地获取药物，这反映了药物成瘾者不断追求药物满足的行为模式。

当动物们接受了这种训练后，我们就可以开始测试各种候选药物了。如果一个化合物能够减少动物自我给药的行为，那么它就有可能成为治疗药物成瘾的潜在药物。

另外，我们还可以通过增加脱毒和恢复阶段来评估药物对于预防药瘾复发的作用。在脱毒阶段，动物们虽然继续执行被训练的动作，但不再获得药物。这就像是一个“戒毒所”，帮助动物们戒掉药物依赖。而恢复阶段则像是“重返社会”，观察动物们是否会因为药瘾复发而重新寻求药物。如果一个化合物能够在这个阶段减少药物寻求行为的恢复，那么它对于防止药瘾复发就具有重要的治疗意义。

然而，这个模型也有其局限性。例如，有些化合物可能会让动物变得嗜睡，从而减少它们寻求药物的行为，这就像是给人吃了安眠药，虽然表面上看起来减少了药物寻求行为，但实际上并没有真正解决成瘾问题。因此，我们需要通过其他试验来排除这种假阳性情况。