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因为HBV宿主范围非常狭窄，而且有明显的嗜肝性，所以建立合适的HBV感染动物模型很困难。理想动物模型的缺乏严重制约着对HBV致病机制、治疗及病毒清除等方面的研究。肝衰竭是一种临床严重综合征，其发病机制、病理生理学复杂，临床治疗手段有限，疗效差，也亟须动物模型来进行深入的研究。乙型肝炎重症化发生、发展过程中的各种生化、免疫、病理异常比其他原因引起的肝衰竭更为复杂，治疗也有明显的不同，寻找能反映这些改变的动物模型是肝病研究的一大挑战。
（一）HBV感染黑猩猩及其他灵长类模型
HBV感染黑猩猩是唯一较为理想的HBV自然感染动物模型。实验表明，4种亚型（adw、adr、ayw、ayr）HBsAg阳性血都可成功感染黑猩猩，且感染后可在黑猩猩的血中检出相同亚型的HBsAg，其中以adr亚型的致病性较强。用戊二醛聚合不同种属动物的多聚白蛋白与HBsAg颗粒和Dane颗粒，然后测定HBsAg上的多聚人血清白蛋白受体（PHSA-R）的种属差异，发现只有对HBV易感的物种（人和黑猩猩）的多聚白蛋白才能与HBsAg颗粒和Dane颗粒上的PHSA-R特异性结合，此后当接触肝细胞表面的PHSA-R，便可形成HBV侵入肝细胞膜的“桥梁”，参与HBV的感染过程；非易感动物如猪、羊、马、猫、鼠和小鼠等的多聚白蛋白均不能与HBsAg颗粒结合。这种PHSA-R的种属差异可能是HBV感染的种属差异性的重要原因之一。
HBV感染黑猩猩模型是很成功的，也得到了公认。但由于黑猩猩为珍稀动物，较少用于实验。其他灵长类也是较理想的实验动物，如恒河猴感染HBV后，血清中HBsAg和HBV呈阳性，但在急性期未出现谷丙转氨酶异常升高和肝脏损害，且敏感性低于黑猩猩。猕猴感染HBV后肝组织有类似于人乙型肝炎的病理改变，免疫组织化学法与原位杂交法检测结果相吻合。实验研究发现，西里伯类人猿、长尾黑颚猴、白脸猴、疣猴、新域猴、长臂猿、狒狒、平顶猴及蜘蛛猴等均可用HBV感染成功获得乙型肝炎动物模型，在它们体内均可检测出HBsAg、HBsAb、HBcAb、HBV DNA。
（二）HBV感染大、小鼠模型
1.HBV转基因小鼠模型
该模型是通过受精卵显微注射法将不同长度的HBV基因导入小鼠受精卵内，随机整合后经非嵌合体途径建立的小鼠品系。HBV转基因小鼠模型目前可分为转HBV基因部分片段（如X、C和PreS/S基因片段）、转HBV基因全长等类型。在成功的模型中，这些基因片段可在小鼠体内稳定遗传，并可能形成病毒颗粒。有研究显示ayw亚型C57BL/6J-HBV转基因小鼠的肝脏局部有明显的炎症反应，肝细胞肿胀、有毛玻璃样变性，细胞质内有嗜酸性小体，局部可见巨核肝细胞。免疫组织化学显示小鼠肝组织内有呈胞质型分布的HBsAg。另有报道，在HBV转基因小鼠肝细胞内可检出HBV DNA。宿主对HBV感染产生免疫耐受从而不引发体内的免疫清除，是HBV感染后形成慢性化的主要机制之一。转基因小鼠对HBV抗原处于免疫耐受状态，因此适于研究感染慢性化的形成机制。
2.感染HBV的免疫缺陷鼠模型
免疫缺陷鼠是指由于先天性遗传突变或用人工方法造成的一种或多种免疫系统组成成分缺陷的动物。用免疫缺陷鼠构建的人鼠嵌合肝脏模型可用于研究病毒性肝炎的发病机制及探讨肝炎的治疗策略。Ilan等给正常小鼠大剂量全身照射以消除小鼠的免疫活性，再将严重联合免疫缺陷（SCID）鼠的骨髓细胞移植给该小鼠，使后者的骨髓细胞及红细胞系得以再生，最后将已感染HBV的人肝组织移植到该小鼠肝脏，构建成与人自然感染HBV过程相似的HBV三聚体小鼠模型。研究发现，在移植1个月后，三聚体小鼠体内存活的人肝细胞可重现HBV自然感染人体时的复制过程。该类模型还有许多其他制备方法的报道，如将正常人的肝细胞注入uPA（尿激酶型纤溶酶原激活物）免疫缺陷的小鼠肝内，再给该小鼠接种HBV；用竞争性抗c-Met抗体处理非肥胖型糖尿病小鼠，并将原代人肝细胞移植到小鼠肾球囊基底膜，同时给小鼠接种HBV；将uPA转基因鼠与RAG-2敲除鼠进行交配，所得13～21日龄杂合子作为移植受体，将人肝细胞注入脾内，2天后皮下注射20μL HBV血清；将Fah（-/-）小鼠与RAG-2（-/-）/Il2rg（-/-）小鼠杂交培育出Fah（-/-）/RAG-2（-/-）/Il2rg（-/-）（FRG）小鼠，这种小鼠缺失延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）、Rag2及白细胞介素2受体γ链（IL-2R γc）基因，可建立有效的HBV感染，HBV持续扩增可达6个月；将纯化的鼠肝炎病毒3型经腹腔注入近交系C3H/HeJ小鼠体内，建立了与人类病毒性肝炎的发生、发展极为相似的病毒性肝炎动物模型。
