地球上的生命形式从简单到复杂,对生命现象的认识特别是对人体解剖结构与生理功能的认识,最早都来源于对各种动物的观察研究。例如,古希腊的亚里士多德不仅是伟大的哲学家,而且是一位博物学家,他亲自解剖各种动物,著有《动物的组成部分》《动物的生死》等。古罗马医学家盖伦由于受神学限制,不能对人体进行系统解剖,转向解剖猪、羊、猴和猿等动物,并将所得认识推广及人体。文艺复兴时期的维萨里出版了《人体的构造》,该书来自大量的动物和人体解剖,从根本上改变了西方世界对人体的传统观念。达·芬奇曾解剖过昆虫、鱼、蛙、犬、猫等动物,绘制了许多比较解剖图解。1628年,英国医生哈维采取比较解剖和活体解剖不同动物的方法,了解心脏跳动的实际情况,出版《动物心血运动的解剖研究》,证明血液循环观念。细菌、病毒、寄生虫等各种病原体本身是生命现象的表现形式,在漫长的演化过程中,与人类发生着各种联系。多种病原体导致的流行性疾病如天花、麻疹、鼠疫、霍乱、疟疾等曾经严重威胁人类的健康甚至生存。面对疾病的挑战,早期的科学家如巴斯德、科赫、贝林等利用各种动物进行病原分离培养、疾病动物模型复制、治疗药物的寻找、疫苗发明、研究疾病发生机制等试验。在1900年的前后,通过动物实验获得的医学 发现和发明的例子很多,举不胜举。
1909年世界上第一个近交系小鼠—DBA小鼠培育成功,标志着实验动物学的诞生。医学实验动物学是指在医学领域开展实验动物资源研究、质量控制,利用实验动物进行医学科学实验、教学和检测的科学。医学实验动物学的最终目的是使用实验动物及其衍生资源作为医学研究对象或材料,模拟人类健康和疾病,并将研究结果比较分析之后,推用到人类,从而探索人类的生命奥秘,控制人类的疾病和衰老,延长人类的寿命。人类疾病动物模型是医学实验动物学的重要内容之一,能够反映人类疾病某些疾病功能、结构、代谢、行为、症状等特征的动物模型是验证科学实验假说和临床应用假说的宝贵手段和材料,特别对在人体上不能进行、无法完成的实验更具有不可替代的价值。
动物模型是采用物理、化学、生物等多种技术手段使实验动物罹患人类疾病,在实验室再现人类疾病的发生、发展、转归的研究工具,对于阐明疾病的感染或传播途径、发病机制、宿主免疫反应具有不可替代的作用,也是评估抗血清、疫苗、药物等安全性和有效性的活材料,是连接实验室基础研究与医院临床试验的桥梁。
医学上的许多重大发现与医学实验动物学紧密相关,1901—2017年,共有214位科学家获得诺贝尔生理学或医学奖,其中179位科学家的研究成果来自于动物模型实验,占诺贝尔生理学或医学奖的84%。1978年7月25日,世界上第一例采用体外受精胚胎移植术(in vitro fertilization and embryo transfer,IVF-ET)的“试管婴儿”在英国出生,标志着辅助生殖技术(assisted reproductive technology,ART)在人类身上取得成功。1988年3月10日,中国大陆首例“试管婴儿”在北京大学第三医院诞生。纵观IVF-ET的发展历程,早期的动物实验结果为在人类身上取得成功奠定了坚实的基础。
早在1880年,德国科学家Schenk就开始尝试兔子和豚鼠卵子的体外受精实验,但是没有成功。1891年,英国科学家Walter Heape将兔子的受精卵从输卵管冲洗出来后移植到另一只代孕兔子的子宫获得成功。1934年,法国科学家Gregory Pincus将兔子的精子和卵子进行输卵管移植获得成功,但这还不是真正意义上的体外受精。20世纪40年代,包括美籍华人张明觉在内的少数科学家成功完成哺乳动物的体外受精实验,但是实验的成功有很大的偶然性,重复性很差。1951—1955年,张明觉利用兔子的刺激性排卵特性,把射出精子、附睾精子和在交配后不同时间从子宫内取得的精子输入排卵后不久的兔输卵管,发现只有从子宫内取出的精子才能让兔卵受精,从而发现并验证了精子获能现象。1959年,张明觉获得世界上首例“试管动物”—试管兔,从此,IVF-ET在多种哺乳动物获得成功。通过研究各种哺乳动物的自然生理模型,我们认识了人类生殖器官的发育与成熟、生殖功能及调节机制。近年来,随着 CRISPR/Cas9 基因敲除、iPS细胞、RNA干扰、表观遗传修饰、单细胞分离与测序、各种组学等技术的飞速发展,必将推动生殖疾病动物模型的多样化和精细化,充分发挥动物模型为人类生殖健康的支撑作用。
生命的延续依靠生殖来完成,生殖是生命形式的基本特征之一。生殖健康是保证整个生殖过程顺利实现的前提,是指“生命各阶段中,生殖系统及其功能和生殖过程中的体质、精神和社会适应的完好状态,而不仅仅是没有疾病和不适”。生殖疾病除了引起机体不适之外,还会影响人类生殖,导致不育不孕。迄今国内还没有一本专门阐述人类生殖疾病动物模型的专著,与此相关的内容分散在实验动物学、人类疾病动物模型、妇产科学、男科学、泌尿外科学的相关书籍里,这让从事生殖疾病临床和基础研究的科研人员和研究生感到很不方便。2018年3月30日至4月1日,“中国大陆辅助生殖技术成功应用三十周年纪念活动暨健康生殖学术研讨会”在北京雁栖湖国际会展中心召开,谭毅应《中华生殖与避孕杂志》编辑部邀请,在其中的一个分会场做了“妇产科学研究应用动物模型的注意事项”学术讲座,从那时起,我们就萌生了编写这本《人类生殖疾病动物模型》的想法。
本书的编写紧紧围绕动物模型和生殖疾病,不包括实验动物的质量控制、环境设施、饲养管理、动物实验生物安全等实验动物科学的主体内容,在介绍了男女生殖疾病的概述之后,再详细介绍比较成熟的各种生殖疾病的动物模型。第二章“动物的感知功能与行为模式”和第五章“生殖系统的比较解剖与生理”的编写在同类著作中属于创新知识点,具有一定的挑战性。各位编者在各自教学、科研、临床、实验动物生产与动物实验服务等极其繁重岗位工作的情况下,不辞辛苦,精心编写,着实令人感动。
尽管编者在编写过程中竭尽全能,但是,受学术水平的限制,特别是新技术、新方法的不断涌现,使得疾病动物模型也在不断完善更新,遗漏和错误在所难免,恳请读者同仁提出宝贵意见,以便今后修改完善。
谭毅 谭冬梅
2021年3月于重庆