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实验用小鼠简介

实验用小鼠  

  一、分类(Taxonomy )  
  Class : Mammalia  纲:哺乳动物纲  
  Order : Rodentia  目:啮齿目  
  Family:Muridae  科:鼠科  
  Genus : Rattus  属:小鼠属  
  Species : Norvegicus  种:小鼠种  

  概述  
 广泛地使用:在美国每年使用5千万只遗传上明确界定基因之近交系小鼠作为研究使用。DBA/2是由Clarence Cook 
  Little于1900左右所开发出之第一个近交系小鼠,约在1909年用于毛皮基因和肿瘤新生疾病的研究。其它由Little所开发出的小鼠品系包括 A,CBA,C3H,C57BL/6,和C57BL/10。其它工作人员则开发出BALB/c品系小鼠。远交系小白鼠(Outbred white or ”Swiss”)或瑞士小白鼠是由Dr. Clara Lynch于1920初期所培育出来的,和一般近亲品系一样常被使用。小鼠第一个连结的系谱是在1910年代初期及1920年代后期间所开发出来的。在1929年,Roscoe B. Jackson纪念实验室( Jackson Lab )由Little设立了一个以研究哺乳动物遗传学为中心的实验室。在1935年前,界定了小鼠基因11个部位。大多数是毛皮颜色和眼睛颜色之基因。最近则辨识了超过1000个基因部位。以往小鼠的开发利用主要的进展主要包括组织兼容性的概念。(大部份是由1980年诺贝尔医学奖得主Dr George Snell的努力所致。他的工作主要是同源异基因品系(congenic  strains)的开发)。   
小鼠主要的优点   
基因特性明确    
提供大多数的近亲品系,同源异基因品系(congenic),及重组近亲品系    
体型小,允许大数量的使用    
可以无菌和无病原性的生产,以及可以有高生殖率的性能   
小鼠主要的缺点    

由于小鼠体型小,很难进行外科手术或获得大量的采样。   

二、解剖及组织学  
 外表: 前后脚掌各有5只脚趾;最具代表性的是前爪第一脚趾有一扁平的指甲。    
 齿式: I 1 /1 , C0 / 0 , PM0 / 0 , M3 / 3,恒切齿终生持续不断地成长。小鼠是为杂食性动物。    
  胃:分成非腺体部(贲门部)及腺体部(幽门部)
  食道:缺乏在其它动物品种常见之黏液分泌腺体;成鳞状扁平上皮。
  胰脏:不是一个分离性的腺体,但松弛的分叶散布于肠系膜间,使得胰脏很难发现。
  肝脏:四叶;分成一个大的中央叶,左叶和右叶,和左尾叶。
  胆囊:存在胆囊    
  生殖系统    
  雄性腺体:包皮腺
  尿道球腺
  前列腺:2叶,背部和腹部
  精囊:最大,成对,细长弯曲。输精管开口靠近膀胱颈附近的尿道开口;
  凝固腺:较无弯曲的储精囊;制造精液栓子
  壶腹腺(ampullary glands):直接开口进入输精管的壶腹部
  具有阴茎骨;凝固腺负责交配后精液的填充物之凝固。    
  雌性
  雌性有Y字型的子宫,分成侧角和内侧子宫体。子宫颈有一体腔,子宫颈前部则有二个体腔。
   乳腺:三对胸部乳腺,二对腹股沟乳腺。(小鼠五对,大鼠六对乳腺)
 所有乳腺到达腹中线超过侧面,胸线,和颈(小鼠乳腺组织延伸超过背部和肩部;所以,乳房肿瘤常于远离乳头的部位所发现) 
   脾:雄小鼠之脾脏可比雌性小鼠大一半50%。附属的脾组织常潜藏在胰脏中。骨髓外造血则是规则地在脾脏的红髓和肝脏中发现。
                             
褐色脂肪组织:发生在许多地方;如:在肩胛,颈部,肾脏周围,和胸腺部位等。最显著的脂肪组织发生在肩胛间且有时候称为冬眠腺。它也许是此动物的热量能量的来源,且似乎是特别在冬眠发展良好之动物有此脂肪组织。在成年动物,褐色脂肪可由正常脂肪组织所取代。褐色脂肪组织是由一群包于细胞桨中含脂质小滴之多角细胞所组成。
                             