3.水动力转染法构建的HBV 转染小鼠模型
水动力转染法是指从小鼠尾静脉快速注射大量含目的基因的生理盐水，从而实现外源基因在小鼠体内的高效表达。水动力转染法转入体内的基因以肝细胞中产物表达水平最高，一次注射可转染 40% 的肝细胞。该方法目的基因的表达水平与小鼠体重、注射溶液的体积、注射持续时间以及 DNA的含量等因素直接相关。研究发现注射的最佳溶液剂量为小鼠体重的 8%～12%，注射持续时间以小于 5s 最佳，但质粒报告基因在体内的表达时间较短。1990年，Wolff等首次将外源基因注射入小鼠骨骼肌细胞以证明该部位可以表达此基因。1996年，Budker等从肝门静脉注射大量质粒 pCMVGH 后，在肝细胞中能检测到质粒 DNA的表达产物。1999年，Liu等从小鼠尾静脉短时间内注射大量质粒DNA，也在肝细胞中检测到转入的报告基因表达产物。此后，该方法被正式命名为水动力转染法。2002年，Yang等通过水动力转染法在免疫缺陷小鼠中转染pT-MCS-HBV1.3质粒，建立了急性乙型肝炎动物模型。2006年Huang等通过水动力转染法将PAAV-1.2-HBV-A质粒转染到小鼠体内，成功构建了慢性乙型肝炎动物模型。
4.重组载体介导的小鼠模型
AAV是一种低致病性和免疫原性的基因靶向载体，可长期表达外源基因。应用重组AAV（recombinant AAV，rAAV）建立的小鼠模型可产生cccDNA，该小鼠模型被广泛应用于HBV复制研究。在应用AAV2/8构建的HBV转染小鼠模型中，血清HBsAg、HBeAg及HBV DNA可持续存在1年以上。AAV-HBV小鼠可用于研究HBV免疫耐受的形成机制及筛选评估HBV免疫治疗的方法。在rAAV 2/8-HBV感染的C3H/HeN小鼠中，发现4周GW4064的处理可降低成年小鼠HBV DNA和HBsAg水平，而FXRα的表达与胆汁酸活化的生理平衡是调节HBV感染的关键宿主代谢途径。
5.HBV感染大鼠模型
谭龙益等将经磷酸钙沉淀的含3.2kb全序列HBV DNA的HBV PCNCX质粒直接导入大鼠肝脏，成功建立了HBV感染模型，在该鼠血清中检测到HBsAg和HBeAg，肝细胞中HBV mRNA及HBsAg得到表达。Wu等将人肝细胞移植到有免疫活性的SD大鼠体内，再接种HBV，成功建立了HBV感染模型，3周后即可在血清中检测到HBsAg含量稳定上升，HBV DNA可至少持续存在60天；同时大鼠肝组织中出现HBV RNA，免疫荧光检测提示大鼠肝细胞含染色阳性的HBcAg。蒋黎等用与Wu类似的方法成功建立了Wistar大鼠乙型肝炎模型，人肝细胞在大鼠肝组织中存活，人肝细胞型细胞角蛋白和HBsAg在该模型肝组织中得到了表达。
目前与HBV感染有关的大、小鼠模型存在的主要问题如下：①HBV转基因小鼠的HBV DNA已整合到小鼠所有细胞的染色体上，与HBV自然感染人体的状态有所不同；②转基因小鼠具有遗传不稳定性；③大、小鼠由于肝内缺乏cccDNA病毒转录模板，进入鼠肝细胞内的HBV复制时不具有完整的生活周期，因此不能完全模拟出HBV在人体内的复制过程；④用免疫缺陷鼠建立的HBV感染模型不适用于免疫清除机制的研究；⑤人鼠嵌合肝脏模型中人肝细胞的存活数量较少。
（三）HBV感染鸭模型
鸭是鸭乙型肝炎病毒（duckhepatitis B virus，DHBV）的自然宿主，先天性或幼年感染的雏鸭可发展成持续性DHBV感染。国内各地采用当地成熟或雏麻鸭，如重庆麻鸭、广州麻鸭、北京麻鸭等感染造成鸭急性肝坏死模型或纤维化模型。具体方法是以DHBV阳性血清0.2mL经足静脉感染雏鸭，即可在鸭肝组织中检测到DHBV DNA。慢性感染的形成与雏鸭免疫系统发育尚未完善有关，即不同日龄的鸭肝细胞对DHBV易感性不同。在DHBV感染雏鸭2周后，可检测到鸭血清中DHBsAg和DHBV DNA，阳性率分别为53.1％和56.3％，8周时两者的阳性率分别为70.9％和74.2％。感染DHBV的鸭还可能将病毒垂直传播给仔鸭。姚云清等用HBV DNA转染的原代鸭肝细胞与DHBV感染的原代鸭肝细胞进行比较，发现两者的复制与表达相似，推测DHBV感染可能无严格的种属特异性限制，但对肝细胞内环境有很强的依赖性。DHBV属禽类嗜肝病毒，与人HBV在结构上有较大差别，DHBV只感染鸭，而不能感染人，反之亦然。因此DHBV在鸭体内的感染、复制过程与HBV在人体内的过程可能有较多不同，所以此模型仍不能很好地再现人的HBV感染过程。
（四）土拨鼠肝炎模型
