【独家】小型猪动物模型在药物发现中的应用

在药物开发的非临床研究阶段，啮齿类的小鼠和大鼠等，非啮齿类的犬和猴等都是常见的用于药效、毒理和药代的研究动物，小型猪（Minipigs）模型的使用频率虽然不多，但也由于自身的特点和优势，可能成为越来越重要的研究和药物开发动物模型。2016年发表的文章《Minipigs as models in drug discovery》阐述了小型猪模型的特点及其在药物发现中的应用，笔者对其以卡片要点形式进行了进一步的整理，特与读者分享。

☆监管机构对于药物的开发和批准，需要基于啮齿和非啮齿类动物模型的试验数据。

☆犬类和非人类灵长类动物（NHP）已经成为非啮齿类大型动物模型的主要选择，其中NHP通常被FDA视为动物模型的黄金标准。

☆猪模型是大量用于实验室和药物研究机构的大型动物模型。猪与人类在解剖学、生理学和生物化学方面具有相似性，并且猪模型被认为是生物医学研究与开发中的转化模型。

☆由于猪具有大量人类共有的膜转运和酶蛋白质，因此特别适合应用于药物的研究和开发。

☆由于品种不同，猪的大小和特征可能有很大差异。在20世纪80年代被引进美国之前，小型猪在欧洲首次被用于医学研究。此后，这些小型猪已被世界各地的研究人员所使用。

☆表1是从各国获得专门用于研究目的小型猪。

☆与大型的家猪相比，小型猪在更早的时期达到性成熟。小型猪是一种遗传定义的模型; 大多数品种，从早期发展到现在，都有记录完整的种群历史。

☆开发用于ARS的小型猪动物模型对于了解辐射诱发的各种器官和组织的损伤至关重要。

☆已经证明在小型猪中观察到类似于人类、NHP和犬类的造血ARS症状。全身γ辐射暴露的LD50（50％试验动物辐射致死的剂量）约为1.7-2.0 Gy。处死后，动物显示出多个器官功能障碍的征兆，包括广泛的内部出血。

（1）辐射诱发的胃肠道（GI）损伤

☆辐射诱发胃肠道损伤的特征在于：隐窝细胞的破坏，绒毛高度和数量的减少，有丝分裂的减少，上皮细胞和粘膜的坏死，腹泻，出血，溃疡，以及后期的纤维化和梗阻。

☆由于高剂量辐射暴露后急性辐射损伤的临床资料有限，因此GI-ARS仍然难以治疗。因此，确定辐射引起的GI损伤的病理机制至关重要。大多数以GI-ARS为重点的研究已经通过使用啮齿动物和NHP进行。然而，人和啮齿动物之间存在着临床，生理和解剖学上的差异。

☆相比之下，由于与人类相似的生理参数（例如传递时间和pH值），以及与犬科动物相比不容易呕吐，小型猪模型可以提供辐射诱发的GI损伤的相关结果。

☆使用小型猪模型，由于在研究过程中可以不处死动物进而可以采集连续的组织样本，因此可以使动物之间的变化达到最小。

☆最近报道高剂量辐射诱导GI综合征的结果表明，辐射小型猪血浆中的瓜氨酸水平可能是与辐射诱发的GI损伤特异性相关的生物标志物。在这些研究中发现，腹部辐射照射后第1天至第17天，回肠最明显的变化是粘膜萎缩和毛细血管扩张。结构紊乱、绒毛损失和炎症被认为是微观变化。血浆中瓜氨酸水平与微观变化和粘膜损伤的内镜评分呈正相关。

（2）辐射诱发的放射性肺损伤（DEARE）

☆由于核或放射性暴露导致的放射性肺损伤（DEARE）由于临床资料不足，仍难以治疗。

☆Göttingen小型猪已被用于建立单次高辐射剂量诱导的肺损伤模型，并采用基于胸部计算机断层扫描（CT）方法来测定辐射诱发的肺损伤进展。

☆支气管闭合不全，肺体积减少和小叶间隔增厚是三个可量化的用于监测辐射诱发肺损伤进展的CT参数，并且作为临床前研究有价值的工具。此前研究人员是利用啮齿动物模型进行这种研究。

☆然而在小叶、隔膜和胸膜的厚度和胸膜的血液供应方面，啮齿动物的肺部病理学与人类的肺病理学具有很大差异。

☆NHP和犬也被用于研究放射诱导的肺损伤；不幸的是，犬肺虽然与啮齿动物在解剖学上具有相似之处，但与人类却不同。尽管NHP的肺与人之间在生理方面有相似之处，但在NHP中仅进行了有限的研究。