      Hardarian腺:位于眼窝深处内。马蹄型腺体。管泡型腺体(Tubuloalveolar)特征和产生及分泌排出咯紫质。外分泌腺管之开口位于眼睛瞬膜(第三眼睑)基底,其可帮助润滑眼睛构造。
                             
    胸腺:包括二个不相等的叶片,位于胸廓,腹部到主动脉弧;体型薄且呈叶状,反之在其它多数的品,其与体型成比例的增大。 
 性别差异:
        涎液腺-大的分泌颗粒位于小鼠的颌下唾液腺小叶内的管近侧成一条线的部份之高圆柱细胞。在雌性小鼠,这些细胞则不是高管细胞,也不像雄性小鼠颗粒细胞之数量那么丰富。
 肾脏-雄性小鼠的鲍氏囊上皮是立方形,而在雌性小鼠则为鳞状上皮细胞。
 此与氯仿毒性有关(雄性易于感受其毒性)。 肛门生殖器间的距离,雄性较大,用于新生小鼠性别鉴定。   

三、行为  
      小鼠为夜行性动物,吃,喝,与其它的活动在夜晚会增加。行为较强势的小鼠有时候会吃掉跟随小鼠的毛皮,通常会吃掉脸部的毛。这种行为称为刮毛。刮毛不应与皮肤病或恙虫引起的脱毛问题混淆。另一种小鼠的行为是磨牙;小鼠需要咬硬的材料或粒状食物,以磨掉不断发育成长的门牙。  
      雌性小鼠通常不会打斗,整群饲养的雄性小鼠,则时常打斗,一些品系会比其它品系更会打斗。具侵略性的小鼠应个别饲养;因为他们会加剧同笼的小鼠之损伤。年轻雄性小鼠与离乳小鼠分开笼饲可预防如成熟动物般打斗。  
四、生理学  
                          心跳速率:快速,300-600/min
                          呼吸速率:快速,100/min
                          氧气消耗量:1.7毫升/g/hr
                          生育力:8窝或425天繁衍一百万只后裔
                          骨髓:大部分的小鼠长骨骨髓终生仍存留功能(大多数的成年哺乳动物,其骨髓是由脂肪所取代)
                          热量散失:经由足底汗腺与尾巴血管的舒张来散热。(如大鼠)
                          其它:见附件   
       繁殖:
        交配:大部份囓齿类的肛门生殖器间距(肛门和生殖器的距离),包括小鼠,公鼠的间距是比母鼠较大的。大部份的成年囓齿类,成熟雄性的睪丸很容易在尾巴和阴茎间观察到。
      性成熟期依小鼠的品系营养,与环境的影响而异,但一般而言介于28日和49日之间。养育小鼠或十周后生育力会下降。
      雌鼠发情的表征为阴门张开,以及阴道表皮黏膜抹片呈现角化现象。生育力在75日和300日龄间达到最高峰。
      小鼠为多次发情动物(polyestrous)而且整年皆可繁衍。平均发情周期为4-5天,平均夜晚发情期为12个小时。(一般发情开始于下午4点及上10点,持续12至14小时)。
     小鼠发情后自发排卵8至11小时。产后发情约在分娩后24小时内发生。排卵发生约介于产后12至18个钟头间。在整窝仔鼠断乳前,不会发情(乳泌期间不会发情)。为缩短离乳间距,允许产后发情。新生仔鼠眼睑紧闭,而且其外耳尚未发育完全。
在发情前期(proestrus),阴道抹片有含核上皮细胞以及一些角化上皮细胞;发情时角化上皮细胞占大多数。稍后的发情后期(metestrus)和乏情期(diestrus),角化现象减低,且白血球增多一般阴道若产生阴道栓子即可确定小鼠交配成功。栓子从子宫颈至阴唇填满整个阴道,一般持续约16-24小时,可持续至48小时。平均怀孕期为19-21天。假如母鼠产后哺乳,则着床会延迟约4-10天,怀孕期亦会顺延。杂交鼠之怀孕期似乎比近亲品系较短。每窝仔鼠数会依品系及母鼠年龄而异。头胎仔鼠数通常较少,在第二至第八胎之间是为最佳生产状态(约10至12头)。近亲品系通常生产头数会比远交品系或杂交种来得较少头数。微细的季节变化使得小鼠持续不断发情。  