土拨鼠（woodchuck）是土拨鼠肝炎病毒（woodchuckhepatitis virus，WHV）的自然宿主。WHV是HBV被发现后第一个被研究的动物嗜肝病毒，该病毒在基因同源性、传染方式、疾病转归、肝癌发生率等方面较DHBV更类似于人HBV，且土拨鼠为哺乳动物，其药物代谢比鸟类更近似于人类，是评价抗HBV效果的较好模型。土拨鼠模型可用先天感染的土拨鼠，鼠龄1～4岁。实验前预测血清WHV DNA或WHV DNA聚合酶（WHV DNAP）水平，一般1～2岁龄土拨鼠血清WHV DNAP滴定较高（大于1000 cpm）；3～4岁龄土拨鼠血清WHV DNAP水平为中等或低下（500～1000 cpm或小于500 cpm）。土拨鼠的慢性WHV感染类似于人HBV感染，可发展成严重的肝炎及肝癌，因此适用于研究嗜肝病毒自限性及慢性感染的发病机制。采用土拨鼠模型研究发现，动物感染WHV的年龄和WHV的不同亚型是感染后慢性化的关键，通过感染新生的土拨鼠能够得到大量的慢性WHV携带者。Coffin等发现WHV可由感染的母体动物垂直传播，感染的仔动物表现为新生期无症状，血清中WHsAg、抗WHc及抗WHs均为阴性，但巢式PCR及Southern印迹法可检测到WHV DNA持续存在至动物成年。
土拨鼠属啮齿目动物，不易获得，不易饲养，价格较贵，且WHV和HBV在分类、结构和生物学功能等方面不完全相同，故在研究HBV感染机制及复制过程时，土拨鼠肝炎模型的应用受到一定限制。目前多数药物仍用鸭乙型肝炎模型做体内评价。
（五）HBV感染树鼩动物模型
树鼩是一种形似松鼠的小型哺乳动物，体形小，在生物进化上高于土拨鼠、鸭等，属于低等灵长类动物，更接近人类。树鼩可经野外合法捕获后喂养或人工繁育生长，因其价廉易得、个体小、易操作等，在医学研究中的应用日趋广泛。给成年树鼩接种人HBV感染血清7～12周后，可在成年树鼩血清中观察到HBsAg及Dane颗粒，肝组织学显示轻度肝炎改变，血清转氨酶活性显著增高，表明成年树鼩可感染HBV。另有研究发现，成年树鼩的HBV感染多为急性自限性感染。HBV在多数感染动物体内存在的时间较短，并且多数感染动物出现的肝组织病理改变较轻微，难以形成慢性肝炎或慢性HBV携带状态，而且动物接种HBV后的感染率亦不够稳定，因此HBV感染树鼩模型有待进一步完善。
（六）其他嗜肝病毒及相关动物模型
与HBV同属嗜肝病毒科的还有地松鼠肝炎病毒（GSHV）、北极地松鼠肝炎病毒（AGSHV）、树松鼠肝炎病毒（TSHV）、雪鹅肝炎病毒（SGHBV）、苍鹭乙型肝炎病毒（HHBV）、白鹳肝炎病毒（STHBV）等，其中以地松鼠感染GSHV模型的研究较多。GSHV在结构和抗原性方面与HBV有一定的同源性，但感染GSHV的地松鼠肝脏病变轻微，而且GSHV的致肝癌率较低，不宜用于HBV感染后致肝癌的研究。
综上所述，虽然目前用于乙型肝炎相关研究的动物模型有了较大研究进展，但尚未建立起在生物学分类上与人类相近，并具有感染率高、感染维持时间长、感染后肝组织的病理改变类似于人乙型肝炎改变的经济、适用的动物模型。应用目前这些动物模型进行人HBV感染、复制和药物治疗等方面的研究时，受到一定程度的限制。因此，建立对HBV易感并且具有与人感染HBV后相同或相似的肝组织病理改变及疾病转归的动物模型是今后研究的热点。
急性肝衰竭（acute liver failure，ALF）是由多种原因引起的肝细胞急性大量坏死和严重肝功能损伤的临床综合征。其发病机制非常复杂，迄今未能完全阐明，而不同的病因引起的ALF的发病机制不甚相同。为了更好地研究ALF的发病机制及治疗，建立合适的ALF动物模型至关重要。建立ALF动物模型的方法主要有病毒诱导法、化学药物诱导法和外科手术诱导法，基因敲除诱导法制备肝衰竭动物模型亦有少数研究。以化学药物诱导法和外科手术诱导法以及两种方法合用的报道较多，但病毒诱导法更适合乙型肝炎重症化的研究，也是今后重点研究的方向。
（一）急性肝衰竭的病毒模型
病毒诱导法更适合乙型肝炎重症化的研究，但目前的相关报道并不多，有待进一步发展完善。目前主要有转基因小鼠的炎性肝细胞坏死模型、鼠肝炎病毒3型（MHV-3）感染模型和兔出血症病毒模型。其中以宁琴教授等建立的MHV-3感染近交系小鼠毒株依赖性暴发性肝衰竭模型较为成功。
1.MHV-3感染的肝衰竭动物模型
MHV属冠状病毒科，是一组单股正链RNA病毒，基因组长为32kb。此组病毒影响的动物宿主包括啮齿动物、猪、牛、鸟、猫和狗。不同鼠肝炎病毒株表现出不同的器官嗜性，MHV-3为嗜肝性病毒，MHV-JHM具有嗜神经性，MHV-A59具有嗜肝性和嗜神经性。用T1寡核苷酸图谱分析发现，MHV-3和MHV-A59的基因组序列中仅有少数几处存在差异。这种基因组序列上的差异可能构成了MHV-3较MHV-A59更具嗜肝性的因素。MHV-3在不同种系小鼠引起的肝病临床表型各异，基于此点将被感染小鼠归类为耐受系、敏感系和半敏感系。敏感系小鼠（BALB/cJ、C57B/6J和DBA）感染MHV-3后发展成急性暴发性肝炎并在5～7天内死亡，耐受系小鼠（A/J）感染MHV-3则不表现出任何临床症状。急性感染MHV-3存活下来的半敏感系小鼠最终出现消瘦综合征（wasting syndrome），表现为体重下降、脱发、油性毛发和麻痹。此期间可在脑、肝、脾和淋巴结等组织内分离到病毒。