☆研究人员已经确定了辐射小型猪呼吸中的几种挥发性有机化合物，可能作为潜在候选生物标志物来评估γ辐射暴露。

☆在过去三十年中，小型猪已经从一种模糊替代犬或NHP模型的方法，转换到满足非临床研究中非啮齿动物评价的要求，并且成为毒性研究中建立的动物模型。

☆由于与人体生理学的相似性，制药行业非常重视小型猪用于毒性研究的非啮齿动物模型。

☆小型猪目前已经被用于单剂量、重复剂量、畸形、生殖力评估以及吸收、分布、代谢和排泄研究的非临床药理学和临床前研究。

☆小型猪适用于各种给药方法，包括吸入、口服插管、饮食、皮肤、多次肠胃外注射途径和连续静脉输注。这些特征使得小型猪类似于犬类和NHP。

☆然而，小型猪作为药物药代动力学筛选的动物模型却常常被忽略。

☆小型猪已被用作几种临床适应症的动物模型，例如心血管、代谢综合征、消化（胃）和骨骼疾病、糖尿病、心脏病、皮肤病和急性和慢性肠道炎症。

☆一部分小型猪品种已被用于从血脂异常，动脉粥样硬化到动脉内支架的研究。

☆一个普遍的问题是，大量的小型猪研究没有使用明确的品种。

☆小型猪代表了人类在皮肤损伤和照射后基础组织损伤方面相关的动物模型；在此模型中已经成功测试了可用于治疗人类灼伤的间充质干细胞。

☆根据最近在美国，欧盟和日本的研究中，小型猪动物模型正在逐步被监管方接受。

☆小型猪的胃肠道，特别是小肠和胃的解剖结构与人类结构类似，仅在小型猪结肠的螺旋取向和缺乏阑尾方面不同。尽管有这些差异，但原发肠道功能（营养和吸水和微生物发酵）与人类胃肠道相似。

☆先天和适应性免疫系统（粘膜和上皮内B和T淋巴细胞）的几种免疫细胞和过程以及巨噬细胞对先天免疫激活剂的识别也与人类相似，从而使得小型猪成为肠道炎症研究的优秀模型。

☆与小鼠和人相比，小型猪具有丰富的上皮内和血浆γδT细胞。较高数量的γδT细胞受体使其成为研究这种T细胞谱系的有效模型，因为人和小鼠模型中低水平的γδT细胞受体不足以理解这些细胞如何快速响应于肠道中的细菌抗原。

☆此外，在医疗器械领域，小型猪被视为基于与人体血液学和心血管相似性的适当动物模型。小型猪也适用于评估植入后的局部效应。

☆NHP是在遗传同源性方面与人类最接近的物种。犬类易于处理，并且可以提供有关毒理学和安全性评估的综合背景数据。然而，犬科动物容易呕吐，使其不适合口服药物评估。

☆尽管在制药研究方面，小型猪模型比犬或NHP模型的使用频率要低得多，但Göttingen小型猪由于其体积小、处理方便、表现出良好的基因型，与人之间的基因序列具有同源性，因此在过去几十年中受到研究人员的欢迎。

☆已经反复证明，没有任何一个动物模型可以恰当地描绘人类所有的参数。因此，必须熟悉各种可用的动物模型，以便根据解剖学、生理学、代谢反应、遗传学和免疫反应来选择特定研究需要的最合适的模型。

☆传统的犬和NHP可能是首选的模型; 然而在某些情况下，小型猪可能是理想的选择。

☆例如在涉及皮肤成分的研究中，小型猪可能比任何其他动物模型更接近的模拟人类反应。

☆如果候选药物被醛氧化酶、N-乙酰转移酶或某些不能在犬科内表达的某些细胞色素P450酶代谢，这时小型猪也可能是选择的模型。

☆犬缺乏有机阴离子转运蛋白3（OAT3），因此对于某些药物需要较高的摄入量。

☆另一方面，如果硫酸化是候选药物在人体代谢中的重要途径，这时小型猪可能不是最佳的选择。

☆为了扩大小型猪模型的转化研究，需要不同品种的小型猪作为各种疾病模型进行评估。

☆虽然最近尝试开发小型猪作为ARS动物模型已经取得令人满意的进展，但Göttingen小型猪相对的放射敏感性引起了人们的关注。最近的研究表明，辐射诱导的弥散性血管内凝血可能是小型猪放射敏感性的一个促成因素。除了使用年轻动物复制儿科疾病外，还需要评估其他小型猪品种的放射敏感性。

☆另外一个担心是监管机构缺乏小型猪模型的使用经验。根据FDA动物有效性规则，在化学、生物、放射和核威胁药物开发方面尤其重要。

☆非药物行业不愿意接受这种模型，而且在指南中很少推荐该模型。为了帮助监管机构采用这种药物开发模式，额外的表征是至关重要的，因为目前仍然存在主要差距，例如额外生物标志物的开发和鉴定，以及用于分析各种参数的试剂盒和试剂的开发。一旦弥补了这些差距，小型猪群可能成为越来越重要的研究和药物开发动物模型。

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