 繁殖系统
 代表性繁殖系统:   

持续交配:雌鼠被允许永久与雄鼠及群体其它成员相处并产下仔鼠。此系统乃利用产后发情方式繁殖。    
一夫一妻:一只公鼠一只母鼠关在一起。    
一夫多妻:一只公鼠及多只母鼠关在一起   
 暂留交配;在分娩之前将公鼠和母鼠暂时分开。    
 harem系统,公鼠及母鼠关在一起至分娩前才分开。    
 人工控制交配系统;公鼠和母鼠关在一起一段充分的时间进行交配(通常约1个星期)。   
 近亲品系与远交品系
 近亲品系:C57BL,C3H,BALB/c,DBA/2,CBA,A,AKR,NZB,SJL。
 远交品系:ICR,瑞士韦氏鼠SWiss    
 费洛蒙(Pheromones):性费洛蒙,多种物质或多种物质的混合,其由动物所制造之外在物质,可由其它同种的个体所感受到使产生特定的发情效果。费洛蒙(Pheromones)会改变小鼠正常的发情周期。
布鲁斯效应(Bruce ):(假如怀孕母小鼠与公小鼠关在一起24小时,公小鼠会促使母鼠发情而导致流产)(只会发生在小鼠,大鼠不会)。刚刚配种怀孕的母小鼠与陌生公小鼠关在一起或靠近陌生公小鼠,此公小鼠会阻碍母鼠妊娠。母小鼠在原配种后24小时内与陌生公小鼠接近,约有30%母小鼠会有妊娠阻碍及胚胎着床受抑制现象。在第二只公小鼠与原配种公小鼠为不同品系时,会发生最大效应。
  Lee-Boot效应:(成群母小鼠在缺乏公小鼠的刺激下,使得母小鼠发情受抑制)此乃由于4只母小鼠或更多的母小鼠关在一起之故。小群饲养的母小鼠常在没有交配情况下发生假怀孕现象。假如以30只或更多只关在一起,则会发生不发情(anestrus)现象。〔在小群饲养的母鼠(FSH下降,leutotropin)倾向假怀孕〕〔在较大的群聚(FSH↓↓剧烈下降)→anestrus不发情〕 Whitten效应:(群体笼饲的母小鼠可能会进入一个连续的不发情anestrus期,一旦有公小鼠气味或其尿液出现,则此种不发情会被雄性气味所中断。大多数的母鼠会持续约72钟头的发情期,发情同期即所谓的Whitten效应)。群聚之母鼠与公鼠交配或曝露在公鼠之排泄物的第三天会进入配种的高潮。在大鼠同样也有此种现象,但较不显著。后两种效应可以用来订定妊娠时间(或PMSG+HCG)。Bruce和Whitten效应是由公鼠尿液中之费洛蒙所引发。 
五、抓取及保定  

 以手指或平滑头端的钳抓住动物靠近尾巴基部。抓住和拉扯尾端会造成小鼠皮肤剥离经由颈后皮肤抓住动物。  假如要更多的保定,轻抓小鼠尾巴,举起置放在一个粗糙,小鼠脚趾可以抓取的表面,以另一只手的拇指和食指抓住小鼠的颈,且将小鼠尾巴握于第四和第五手指间。
                            
  *假如抓取的皮肤离头部太远,小鼠便得以转身来咬这个抓取处理小鼠的操作人员。抓取小鼠必须紧抓但却得温和地握持着,如此小鼠便不会有困难呼吸的现象发生。可使用塑料保定装置来固定小鼠以及其它囓齿类作为较长期时间的保定。  
六、动物房舍:  
 鞋盒式饲育盒:笼盖表面以金属电镀小鼠饲育盒应至少提供 97cm 2( 15in .2)面积之空间给每只成年( 30g )小鼠。有仔鼠之雌鼠应有 390cm 2( 63in .2)的面积空间。小鼠饲育盒至少应有 13公分 高。
                             