取BALB/cJ或其他敏感系小鼠，行腹腔注射200μL MHV-3（0.5 PFU/μL），注射后常规摄取食物、水。MHV-3感染敏感系小鼠后，小鼠最初的异常表现是肝脏微循环改变，肝窦区内出现微血栓形成和血管炎，最终引起肝细胞水肿和坏死。这些变化在MHV-3感染BALB/cJ小鼠后6～12h即可观察到，出现在病毒复制高峰前24～48h。MHV-3致肝衰竭机制如下：①激活单核-巨噬细胞：MHV-3感染敏感系小鼠BALB/cJ后，病毒在肝内外大量复制，24～48h可见大量炎性细胞激活，产生高浓度的促炎性细胞介质，包括IL-1、TNF、白三烯B4（LTB4）和TGF-β。Northern印迹法显示敏感系小鼠巨噬细胞感染MHV-3后IL-1和TNF mRNA转录水平显著高于耐受系小鼠巨噬细胞感染MHV-3后的水平。②诱导肝血窦微血栓形成导致微循环障碍，局部纤维素沉积，最终肝细胞坏死并丧失功能。MHV-3感染小鼠后单核-巨噬细胞和内皮细胞可表达一种新的凝血酶原酶mfgl2，该凝血酶原酶特异性裂解凝血酶原成为有活性的凝血酶，引起肝内微循环异常和肝窦区内微血栓形成。肝脏微循环异常与mfgl2的高度表达一致。应用一组重组纯系小鼠进行遗传学分析发现，小鼠对MHV-3诱发暴发性肝炎的敏感性或耐受性与mfgl2凝血酶原酶的产生密切相关。上述两种机制是相互联系的，过程可能是敏感系小鼠感染MHV-3后巨噬细胞产生大量促炎性细胞介质，这些促炎性细胞介质可引起血管收缩增强，白细胞黏附于血管内皮细胞，上调巨噬细胞和内皮细胞mfgl2凝血酶原酶的产生，最终导致肝窦区内微血栓形成和局部缺氧，进而引起急性肝衰竭。
2.转基因小鼠模型
Chisari等建立了HBsAg转基因小鼠的炎性肝细胞坏死模型来研究HBV诱导的暴发性肝炎，向该小鼠体内注射MHC-Ⅰ类分子限制性HBsAg特异性的脾细胞及CTL克隆可以诱发急性炎性坏死性肝脏病变。HBsAg转基因小鼠为研究暴发性肝衰竭的发病机制提供了一种较好的模型，但此模型体内没有病毒复制，与临床情况有明显不同，因而有其局限性。MHV-3在同种近交系小鼠中诱导的暴发性肝炎为研究病毒诱导的暴发性肝衰竭发病机制又提供了一个极好的模型。
3.兔出血症病毒模型
兔出血症病毒（rabbithemorrhagic disease virus，RHDV）属嵌杯病毒科兔嵌杯病毒属。本病毒只感染家兔和野兔，用10 4 血凝素单位的RHDV攻击兔可引起明显的肝坏死和全身多系统出血，因此有人用此构造了ALF模型，并取得成功。其缺点是仅限于用兔造模，且动物也可能死于肺出血等其他原因。
（二）急性肝衰竭的化学药物模型
1.四氯化碳（carbon tetrachloride，CCl4）
四氯化碳是经典的药物性肝损害造模药物，对肝脏的毒性作用强大而肯定，能准确反映肝细胞功能、代谢及形态学变化，重复性好且经济。可以通过动脉内注射、门静脉内注射、胃灌注、皮下注射、腹腔注射、尾静脉注射等多种途径给药。常用的造模方法如下：①应用4mL/kg四氯化碳剂量灌胃可诱发SD大鼠（250～320g）发生急性肝衰竭（ALF），死亡率达85%；②20％四氯化碳溶于液状石蜡，大鼠腹膜内注射5mL/kg；③80％四氯化碳溶于玉米油，大鼠单次腹腔内注射1.5mL/kg，也可以相同剂量溶于橄榄油后经腹腔注射；④对大型动物猪（15～20kg）用0.5mL/kg联合苯巴比妥钠（8mg/mL）灌胃3天可造成ALF模型。四氯化碳法的主要缺点：①动物个体间差异较大，不易找到该药物的量效关系，动物的反应难以控制；②不常出现肝性脑病，虽然动物的意识状态被抑制，但未见明显的Ⅲ～Ⅳ期肝性脑病；③四氯化碳对肝脏的选择性差，胃肠给药或肌内注射给药都能造成肝、肺、肾等多脏器的改变，特别是对肺、肾的损害，使动物经常直接死于其他器官损害；④四氯化碳安全范围较窄，使用剂量很难把握，应用后动物的存活时间短，所以较少应用于肝衰竭的动物造模，特别是造模后需要较长时间观察的课题。许多力求使四氯化碳的毒性作用仅局限于肝脏的努力，如改变给药途径等，都未获得成功。目前单独以四氯化碳来建立ALF模型的较少，但在一些联合制模方法中仍被采用。
2.D-氨基半乳糖（D-galactosamine，D-Gal）
