摘要：动物模型在生物医学研究中广泛应用，用于寻找疾病发病机制及治疗对策。随着人们对使用动物福利的关注和对动物权利概念的日益认识，相关的伦理问题得到了更大的关注。该文通过举例说明动物是如何被用于与一些主要生物医学相关问题的研究，并激发关于伦理学在研究和教育中使用动物的应用的讨论，希望有助于提高科学界对这些伦理和法律规则的认识。

　　关键词：动物模型；生物医学；伦理学

　　0引言

　　动物被用于研究和研究已经有几千年的历史。早在古希腊，为推动对活体动物的认知，亚里士多德就开始使用动物。但直到18世纪和19世纪，动物模型的发展才有所扩大，许多科学家，如弗朗切斯科·雷迪、约翰·尼达姆、拉扎罗·斯帕兰扎尼、拉瓦锡和巴斯德，纷纷开展动物实验来研究生命的起源。

　　除了被用来研究生命的基本原理，动物也被用来作为深入理解解剖学、生理学、病理学和药理学的模型。在控制变量的情况下，模拟生物条件下观察人类和动物疾病的发展，从而加速了实验动物研究的科学方法体系的建立及动物模型概念的创立。

　　动物模型对许多生物学领域中很多重要的发现有着巨大的推动作用。从克劳德·伯纳德描述胰腺在消化中的作用的经典研究，到阿尔伯特·萨宾研制口服脊髓灰质炎病毒活疫苗，再到如今利用动物来研究新冠病毒的致病性，动物模型的广泛应用极大地促进了科学的发展和人们生活质量的提高。动物为新药和疫苗的开发，以及新的外科技术和麻醉方案做出了贡献。尽管对从动物数据推断临床相关性存在一些担忧，但通过使用动物模型取得的进展是不容置疑的，近90%的诺贝尔生理学和医学奖的重大发现都离不开动物实验的贡献。

　　1动物模型的特征

　　作为一个模型，动物物种必须符合特定的标准，符合研究的最终目标。动物模型必须满足特定的特征，即在生理特征或病理特征上能够很好的模拟人类的生理或病理状态。许多物种被用于生物医学研究，如昆虫（果蝇）、线虫（秀丽线虫）、鱼类（斑马鱼）、青蛙（非洲爪蟾）和许多哺乳动物，如小鼠、大鼠、犬、猫、猪和猴，因为它们的系统发育在某些特定领域接近于人类。由Vivien Thomas和Alfred Blalock开发的一个模型，该模型模拟了一只犬的先天性心脏缺陷法洛四联症（也称为蓝婴综合症），这一模式使得目前每年拯救50多万儿童的手术方法得以快速研制。随着遗传和基因组工具的发展，基因工程技术可以很容易地应用于基因敲除或转基因动物的研究。其中一些结构通过将人类细胞移植到受体动物身上，实现了所谓的“人源化”状态，使研究人员能够像在人类环境中一样研究对病原体的反应。为了获得可靠的结果，作为模型的动物的健康质量是最基本的，因此，拥有健康和受到良好对待的动物是研究人员的利益所在。