 垫料:可以是纸,软松木削,红桧木削,或木屑,且应是不具过敏元性(nonallergic),无尘的,且吸收性佳的,无毒性(nontoxic),和无病原性等原则 软木削,如卫生纸与棉花,乃可作为囓齿类筑巢最佳的材料。    
 笼饲空间:将二只或二只以上的成年公小鼠关在一起通常是无法和平相处的;因此,公小鼠应分开笼饲以避免互相打斗。新近组合的公鼠群,新的公鼠进入已被划定的领域,或先前独自饲养的小鼠等,皆有可能发生打斗,雌性鼠则较少发生打斗现象。
                             
温度:饲养小鼠的动物房其温度应维持在摄氏18至29度之间( 65F 到 85F ),平均温度大约摄氏22度。然而小鼠却能够适应更冷的温度,特别是在较低温度环境下出生和饲养之小鼠。
                             
湿度:饲养小鼠的动物房相对湿度通常为30%至70%间。饲育盒过滤盖的使用,或者任何可以减缓空气扩散的盖子,会使饲育盒温湿度升高,而更难控制其微环境。
                             
小鼠饲育盒应经常保持清洁和更变,以避免气味及排泄物的蓄积作用,而保持这些动物的干净与清洁。通常饲育盒至少每个星期清洁两次。
                              

 七、营养及饲料  
小鼠应以干净和营养的粒状小丸囓齿类饲料采任意食用的方式喂食,饮水系统以自动化给水装置或水瓶供水。 
 *Lab chow 5010:可高温高压灭菌之饲料 5001:一般的饲料 成年小鼠平均每 100g 体重小鼠,每天大约可吃掉 15g 饲料和15毫升水。 饮水和饲料消耗量会因周围环境的温度,湿度,水的供应,饲料的干燥程度,繁殖状态,饲料质量等而产生变化。21天断奶的小鼠体重约9至 12g 间。 饲料的型式:  天然成分之饲料:为一般的类型 封闭式饲料配方:组合成分的量被视为商业机密。 一般会提供成分的窗体和具保证之分析。 开放式的配方:按照一定量的成分配方制作。 纯化饲料:以精制的成分作为配方。 以化学方式定义之饲料:以化学方式纯化的化合物作配方。  氨基酸类,糖,triglycerides三甘酸油脂,主要的酸脂肪,无机盐,和维他命是必要的营养成分。高成本。 
 八、商品化生产繁殖的小鼠  
 无菌(未污染的)小鼠:没有可侦测到的微生物。    
定义菌株(gnotobiotic)小鼠:拥有特定菌株   

无特定病原:无特定病原性微生物之小鼠。    
传统饲养的小鼠:包含几乎所有全部其它在各种不同的情形之下产制只小鼠。   

九、疾病  
大多数常见的和/或重要的感染性疾病。   
鼠科的呼吸性霉浆菌病(mycoplasmosis).同时也会感染生殖道。病原是pulmonis霉浆菌(Mycoplasma  pulmonis)。    
仙台病毒(Sendaivirus)。呼吸性病原    
小鼠痘(ectromia).多发性系统性病毒疾病。可造成皮肤损害,大多数是内部的损害。小鼠痘是可举报的疾病且任何爆发将引起小鼠族群完全的灭绝。目前于本国并无发生,但一直是相当危险的疾病。
                             
小鼠肝炎病毒。造成肠,肝脏和中枢系统的损害。   

 十、管理  
      上述这些小鼠临床上的病症或病理学之关系,对研究人员而言是相当重要的,有助于研究人员排除这些菌丛。必须了解到最主要的问题不是动物的损失,而是影响到研究数据数据。  
    从信誉良好的经销商及经测试过品系购入动物。与受认可之厂商供货商接洽采购动物的服务。    
     购入动物后,应测试动物疾病。对常见囓齿类而言血清学的测试和病原培养为有其必要性。须记住,这些测试不见得就是预期的结果,即便是阴性反应,也应有某种程度的保留,稍加留意。大致而言,若有疾病存在,这些测试便可侦测出病原,但可能遗漏掉低阶的感染,特别是霉浆菌试验。
                             