D-Gal是一种肝脏选择性毒物，通过半乳糖途径在肝脏内进行代谢，它使细胞内尿嘧啶核苷减少而阻断转录过程，进而影响肝细胞RNA的代谢，导致蛋白质合成减少，最终引起肝细胞的凋亡和坏死。研究发现，一次性腹腔内注射1.4g/kg的D-Gal可导致大鼠ALF，表现为血浆中ALT、AST、TBil、碱性磷酸酶（ALP）、血氨的升高和凝血酶原时间的延长，以及肝脏组织学的变化，并且发现随着剂量的加大，大鼠生存率降低，说明D-Gal导致的肝脏损害是剂量依赖性的。目前以1.4 g/kg的剂量应用最多，效果也最佳。在一些大动物模型中，将0.75g/kg的D-Gal溶解在5％的葡萄糖溶液中，使其浓度达到0.05g/L，过滤法消毒后将其pH校正到6.8，立即经颈静脉注射到全身麻醉的动物体内，可以检测到严重的肝细胞坏死。D-Gal法的优点：①病变仅限于肝脏，不涉及其他器官；②剂量控制在一定范围之内，出现的肝损害表现与临床病毒性肝衰竭的症状、生物化学、组织学表现接近；③给药方便，重复性好，终点明确，具有可逆性；④不造成环境污染及人体伤害，不需特殊的实验操作保护措施。其对肝衰竭、肝性脑病、人工肝支持系统的评价研究有重要价值，可用于建立一种较为理想的肝衰竭动物模型，特别适合药物性肝衰竭的研究。D-Gal在应用中主要的受限因素是价格昂贵，大型动物猪或犬建立模型所需剂量较大，且需应用近交系动物来保证可重复性，故实验花费大，同时存在模型动物生存时间短，有潜在的不可逆性及稳定性较差的问题。
3.脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）
目前认为，LPS主要不是通过对肝细胞产生直接毒性作用，而是通过激活Kupffer细胞，释放一系列介质，导致肝细胞损害。LPS对肝脏的毒性影响主要表现为促进肝星状细胞（hepatic stellate cell，HSC）分泌多种炎症因子，如TNF-α、IL-1β和IL-6等。这些炎症因子特别是TNF-α可造成肝细胞凋亡及炎性细胞的浸润，浸润的炎性细胞可进一步造成肝细胞损伤，形成恶性循环。
小剂量LPS诱导D-Gal致敏大鼠发生ALF，是国内外学者普遍认可和使用的造模方法。联合应用LPS可以减少D-Gal的用量，两药有明显协同作用。也有研究证实，D-Gal的单独应用，并不会造成动物死亡，它的主要作用在于耗竭肝细胞内尿嘧啶核苷储备而大大增强LPS的肝毒性。有实验用10μg/kg的LPS（700mg/kg）作用于D-Gal致敏小鼠，可导致小鼠急性肝损伤。
4.对乙酰氨基酚（paracetamol）
对乙酰氨基酚又名醋氨酚（acetaminophen），对乙酰氨基酚过量是在美国和大多数欧洲国家导致ALF最常见的原因。治疗剂量时，对乙酰氨基酚约60％与葡萄糖醛酸结合，35％与硫酸结合，形成无毒产物通过肾脏排出体外。少量的经P450混合功能氧化酶作用生成N-乙酰对位苯醌亚胺（NAPQI），后者与谷胱甘肽的巯基反应，不产生明显的毒性。过量时，前两条代谢途径饱和，大量对乙酰氨基酚经混合功能氧化酶代谢，导致NAPQI生成增多，使肝脏的谷胱甘肽耗竭，引起肝小叶中央性坏死，诱发ALF，表现为ALT和AST升高、凝血酶原时间延长、肝细胞坏死等。
不同动物对乙酰氨基酚模型的制备方法如下。①鼠科动物：多选用小鼠和大鼠，也有用仓鼠的，随研究目的而异，剂量在200～1000mg/kg不等。研究发现，口服剂量在500mg/kg，死亡率为43％，剂量在1g/kg，死亡率为100％，但后者的死亡不全由肝衰竭引起。在实际操作时，一次性腹腔注射是更好的使用途径，可造成明显的肝脏损伤。鼠科动物模型多不用于人工肝支持系统和肝移植。②犬：犬的ALF动物模型应用较多。一般是将对乙酰氨基酚溶于二甲基亚砜（600mg/mL），分3次皮下注射，首次750mg/kg，第二、三次分别于9h、24h皮下注射200mg/kg。首次注射72h后，90％的犬死于肝衰竭，其间生化检查有显著改变，死后病检证实有大片肝组织坏死，心、肾、肺无损伤。改良的方法如下：先缓慢静脉滴注谷胱甘肽合成酶抑制剂2mmol/kg，2h后，静脉注射溶于二甲基亚砜的对乙酰氨基酚100mg/kg，之后每隔1h静脉注射50mg/kg，持续11h，此间监测对乙酰氨基酚血浓度，使之维持在150～250μg/mL，30～48h后犬开始嗜睡、昏迷直至死亡，需注意的是首剂后15h左右肝衰竭启动，此时应补充糖，一直到实验结束。掌握合适的剂量十分关键，剂量过小则不足以引起肝衰竭，剂量过大则动物可能因其他原因死亡，如Francavilla等用1600mg/kg皮下注射，72h死亡80％，病检见肝脏仅有轻微病变，提示剂量过高可能产生肝外病变，多为高铁血红蛋白血症、肺水肿和贫血，表现为发绀、面与爪水肿等。另外，对乙酰氨基酚诱发犬ALF模型，药物缓慢吸收优于快速吸收，多次给药优于单次给药。③兔：对乙酰氨基酚诱发兔急性肝衰竭模型相对较少，Tony等报道选用雄性新西兰白兔，丁硫氨酸亚砜亚胺（BSO）2mg/kg静脉注射后，对乙酰氨基酚500mg/kg皮下注射，分别于注药后5～12h、12～25h和28～56h发生Ⅰ～Ⅲ度肝性脑病，组织学检查有大面积的肝坏死，临床、生化和组织学特征上的表现都与人肝衰竭相似。
