猪作为模式动物的生理优势

猪是最早被驯化的家畜，是杂食性单胃动物，其体型大小与人类相近，具有基因多样、世代间隔短、生产力高、繁殖性能好等特点，在解剖结构和免疫系统方面与人有较高的相似性。

作为模式动物，猪的性格温顺较易驯服，可供人们重复采样并进行外科手术，在屠宰后可以收集复杂的组织样本以供实验。猪具有类似于人的心血管、呼吸、代谢和胃肠系统，可用于研究代谢性疾病和传染性疾病以及相关疫苗开发。猪的基因组序列和染色体结构与人类高度同源，目前猪的克隆和基因技术较为成熟，有许多基本特性明确的细胞系可供利用，转化和基因编辑猪模型，将成为转化医学研究的重要工具，此外可通过基因工程技术推进基因组学和蛋白质组学的发展。

1.心血管疾病研究

心血管疾病（CVD）是全球最常见的死亡原因，为了探究疾病的发生过程，需要能够充分模拟人类CVD的动物模型。啮齿类动物的血管大小、脂蛋白谱和代谢方面与人类不同，很少出现斑块破裂和血栓形成等重要的人类动脉粥样硬化特征，作为模式动物具有局限性。猪在生理学、病理学、免疫学和心血管系统方面与人类相似，且在伦理上比其他非人灵长类动物更易被人们接受，经济价格适中，故成为人类心血管疾病的模式动物。

2.肥胖症与糖尿病研究

糖尿病（DM）是以慢性高血糖表型高胰岛素抵抗以及低胰岛素敏感性为特征的一种代谢性疾病，长期的高血糖状态可引发一系列严重的并发症，如心脏病发作、失明、神经和血管损伤等。世界上超过三分之一的人口超重或肥胖，肥胖诱导的胰岛素抵抗加速了胰岛衰竭，是２型糖尿病的重要诱因。猪胰腺的大小、形状、血液循环和发育、胰岛结构、内分泌细胞类型比例和β细胞质量与人类相似，胰腺分泌的胰岛素只有一个氨基酸与人类有差别，在被重组人胰岛素取代之前，猪胰岛素被用于人类治疗，所以猪是研究糖尿病的合适模型。

3.皮肤研究

皮肤病和皮肤损伤较为常见，动物模型广泛应用于研究皮肤生理病理学和测试潜在的治疗方法。猪皮肤的表皮、厚度、毛囊密度和细菌群与人类皮肤相似，因此，FDA建议将猪纳入临床前生物学研究和治疗性检测。

猪模型在皮肤愈合研究中被广泛使用，通过研究猪伤口的解剖位置、大小、深度以及愈合的微环境，认为猪是人类肌成纤维细胞愈合的有用类似物。此外通过测试烧伤中的不同皮肤组织类型，为伤口愈合提供研究方法。目前猪模型已被用于药物毒性、改善烧伤的治疗方式、整形外科技术、人工皮肤移植等研究。

4.眼科学研究

眼睛是复杂的光学元件系统，全球有2.85亿人患有视力障碍，近年来矫正近视和散光的激光手术显著增加，因此提高光与眼睛相互作用的相关知识对提高手术效率非常重要。猪的眼睛与人类有许多相似之处，包括眼角膜、晶状体、玻璃体、全血管性视网膜脉管系统、视网膜外侧的视锥细胞光感受器、无脉络膜、相同的巩膜厚度和角膜胶原纤维的排列，因此在比较研究中很有价值，而且作为屠宰场的副产品，猪眼较易获得，所以猪被认为是提供外源器官的合适动物。

目前，猪眼模型被用来评估眼内晶状体植入期间的手术疗效，已在色素性视网膜炎、青光眼、干眼症、视网膜脱离和分析视网膜和脉络膜的组织学变化中的比较研究价值已得到验证。

5.营养和微生物组研究

猪是研究儿科营养和胃肠病学的重要动物，人类和猪作为杂食性哺乳动物，结肠是纤维性膳食成分的主要发酵部位，而且猪最低营养需求量与人类的日常营养需求量相当，与人类具有相似的营养吸收过程。猪已被用于研究与人类营养科学的相关领域，包括代谢综合征、肥胖症、食物过敏、酒精摄入等。研究发现猪可以像人类一样品尝酸（酸味）、碳水化合物（甜味）、谷氨酸（鲜味）和脂肪酸，这种营养品尝系统的相似性使其可以用于与饮食味道测试和食欲调节的研究。而新生猪与早产儿在体型、器官发育和许多临床特征方面非常相似，这种比较优势使其成为早产儿胃肠道和肝重要疾病的新的转化和临床相关模型。

6.异种移植研究

全世界有很多人由于疾病等原因等待器官或者细胞移植，目前尚未有足够的供体用于患者治疗，Carrel提出移植治疗器官衰竭的未来是“异种移植”，将非人类物种的细胞、组织或器官移植到人类中，提供无限的可移植器官作为永久性器官替代物或人源器官的“桥梁”。猪器官异种移植为人体器官移植短缺提供了解决方案。对移植时，应考虑抗体、补体、凝血、炎症和细胞反应，Cooper等发现器官来源猪的遗传操作要删除已知碳水化合物特异性抗原的表达并转基因表达人类保护蛋白，例如补体和凝血调节蛋白。

转基因猪的异种移植最大的挑战是超急性排斥反应，为了避免这种情况，采用敲除α-１，３-半乳糖基转移酶基因和包膜下自体胸腺组织培育。但目前仍面临着“免疫排斥”“跨物种生物安全”“伦理风险”等重大隐患。

7.口腔医学研究

人类等大型哺乳动物具有乳牙和恒牙两副牙列，恒牙发育和乳恒牙替换长达6～12年。目前应用于口腔医学研究的模式动物多为小鼠等啮齿类动物，由于其为单牙列，无法进行乳恒牙替换的研究。爬行动物虽为多牙列动物，但牙齿的形态结构及功能与人类具有较大差别。早在1976年，有人发现小型猪的牙列形态、替换模式与人类更相似，可作为研究乳恒牙发育的模式动物。经过不断探索，创建了小型猪牙齿发育研究平台，建立了小型猪牙胚发育不同阶段的cDNA文库、基因表达谱、非编码RNA表达谱、DNA甲基化谱及蛋白质调控网络，证明了小型猪是研究牙齿发育和替换的理想模式动物。

8.胃肠疾病研究

胃肠道与营养物质的供应、消化和吸收方面有着重要关联，猪的胃肠在结构和营养吸收方面与人类具有相似性，而且对人类的肠道病原体具有易感性，是合适的胃肠疾病模型。目前已被用来评估肠道微生物组成对饮食引起的肥胖和非酒精性脂肪性肝炎的影响，以及研究营养干预后人类微生物群的变化。

9.其他

猪作为模式动物除了在以上疾病中应用外，也在癌症、骨骼、生殖、胎儿发育、肺部疾病、感染性疾病和疫苗设计、大脑和神经性疾病中有所应用。

我国在“十二五”期间优先规划安排模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施建设，其中猪的设施“天蓬工程”已于2022年10月试运行，这将推动猪作为模式动物的开发与应用，为动物育种、人类医疗、异种器官移植方面提供平台支撑。随着基础科学和应用技术的持续发展，需要对猪的疾病模型进行有针对性的深入研究，以提供合适的动物模型。

参考文献

[1]王妍,曹永春,邢凯.猪作为模式动物的研究进展[J].中国实验动物学报,2023,31(12):1636-1645.