　　2动物生物医学研究的重要性和挑战

　　在研究中使用动物，尤其是某些行为方面的研究，存在着二分法：一些研究产生了可以应用于人类的有希望的结果，而另一些研究未能证明动物模型和人类条件之间的任何相似性。在前者，动物模型被证明在解开人类生理学机制方面极其有用，并为新的治疗方法提供了科学支持。在生物医学研究中使用非人灵长类动物作为模型，因其与人类有着密切的系统发育关系，在遗传学、行为学和生物化学活动方面都有相似之处，因此被广泛应用于动物研究。在科学研究中使用非人灵长类动物作为模型的需求继续增长，一些物种继续被认为对几个研究领域很重要，如人类疾病（艾滋病、帕金森病和肝炎等）、心理和精神疾病、毒理学、移植，营养学、口腔医学、药物滥用和疫苗开发。动物研究不仅有益于人类，也有益于动物本身。例如，由于狂犬病、细小病毒、破伤风和猫白血病疫苗的研制和应用，以及动物研究在兽医学上取得的其他突破，犬和猫等动物也收获了健康和长寿。尽管在研究中使用非人灵长类动物的重要性对于增加人们在许多领域的知识仍然至关重要，但关于在这些研究中使用非人灵长类动物的大型生物伦理学讨论一直在进行，尤其是关于在进化规模上与人类基因更接近的动物，如黑猩猩。2007年后，只有美国和加蓬继续使用黑猩猩进行研究。2015年，美国通过一项法律，将包括实验室动物在内的圈养黑猩猩列为濒危物种。因此，美国国立卫生研究院（NIH）已宣布不再资助任何涉及黑猩猩的研究。这一决定在美国的影响在世界范围内产生了重大反响，导致了关于使用非人灵长类动物进行研究的广泛讨论。美国的激进组织对这一决定表示赞同，现在对美国政府施加了更大的压力，要求停止使用非人灵长类动物进行科学研究。然而，研究的需要也更加强烈，有些无法在人体开展的实验则必须在非人灵长类动物中进行测试。研究人员试图对他们的动物研究更加开放，并热衷于促进关于这个主题的对话。主要目的是彰显非人灵长类研究的重要性。因为尽管动物生物医学研究可以带来一些突破性进展，但一些研究显示出与人类疾病不一致的结果。譬如高级神经系统疾病，在低等动物模型中得不到很好的模拟。此外，一些从基础（动物）研究中获得的结果在临床试验中是无法再现的。在这方面，基于基础研究的荟萃分析可以成为提供动物使用结果全貌的重要工具，因为它允许适当评估动物模型的有效性，并为防止实验动物被用于无效模型的未来研究提供指导。

　　2.1传染病研究的动物模型

　　动物模型对于了解病原体的感染范围和机制对于疫苗的开发非常重要。众所周知，第一种人类疫苗是由年轻的英国医生爱德华·詹纳开发的。他观察到，挤奶女工得过牛痘，但从未感染天花。从而启发詹纳接种牛痘病毒作为一种预防天花的做法。路易斯·巴斯德为犬和人类开发狂犬病疫苗的工作，是疫苗接种在预防病毒引起的疾病方面的效率的另一个例子。除了病毒，细菌也可以是导致许多人类或动物疾病发生的根源。抗生素治疗帮助控制了其中的许多疾病，就像对病毒一样，通过疫苗接种可以获得对一些细菌引起的疾病的保护和预防。

　　2.1.1人类免疫缺陷病毒

　　20世纪末，公共卫生方面最显著和最引人注目的事件之一是获得性免疫机能丧失综合症的出现，它夺去了数百万人的生命。由于缺乏有效的疫苗，为感染人类免疫缺陷病毒（HIV）的患者寻找化学治疗方案变得刻不容缓。HIV的主要问题是其对人体组织的偏好增加，这使得很难在动物中模拟这种情况。这种病毒不能感染小鼠、大鼠、兔子或猕猴，尽管可以在黑猩猩中复制。因此，最初的努力集中在使用感染猿猴免疫缺陷病毒（SIV）的非人灵长类动物模型上，SIV是一种感染恒河猴的类似艾滋病毒的病毒，产生类似人类艾滋病的临床信号。另一种非人灵长类动物模型用于改进和开发艾滋病和艾滋病毒感染的新治疗方法，煤烟白眉猴自然感染了一种SIV病毒，是HIV-2病毒的来源。这种双模型（病毒/宿主）已被用来更好地理解病毒的发病机制，以开发药物和预防策略，如疫苗的开发。