在我国，药物毒性占ALF病因的20％～50％，所以制备对乙酰氨基酚诱发的ALF动物模型具有重要的实际意义。随着方法的不断改进，制备此类模型的可重复性、可靠性和可控性都有了很大提高，但离肝衰竭动物模型制备标准仍有不小差距。个体差异大是造成这种差距的主要原因，另外肝外毒性也在很大程度上影响了造模的成功率。
5.偶氮甲烷
偶氮甲烷在国内常被用于诱导动物的结肠癌，但近年来国外将其用于制备肝衰竭小鼠模型取得了成功。偶氮甲烷在小鼠中可引起类似于人类ALF的表现。小鼠表现为运动减少，随后对光反射和角膜反射消失。动物血氨增高，体温下降，脑组织氨基酸的改变类似于人和其他动物ALF的氨基酸改变。
6.硫代乙酰胺（thioacetamide，TAA）
TAA是一种含硫化合物，可以造成肝损害，并具有致癌活性，故常通过皮下注射、灌胃、腹腔注射三种主要途径制造ALF动物模型。在注入后不久，TAA被混合功能氧化酶代谢为乙酰胺和硫代乙酰胺硫氧化物，乙酰胺不引起肝脏坏死。硫代乙酰胺硫氧化物进一步被细胞色素P450加单氧酶系统代谢，且代谢产物具有很强的活性，可以结合到组织大分子上引起肝细胞坏死。近年来的研究表明，在TAA导致的肝损伤中，有活性氧簇的参与。
建立ALF大鼠模型：TAA是国内外肝衰竭造模常用的诱导剂，方法大致相同。通常一次腹腔内注射TAA 400mg/kg，间隔24h重复给药，连续3次，并且每12h给予相应的支持治疗：皮下注射5％的葡萄糖（25mL/kg）以及0.9％的生理盐水以防止大鼠出现体重减轻、低血糖和肾衰竭症状。TAA的作用与剂量明显相关，张美华等将大鼠分为A、B、C三组，分别给予200mg/（kg·d）、250mg/（kg·d）、350mg/（kg·d）剂量的TAA，隔日行腹腔内注射，共2次，发现不同剂量TAA致大鼠肝性脑病/轻微型肝性脑病（HF/MHE）发生率及严重程度明显不同，并伴有不同程度的高血氨、高内毒素血症及肝损害，具有明显的量效关系，其中250mg/（kg·d）和350mg/（kg·d）组的临床型肝性脑病发生率均为100%，350mg/（kg·d）组大鼠肝性脑病分期多为Ⅲ～Ⅳ度，死亡率达41.7%；250mg/（kg·d）组则无大鼠死亡，肝性脑病分期多为Ⅰ～Ⅱ度；小剂量TAA组（200mg/（kg·d））则无临床型肝性脑病发生。就使用剂量而言，600mg/（kg·d）TAA，动物死亡率高且存活窗口期短，不适合需要长时间观察的实验，与临床实际也不尽相符，另外注射时可同时考虑体重变化的情况。TAA致肝损伤模型过程相对简单易行，致肝细胞损伤反应好，且具有良好的可行性和重复性、肝纤维化组织接近人类、制备成功率高等优点，常用于制作肝纤维化和急性肝衰竭模型。
7.其他
二甲基亚硝胺（DMN）是常见的致肝癌剂，它通过微粒体代谢，其中间产物与细胞核酸、蛋白质等结合致肝损伤，同时产生一种活性甲基化产物使核酸、蛋白质甲基化导致肝坏死，曾用于制备肝衰竭动物模型，但由于毒性大、易挥发，排泄物在24h内含毒物，易污染环境和影响周围人群，所以目前临床上很少应用。伴刀豆球蛋白A（concanavalin A）可通过免疫机制，如激活巨噬细胞和CD4 + T淋巴细胞而导致肝组织破坏，有报道单剂量注射即可产生ALF，并在该模型中证实细胞因子信号转导抑制蛋白1（SOCS1）在暴发性肝炎中起着重要的负性调控作用。亦有用此模型研究肿瘤坏死因子、脂联素、骨桥蛋白、IL-10等在肝衰竭中的致病或保护作用的报道。
近年来由于基因技术的发展以及多种药理研究的深入，出现了一些肝衰竭动物造模的新方法。例如：Schmitz用AdCD40L连续注射5天诱导小鼠肝衰竭，致死率约为50％；Nakayama等用可化舒（短棒菌苗，一种免疫调节剂）合并内毒素制备肝衰竭模型，Yamauchi则以人类单克隆抗体诱导鼠类肝衰竭模型。
（三）ALF的外科手术动物模型
ALF的外科手术动物模型主要用于研究肝移植、细胞移植和人工肝治疗效果。随着外科经验的逐渐积累以及医疗设备的发展，模型越来越规范，主要包括切除肝实质和阻断肝脏血液供应的模型，也可两者联合使用。
肝切除分全肝切除（无肝模型）和部分肝切除。全肝切除已在多种动物中用于制备肝衰竭模型，包括大鼠、兔、犬和猪。全肝切除无疑可导致肝衰竭，但由于肝脏缺失，这种模型是不可逆的，其生化指标的异常仅发生于动物死亡前的2～4h，昏迷时间较短。另外，在临床上出现ALF时，损伤的肝脏仍有血液循环，损伤的肝细胞不断释放毒性物质入血而引起一系列变化。而无肝模型缺乏这一重要的病理过程，因此与临床上ALF的真实状态相差较大。鉴于这些局限性，无肝模型很少应用。现应用较多的为部分肝切除的ALF动物模型，在某一切除阈值范围内，肝脏会再生甚至完全恢复。但在这种模型中神经症状如肝性脑病等几乎不出现，而且肝脏在生化上的改变与临床实际存在差异。