      细心照顾动物避免遭污染。研究人员勿将来源不明之动物与作实验之动物接触。勿将动物带入实验室后又带回动物房内,如此便可避免动物房内动物遭污染。
                             
      施打来源不明的生物制剂材料须非常小心。多数小鼠肝炎病毒和先天性脚趾不全畸形(ectomelia)乃因干净的品系遭生物性制剂材料的污染所致。 在使用动物结束时,特别是长期实验,应针对常见的囓齿类病原作再测试。   

 十一、疾病的预防  
       加滤网盖之饲育盒可避免或降低密集饲养的小鼠房内微生物的空气传播,然加滤网盖会使饲育盒内氨浓度,湿度,与温度上升。 
                            
     加氯净化法(10到12ppm)或酸化(pH2.5)之饮用水会降低Pseudomonas的污染程度。以2毫升5.25%钠次氯酸盐溶液混合于 10公升 水中制作10ppm C12水溶液。以约2.6毫升浓缩氢氯酸混合 10公升 水制备pH2.5的水溶液。由于当地供应水之酸碱度和硬度会有变异,因此应监测最后混合之水质酸碱度。   

十二、公共卫生之考虑  
      在小鼠族群中,沙门氏杆菌症(Salmonellosis)和淋巴球性脑膜脑炎为少见的人畜共通传染病。囓齿类动物的皮屑常使人们产生皮肤和呼吸性过敏。这种过敏反应注射皮屑测试未必会有皮肤阳性反应,因此若暴露在囓齿类饲养环境后,假如有发痒,红肿,流鼻水,打喷嚏或呼吸困难,则应尽速寻求医生的协助。  
十三、用于研究  
       在美国每年大约使用5千万只小鼠用于研究和测试,诸如药物,老化,病毒学,免疫学,组织兼容性,单株抗体制造,溶血性贫血,先天遗传缺陷,肿瘤增生,基因放射线学,淀粉样变性病,梨形虫病,自体免疫疾病,先天性无胸腺症,阿米巴原虫症,肥胖症,侏儒症,浆细胞恶病质症(monoclonal gammopathies),糖尿病,肾脏病,基因转殖动物模式及动物行为等之研究。  
 小鼠—生理学数值  
                        以下所列数值仅为趋近值,有可能于所饲养的族群中不出现在正常值范围内。  
                           
                              Adult body weight: male   成年公鼠体重  20 -40 g   
                              Adult body weight: female   成年母鼠体重  25 -40 g   
                              Birth weight   出生体重  0.5 -1.5 g   
                              Body surface area   体表面积   20g : 36cm 2  
                              Body temperature   体温  36.5 -38.0℃   
                              Diploid number   染色体数  40  
                              Life span   寿命  1.5-3 yr  
                              Food consumption   食量   15 g / 100g /day  
                              Water Consumption   饮水量  15 ml/ 100g /day  
                              GI transit time   消化所需时间  8-14 hr  
                              Breeding onset: male   性成熟:公鼠  50 days  
                              Breeding onset: female   性成熟:母鼠  50-60 days  
                              Cycle length   发情周期  4-5 days  
                              Gestation period   妊娠期  19-21 days  
                              Postpartum estrus   产后发情  Fertile  
                              Litter size   小窝仔数  10-12  
                              Weaning age   离乳所需天数  21-28 days  
                              Breeding duration.   繁殖期间  7-9 mo  
                              commercial   商品化量产  6-10 litters  
                              Young production  年轻小鼠数  8/mo  
                              Milk composition   乳汁成份  12.1% fat
                              9.0%protein
                              3.2% lactose  
                              Respiratory rate   呼吸速率  94-163/min  
                              Tidal volume   潮气容量  0.09-0.23ml  
                              Oxygen use   耗氧量  1.63-2.17ml/g/hr  
                              Heart rate   心跳速率  325-780/min  
                              Blood volume   血容  76-80mg/kg  
                              Blood pressure   血压  113-147/81-106mmHg  
                              Erythrocytes   红血球数  7.0-12.5×106/mm3  
                              Hematocrit   血球容积  39-49%  
                              Hemoglobin   血红素  10.2-16.6 mg/dl  
                              Leukocytes   白血球  6-15×103/mm3  
                                Neutrophils   中性球  10-40%  
                                Lymphocytes   淋巴球  55-95%  
                                Eosinophils   嗜酸性球  0-4%  
                                Monocytes   单核球  0.1-3.5%  
                                Basophils   嗜碱性球  0-0.3%  
                              Platelets   血小板  160-410×103/mm3  
                              Serum protein   血清蛋白  3.5 -7.2 g /dl  
                              Albumin   白蛋白  2.5 -4.8 g /dl  
                              Globulin   球蛋白   0.6 g /dl  
                              Serum glucose   血糖  62-175 mg/dl  
                              Blood urea nitrogen   血尿素氮  17-28 mg/dl  
                                       