　　抗逆转录病毒治疗在抑制艾滋病毒复制方面非常有效。然而，治疗中断会导致艾滋病死灰复燃。由于非人灵长类动物对艾滋病和艾滋病毒的研究，一种领先的艾滋病毒/艾滋病预防疫苗现已获得许可，并处于临床试验阶段。近年，随着人源化小鼠已被大量开发用于推进艾滋病治疗策略的研究，将极大的加速艾滋病治疗药物的研制。

　　2.1.2寨卡病毒

　　寨卡病毒（ZIKV）是一种含有RNA的病毒，属于黄病毒科，与黄热病、登革热和西尼罗河病毒有关。寨卡病毒起源于乌干达寨卡森林，最初于1947年从一种黄热病哨兵猕猴（猕猴）中分离出来，于1968年从人类中得到分离。寨卡病毒通过蚊虫传播，感染者临床上仅表现为发烧。尽管寨卡病毒在非洲和亚洲广泛传播，但临床症状被认为是轻微的，人感染的发生率较低。然而，2007年密克罗尼西亚发生了一次感染疫情，患者出现发烧、头痛、厌食症、斑丘疹、结膜炎和关节痛，但在所有病例中，临床症状仍被认为是轻微、自限性和非致命性的。

　　但是为充分证明ZIKV感染和小头畸形之间的相关性，巴西研究人员选择了SJL小鼠模型，这是一种抑制T细胞能力有缺陷的菌株，并因其易受病毒感染而臭名昭著。通过用巴西ZIKV分离物感染妊娠的雌性SJL小鼠，发现后代表现出明显的发育不足迹象，并且大脑中更高的病毒载量。进一步研究Zikvincoved小鼠的大脑显示皮层畸形，细胞数量和皮层厚度减少。这些观察结果与人类小头畸形是一致的。Cugola F R等还使用替代细胞培养来关联ZIKV感染和小头畸形表型。ZIKV感染神经祖细胞来源的人多能干细胞出现凋亡细胞死亡。此外，利用类脑器官模拟人类神经发育的前3个月，也证实了皮质细胞的减少和凋亡表型。这些组织与ZIKV非洲株的感染没有显示这些信号，表明巴西株遭受了导致小头畸形状况的突变/适应。除上述免疫缺陷小鼠模型外，最近一项研究使用经典的C57BL6小鼠展示免疫活性哺乳动物在ZIKV感染中如何激活先天反应并诱导抗病毒T细胞反应。该研究还显示了ZIKV包膜中的一个新表位，被CD8+T细胞识别，这是疫苗开发的一个重要发现。

　　除研究ZIKV感染的病理生理机制外，动物模型也被用于开发控制和预防ZIKV感染的治疗靶点和疫苗。Abbink P等使用不同的疫苗接种方案（基于ZIKV DNA的疫苗和纯化的福尔马林灭活病毒疫苗）在小鼠模型中实现了对巴西ZIKV的免疫保护。作者还表明，对波多黎各ZIKV分离株的保护可以实现。同一研究小组还在恒河猴中观察到了2种免疫方案的有希望的结果。在实现有效疫苗接种协议方面的努力导致圣保罗（BR）的布坦坦研究所将精力集中在DNA疫苗的生产上，并完成了人体测试。

　　2.1.3 2019新型冠状病毒

　　正如在本文中所提到的，使用适当的模型来提供回答特定科学问题所需的条件是很重要的。例如2019年来肆虐全球的新型冠状病毒感染，香港科学家发现小鼠中不表达ACE2，因此感染新冠病毒并不发病，而金黄地鼠却表达ACE2，能够很好的模拟病毒感染致病的全过程。中国医学科学院秦川教授团队采用构建转入人ACE2的转基因小鼠，从而得以在动物体内在线新冠病毒感染的全过程，为疫苗的研制提供了便捷的工具。

　　2.1.4真核病原体

　　真核生物的复杂性更高，它们可以逃避宿主反应的许多机制，加大了疫苗研制的难度。只有充分利用动物模型，更好地理解宿主/病原体之间的关系，才能有效控制这些传染性病原体的感染。