阻断肝脏血液供应模型（急性肝缺血模型）：这种模型最常用的方法为门腔静脉吻合后的肝动脉结扎。一般来说，吻合与肝动脉结扎间隔的时间越长，动物出现肝衰竭的时间以及死亡的时间也将会越长，其原因就在于此期间新的侧支循环将会出现，故吻合与结扎肝动脉时间上的差别是模型制备的关键。有人同时对胃十二指肠动脉及其附属动脉进行结扎，建立的大动物急性肝缺血模型稳定、可靠。完全阻断血供，模型动物可出现肝性脑病等与临床一致的症状，同时有脑水肿和颅内压增高，适合肝衰竭伴有神经系统并发症方面的研究。但此模型会造成肝脏不可逆的损伤，模型动物在相对短时间内死亡。暂时阻断血供具有潜在可逆性而且保留了受损肝脏，弥补了完全阻断血供模型的不足，是肝衰竭模型的新希望。
近来，Awad等在门腔静脉分流的基础上再将胆总管结扎，使动物体内毒性物质积聚，建立了较理想的犬ALF动物模型。这种模型非常适合评价生物人工肝系统的解毒功能和安全性。
外科手术诱导法和化学药物诱导法两种方法的比较如下。①采用手术方法构建缺血性模型创伤较大，在进行开腹、游离血管、门腔静脉吻合过程中，动物不可避免地失去一部分血液，而药物性方法创伤小。②操作的难易程度：缺血性模型中，因有血管吻合，需经验丰富的外科医师参加，而药物性方法普通内科医师即能完成。③导致肝衰竭的作用机制：缺血性模型为缺血再灌注损伤，该原因所致肝衰竭在人类颇为少见；D-Gal主要通过导致RNA和蛋白质合成受阻及内毒素血症引起肝细胞损伤，与临床上ALF患者的情况较为接近。④治疗窗口期：缺血性模型动物存活时间短，治疗窗口期窄，不利于评价治疗方法的疗效；药物性模型存活时间较长，可用于评价及验证各种治疗方法的效果与作用机制。⑤实验结果的一致性：理论上讲，缺血性模型一致性好，但在实际操作中，不同医师手法不同，容易造成结果差异；在药物性模型中，应用近交系动物，年龄、体重相似，性别相同，统一的给药剂量，均能得到较为一致的实验结果。
（四）基因修饰肝衰竭动物模型
最早用于ALF研究的基因模型是alb-uPA转基因模型，在该模型中，白蛋白启动子促进尿激酶型纤溶酶原激活物（uPA）活性，异位uPA过度表达可引起肝细胞坏死，使小鼠死于肝衰竭，除非alb-uPA转基因自发突变而失活。亦可用基因敲除的方法制备模型，如将小鼠延胡索酰乙酰乙酸水解酶（FAH）基因敲除，制成FAH（-/-）小鼠，该小鼠可出现ALF。可作为Ⅰ型遗传性高酪氨酸血症的基因模型。以上两种模型主要用于研究代谢性疾病的病理生理过程、肝细胞生长、肝细胞移植的可能性及其增生潜能。
Schuchmann等报道了一种以白喉毒素（diphtheria toxin，DT）受体为媒介的转基因鼠动物模型，自然条件下，鼠细胞不存在DT受体，因此对DT有抵抗力；而对于DT受体转基因鼠，注射DT可引起肝细胞损伤，发生肝衰竭，该模型的主要优点是具有可重复性。
上述各种ALF动物模型、研究动物和优缺点见表2-2。
表2-2 主要的ALF动物模型、研究动物和优缺点
慢加急性肝衰竭（acute-on-chronic liver failure，ACLF）在临床上十分常见，是我国肝衰竭的主要类型，因此，近年来ACLF动物模型的研究较为热门。ACLF动物模型的研究一般基于肝衰竭“二次打击”学说进行。
方法一是先用人血清白蛋白免疫大鼠，使肝纤维化达4级以形成免疫性肝硬化，在此基础上给予不同急性打击，如1.2g/kg的D-Gal腹腔内注射，30mg/kg LPS尾静脉注射，或D-Gal 400mg/kg+LPS 100μg/kg同时腹腔内注射。研究发现，联合注射D-Gal和LPS的大鼠在13～19h死亡，肝脏病理表现为再生结节和大块或亚大块坏死，肝细胞凋亡明显，增生的纤维间隔完整保留，可作为成功的ACLF动物模型使用。而在免疫性肝硬化基础上单独给予大剂量D-氨基半乳糖或脂多糖仅发生弥漫大小泡脂肪变性，仅见小片坏死灶或未见肝组织明显坏死性病变，不能使肝硬化大鼠发生肝脏大块或亚大块坏死。
方法二为对SD大鼠给予50％四氯化碳植物油溶液腹腔注射，每3天1次，连续10～12周，动物可出现肝硬化表现。在此基础上给予D-Gal、脂多糖联合D-Gal急性攻击，均可诱导ACLF。表现为肝组织片状、大块或亚大块坏死。在肝硬化基础上再次给予四氯化碳植物油溶液腹腔注射，也可诱导ACLF动物模型。
一些学者提出的理想ALF动物模型的6个要求如下。
（1）可逆性：采用一定的方法使动物发生ALF，未经过治疗的动物应该有较高的死亡率；治疗有效者，其肝损害能可逆性地恢复。
（2）可重复性：理想的动物模型应该重复性好、有较好的稳定性。