                              Creatinine   肌氨酸  0.3-1.0 mg/dl  
                              Total bilirubin   总胆红素  0.1-0.9 mg/dl  
                              Serum lipids   血脂     
                              Phospholipids   磷脂     
                              Triglycerides   三?油脂     
                              Cholesterol   胆固醇  26-82 mg/dl  
                              Serum calcium   血清中含钙量  3.2-8.5mg/dl  
                              Serum phosphate  血清中磷酸量  2.3-9.2mg/dl  

                          
十四、利用小鼠及大鼠作研究之优点  
                          遗传特性   
                          容易取得   
                          体型小,操作容易   
                          寿命短   
                          微生物及疾病已知   
                          其生理及解剖学相当了解   
                          便宜   
                          适应性良好   
                          同原异基因或重组品系容易取得   
                          容易以无菌或无特定病原方式饲养   

                          药物(drug)   
                          老化(aging)   
                          病毒学(virology)   
                          免疫学(immunology)   
                          组织兼容性(histocompatibility)   
                          单株抗体产制( monoclonal antibody production)   
                          溶血性贫血( hemolytic anemia )   
                          先天遗传缺陷( congenital defect )   
                          肿瘤增生( neoplasia)   
                          基因放射线学( genetic radiobiology)   
                          淀粉样病变( amyloidosis )   
                          梨形虫病症( giardiasis)   
                          自体免疫疾病( autoimmune diseases )   
                          先天无胸腺症( congenital athymia )   
                          阿米巴原虫症(ameobiasis)   
                          肥胖症(obesity)   
                          侏儒症(dwarfism)   
                          浆细胞恶病质症(monoclonal gammopathy)   
                          糖尿病(diabetes mellitus)   
                          肾脏病( renal disease )   
                          基因转殖动物模式( transgenic animal model)   

                        大鼠:  
                          生理学[使用量仅次于犬physiology(second only to the dog)]   
                          呼吸性疾病(respiratory)   
                          消化道(GI )   
                          内分泌学(endocrinology )   
                          营养(nutrition )   
                          新陈代谢(metabolism)   
                          体温控制(temperature control)   
                          神经系统(nervous system)   
                          肾脏(kidney)   
                          牙科研究:蛀牙龋齿(dental research: caries)   
                          药物评估(抗高血压药物)drug evaluation(anti-hypertension)   
                          可移植性肿瘤(transplantable tumors)   
                          行为(behavior)   
                          毒理学(toxicology)   

                          营养研究:由于年轻大鼠成长迅速   
                          牙科研究:   
                            对人类主要疾病易感受性   
                            对于营养成分变化适应性强   
                            对于其口腔解剖及组织学之了解相当多   
                          毒理学:   
                            在吸收、分布、作用及代谢排除等语人类极相似   
                            公大鼠的利用较多   
                            米格鲁狗及大鼠较常用于毒理学的研究   
                            一般使用远亲杂交种大鼠