　　利什曼原虫是另一种原生动物，在世界多个地区引起了一种复发性疾病。利什曼病由一个复杂的临床体征框架组成。据世界卫生组织估计，全世界利什曼病流行率为1 200万例，每年死亡6万人，在全世界88个国家的高危人口约为3.5亿人。利什曼原虫也通过昆虫叮咬传播，在这种情况下，媒介是白蛉。许多哺乳动物物种都携带这种寄生虫。幼虫哺乳动物是该病的宿主，家畜，如马、猫和犬都能被感染，并容易传播给人类。在哺乳动物宿主中，利什曼原虫是一种专性的细胞内寄生虫，主要存在于巨噬细胞中，巨噬细胞与单核细胞一起构成了机体的吞噬细胞系统。为在这种防御细胞中生存和复制，寄生虫通过驻留在巨噬细胞的吞噬体中，逃避宿主产生的对利什曼原虫的体液免疫反应。用来对抗入侵者的策略之一是激活氧化爆发，这是由这些生物体的吞噬作用诱导的。一氧化氮合酶2（NOS2）在巨噬细胞反应中也是一个非常重要的酶，当被激活时，从L-精氨酸的氧化中产生瓜氨酸和一氧化氮（NO），可以对抗入侵微生物。因此，一个用于利什曼原虫研究的好的动物模型必须满足所有这些特征。所选择的模型使用近交系小鼠，特别是产生Th1免疫应答的耐药C57BL/6和产生Th2应答的BALB/C敏感小鼠。Th1反应促进NOS2激活和NO产生，而Th2反应与IL-4和IL-13的产生有关。在NO产生方面，氨基酸精氨酸是决定寄生虫感染成败的关键分子。精氨酸除了作为NOS2的底物外，还可以被精氨酸酶I用来产生尿素和鸟氨酸，最后一个是参与寄生虫复制的多胺的前体。有趣的是，在Th2反应中，精氨酸酶I也被激活。利什曼原虫本身具有精氨酸酶活性，在一个含有精氨酸酶的寄生虫的构建中，有可能表明利什曼原虫精氨酸酶与寄生虫的复制和生存有关。

　　关于NO/Ornithine生理二重性，人类皮肤利什曼病的愈合与Th1反应有关，证实了在小鼠模型中的发现。然而，在人类，NO参与杀死寄生虫仍然是一个尚未解决的问题，可使用“人源化”的小鼠来解决，例如NSG小鼠，它没有来自小鼠的B和T细胞，具有较高的人类造血细胞的移植率。

　　3生物研究中使用动物的伦理问题

　　从以上例子可以发现，进行动物研究是十分不易的。除拥有足够的专业知识外，动物实验还要求伦理关注比科学利益更重要。每个研究人员必须完全了解所使用的动物模型，以及该物种的生物学和行为。研究人员还必须意识到正在进行的工作的重要性，并考虑所有的根据坚实的科学背景证明每个具体项目是合理的前提。

　　动物实验曾一度引发了大量的辩论，其中许多讨论集中在伦理考虑上。1876年，英国出台了《虐待动物法案》，该法案修改了之前的1849年法案，并包括了对动物实验的监管。该法强调了3个要点：①只有在绝对需要对挽救或延长生命或减轻痛苦有用的知识时，才应进行动物实验；②动物必须被麻醉；③如果动物会因实验而受伤或疼痛，则必须在实验过程结束后立即处死。