（3）死于ALF：实验动物最终应该是因ALF死亡而不是其他原因，这一点对正确判定疗效非常重要。
（4）有治疗时间窗：从对动物施加损害性处理到动物死亡的时间间隔不应该太短，以便有足够的时间对其进行干预并评估治疗效果。
（5）大动物模型：便于连续地采集血样或组织进行系列性研究，以便以后可直接应用于临床。
（6）对实验人员危害小：所应用的任何化学品应该尽量对实验人员无害。
（一）动物种类
目前用于肝损伤动物模型的动物有猪、犬、鼠、兔等。大动物（猪和犬）ALF模型多以手术或手术加药物制造，若单纯用药物，药量难以掌握，实验终点不明确，重复性差。小动物（鼠和兔）ALF模型目前多以药物制造，如四氯化碳、硫代乙酰胺、D-Gal等。大鼠繁殖能力强，生命力旺盛，价格低廉，已经被广泛应用于动物实验，大鼠肝衰竭模型是研究肝衰竭的常用工具。猪的肝脏解剖和生理指标较接近于人，且相关实验容易控制，是制备大动物肝衰竭模型的首选。
不同动物的肝细胞对不同肝毒性药物的敏感性不同，如鼠科动物对对乙酰氨基酚最敏感，犬、家兔、猴子次之。在有关对乙酰氨基酚的研究中，同时监测谷胱甘肽耗竭、大分子共价联结和水溶性代谢物产生情况，发现仓鼠肝细胞产生了更多的大分子共价联结，谷胱甘肽耗竭迅速，作为解毒标志的水溶性代谢物的形成速率却很低；犬肝细胞形成的大分子共价联结数量较低；而兔肝细胞没有监测到大分子共价联结，谷胱甘肽和水溶性极性代谢物都较高。在另一研究中，给对乙酰氨基酚后，小鼠肝微球蛋白活性比其他物种高约4倍，对乙酰氨基酚-谷胱甘肽共轭物也比其他物种高，这在一定程度上解释了小鼠对对乙酰氨基酚肝毒性的高敏感性；而犬肝细胞葡萄糖醛酸结合酶活性较低，因而肝毒性也较重；兔肝细胞则启动了所有对乙酰氨基酚生物转化途径以阻止其细胞毒性作用；猴肝细胞培养液含大量对乙酰氨基酚葡萄糖醛酸结合物，其谷胱甘肽S-转移酶活性也很高，没有任何细胞毒性表现。
（二）观察项目
常规的动物观察指标包括精神状况、进食情况、运动情况、毛发色泽、尿的颜色等，检测生化指标（血清ALT、总胆红素、血氨），肝组织苏木精-伊红染色后观察病理学改变以及与研究相关的分子生物学指标。在此基础上，再根据实验要求设定其他观察指标。
（三）麻醉剂
大型动物给药前有时需要麻醉，常用硫喷妥钠、戊巴比妥钠、氯胺酮、氟烷等，应考虑麻醉剂对动物的毒性，特别是麻醉剂与实验药物的协同毒性。硫喷妥钠、戊巴比妥钠等巴比妥类药物和氟烷能加重对乙酰氨基酚的肝毒性。前者有药酶诱导作用，无论从病理检查还是从模型死亡率方面，均有学者证实其能加重肝损害。如Francavilla等用硫喷妥钠25mg/kg肌内注射，每天1次，连续4天，再400mg/kg静脉注射，48h后有80％犬死亡。而没用硫喷妥钠诱导的犬用对乙酰氨基酚700mg/kg注射，却无一死亡。氟烷也能加重肝损伤，用其麻醉的动物模型成功率显著增高，而不用其麻醉的肝损伤则明显减轻。麻醉意外发生较多的是硫喷妥钠，其对呼吸中枢有明显抑制作用，易诱发喉头和支气管痉挛。整体来说，采用复方氯胺酮较安全，0.05mL/kg肌内注射未见因麻醉而死亡的。
（四）药物的肝外毒性
前述的常用化学药物模型中，以对乙酰氨基酚的肝外毒性最为明显，主要表现为低血糖、高铁血红蛋白血症和肺水肿，后两者同时发生时，动物毫无例外地死亡。除此以外，对乙酰氨基酚还可引起溶血性贫血。
（五）课题要求
外科的肝衰竭动物模型制作时要求造模者有丰富的外科手术经验，通常选用小型猪来完成。在研究人工肝支持系统时，一般只能选用大动物的外科模型。内科肝衰竭动物模型多选用大鼠，就操作方便及易于重复方面考虑，常采用药物中毒的方法来构建，而其中又以D-Gal和硫代乙酰胺报道最多，使用也最为广泛，两种方法各有优缺点。
对乙酰氨基酚动物模型适合于药物性和化学性肝衰竭的研究，但D-Gal模型也常用于药物性肝损害的研究。而对病毒性肝衰竭的研究，以病毒模型研究更为适合，但目前MHV-3只感染敏感系鼠，而RHDV只感染兔，缺乏能模仿人类感染的大动物模型。研究表明，在众多的肝衰竭化学药物模型中，D-Gal模型能较好地模拟临床ALF的发生、发展的病理生理过程，其大动物模型与临床病毒性肝衰竭较接近，已广泛用于生物型人工肝支持系统和ALF发病机制的研究。
实验性肝衰竭制模方法较多，由于人体肝脏功能的复杂性、导致肝衰竭因素的多样性以及ALF的临床表现、并发症复杂多样，任何一种实验模型都不能全面、精确地反映特定肝损害的本质，以满足所有科研需要。研究者应根据不同的研究目的、技术熟练程度及经济条件选择建立合适的动物模型，严格控制实验动物的生物学特征是制模成功的关键。寻找更加满意的肝毒性物质或采用简单外科手术方法与药物联用，建立大动物的ALF模型应该是研究的重点。
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