　　3R原则诞生于英国。年轻的动物学家威廉·拉塞尔和微生物学家雷克斯·伯奇在一份报告中首次提及3R的原理。每个R代表在实验中伦理使用动物的一个原则：①减少是允许在一个协议中使用减少数量的动物方法的应用。这可以通过详细规划实验来实现，保证结果具有统计学意义。使用具有相同或相似遗传背景的动物也确保了数据的低波动，从而减少了研究中需要使用的动物数量。有许多网站可以访问统计方法，以准确计算实验中使用的动物数量。如今，访问一些可用的数据库（荟萃分析）有时允许减少使用的动物数量，或者在某些情况下允许完全避免使用它们。②改进包括避免动物痛苦的方法的应用，例如在手术过程中使用麻醉和在恢复期间使用止痛方案来减轻疼痛；非侵入性技术的使用；提供舒适安全的环境和训练动物配合程序的住房条件。③替代是科学中使用动物的主要目标。它包括用其他模型替代动物，如微生物或其他无脊椎动物、细胞培养物、器官甚至细胞部分。理想的替代方案是在不使用动物的情况下进行的。3R的原则现在是普遍的，并指导许多国家的动物研究。科学界越来越致力于在实验动物的使用中实施“减少、替换和改进”原则。

　　中国大陆对动物伦理的立法最早零散的出现于1988年颁布的《野生动物保护法》《动物检疫法》《森林法》《渔业法》《海洋环境保护法》等条文中。在2021年新修订的《中化人民共和国实验动物管理条例》中，再次系统明确了保障动物福利在实验动物应用管理中的重要性。也为广大科研工作者合理使用动物提供了政策方面的准绳，也为推动实验动物在生物医学研究中的应用提供了有力的指引。根据此条例，中国将进入实验动物研究监管的新时代，xxx科学技术部建立全国统一的实验动物信息管理平台，负责全国实验动物管理工作。科学技术部相关部门将指导和监督动物福利伦理审查，以促进在教育和科学研究中的合理使用。这将极大鼓励科研工作者对动物福利概念的伦理思考和欣赏，以及促进在科研或实践课程中使用动物的替代措施的发展。

　　4对替代方法的探讨

　　替代方法可以改进和加强科学知识的生产，同时实现3R（替换）原则之一。使用非动物替代方法的具体优点是模型可能被几个人使用不止1次，与学习的时间和地点无关；替代模式的使用允许学生进行自我评价，直到达到预定的学习目标；使用现代视频和计算机技术的替代方法，如3D技术，可以演示不可能在动物模型中可视化的生理现象（例如细胞和器官功能的动画）；实施替代方法的成本最初可能很高，但在不久的将来可能会降低获取、运输和维护动物的成本。

　　从教学的角度来看，在课堂上用替代的方法替换动物，需要联合生物学、生物医学、保健和兽医等领域的实际教学方法的深入探讨。从研究的角度来看，除在开发更好的动物模型方面取得进展外，还在努力寻找动物使用的替代方法：植物，如阿拉伯草本植物，可以作为生物研究中的模型生物。此外，细胞培养、体外方法、干细胞用于分化和再生，以及活体显微镜、磁共振成像（MRI）或正电子发射断层扫描（PET）等工具的使用进展，扫描和信息学的进展，如meta分析的使用增加，都可大幅减少研究中使用的动物数量。

　　5结论

　　本文旨在阐述动物模型在推动生物医学发展中的重要作用，并拓展除了对动物伦理弗里德思考。动物模型对生物医学的推动性发展是毋庸置疑的。根据政府制定的规则和法律，研究项目必须在之前为教学或研究目的建立的参数范围内。在实验中使用动物必须首先基于伦理和诚信的假设，而且必须证明使用动物是正当的。

　　大多数科研人员，无论其背景如何，都要关心动物的福祉，同时希望看到治疗疾病和维持生活质量的药物继续发展。本文提供了一个有用的工具，向学术界和更广泛的公众展示国家在研究和教学活动中寻求卓越使用动物方面取得的进展，以及动物研究给人类带来的好处。利用动物研究来追求学术目标的人必须基于伦理原则，并在规范实验室实践的参数下尽心尽责。每个研究人员必须尽一切努力以最道德和负责任的方式在学术活动中使用动物，同时为知识传播做出贡献。作为教师和科研人员，也呼吁学术界遵循全国认可的道德和法律规则，提高所有公民的生活质量，同时减少用于研究的动物数量，并为继续使用的实验动物提供更好的待遇和条件。

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