鼠年話鼠(上)

一、前言
本院實驗動物中心(以下簡稱動物中心)竹南院區與台南院區二地共有實驗動物將近一萬八千隻,其中鼠科動物(murine,小鼠與大鼠)占絕大多數,是本院最重要的研究資源之一。今年適逢農曆鼠年,該中心同仁特別撰寫「鼠年話鼠」一文(分為上下二篇),期待全院同仁能更進一步瞭解鼠,在此不僅要介紹鼠的基本知識,同時提醒本院全體同仁與研究生有關實驗動物對於生物醫學研究的重要性,亦規劃作為動物中心新進人員教育訓練教材,與未來科普教育活動的基礎素材。

二、實驗用小鼠的起源、種類和習性
實驗小鼠(屬種名:Mus musculus)到底是如何培育出來的呢?回溯至公元前12,000年農業社會開始的時候,只要是有人類定居的地方,都可以發現家鼠的踪跡,人類的生活型態(儲存食物)讓鼠有機可趁,所以其演化及地理分布與人類文明息息相關,這也是小鼠與家鼠屬名「Mus」的原因:Mus源至梵文Mush(偷)!目前證據推測,Mus musculus可能起源於印度北部,後來因為地理分隔演化出許多亞種,包括:M. m. domesticus、M. m. musculus、M. m. castaneus、M. m. bactrianus、M. m. gentilulus,還有日本家鼠M. m. molossinus(由M. m. musculusM. m. castaneus自然混種產生的亞種)。大約在公元前三千年,中國就因為家鼠皮毛顏色的多樣性,開始將家鼠當作寵物飼養,直到十八世紀這種風氣越來越盛行,歐洲愛好者甚至把亞洲的品種帶回歐洲雜交,同時間美國也存在許多愛好者,但一直到二十世紀初期,實驗小鼠才誕生於美國,由美國科學家從這些寵物鼠培育出現今許多重要品系;在經過分析後,目前實驗小鼠的基因組(genome)約莫有百分之六十來自於M. m. domesticus,百分之三十為M. m. musculus,而百分之十為M. m. castaneus。換句話說,現今實驗動物品系是由歐洲與亞洲寵物鼠雜交後培育出來的品種(圖1)。雖然現今實驗小鼠的基因組來源分歧,但其實多數實驗小鼠品系皆源自於二十世紀初美國麻薩諸塞州的一個寵物鼠牧場:Abbie Lathrop’s Granby Mouse Farm,雖然該牧場基因來源眾多但族群小,可以確認現代多數近親繁殖小鼠品系有共同的粒線體(源自M. m. domesticus)與Y染色體基因組(源自M. m. musculus,但回溯起源為M. m. molossinus貢獻居多),這也是為什麼最後廣泛定義實驗小鼠的名字僅使用屬名與種名:Mus musculus,亞種名都省略(Laboratory Animal Medicine 3rd ED, 2015)。


圖1:實驗小鼠起源圖(取自Yoshiki A and Moriwaki K, ILAR J. 2006;47(2):94-102)

目前研究人員常見的小鼠名字有C57BL/6、BALB/c、C3H、FVB、ICR(CD1)等,這些都是品系(strain)或族群(stock)名稱,而維持的方式主要有近親交配與遠親交配繁殖等二種。近親交配以兄妹交配(brother-sister mating)方式,連續超過二十代後才能稱為近親品系(inbred strain),優點為同品系與性別的動物基因組與表現型(phenotype)都是一模一樣,目前市售的品系至少都以近親繁殖超過二百代,常見的有:C57BL/6、BALB/c、C3H、FVB。而遠親交配繁殖的遠交族群(outbred stock)代表則是ICR(CD1),繁殖方式是在一個封閉的族群內,隨機且刻意避免近親交配的方式維持,超過四代後才能成為遠交品種,特色為每隻動物的基因組皆不相同,可維持基因多樣性。此外,因應實驗需求,還有各式由近親品系發展出來的品系,例如:二種近親品系互交產生的F1 hybrid, D2B6F1則是母親為DBA/2、父親為C57BL/6繁殖出的後代。另外還有同源異基因近親品系(cogenic inbred strain),形容一個突變發生在A品系,但是用B品系至少回交十代後,固定突變在B品系上。除上述品系之外,還有許多不同交配方式或基因改造產生出來的品系。在設計實驗上,須要考量實際需求再選定品系,並維持繁殖紀錄與表現型觀察,避免基因漂變(genetic drift:原本不存在的自發性突變固定在族群內,導致表現型改變),才能獲得穩定可重複的實驗數據。

現今實驗小鼠源自家鼠,其天生習性喜歡藏匿、群居且地域性強、晝伏夜出、活動靈敏,跳高與游泳都難不倒牠們,屬於雜食型動物,喜歡啃食是因為門牙一生都不停生長。由於體型較小,在野外屬於被獵食的物種,所以擅長忍耐疼痛,以免被大型獵食動物認出;因此,當實驗小鼠出現如:毛髮蓬鬆、拱背、瞇眼、活動力下降等行為,都是極度嚴重疼痛的表徵。近年來因注重動物福祉的意識抬頭,只要有因實驗造成動物出現無法治療或緩解的疼痛與緊迫時,都會施以人道安樂死,以兼顧科學性意義與尊重動物權益。

三、實驗用鼠—免疫缺陷鼠的起源與用途
1962年在英國格拉斯哥醫院發現第一隻自發突變之免疫缺陷小鼠。由於缺少毛髮,所以稱為裸鼠(nude)。裸鼠的Foxn1基因缺陷,缺乏功能性胸腺和T淋巴細胞及其相關之免疫反應。1980年Bosma博士首次在CB-17品系小鼠中發現嚴重複合免疫缺乏症狀(SCID)之小鼠,其因喪失B與T淋巴細胞的功能,造成低免疫球蛋白血症。裸鼠(nude mice)或嚴重複合免疫缺乏鼠(SCID mice)可說是免疫缺陷鼠之起源,提高了當時移植研究的可能性。隨著研究需求的增加,借助人為基因改造出更多免疫缺陷小鼠,如NOD/SCID mice、NSB mice、NOG mice、NSG mice等(如圖2),廣泛應用於腫瘤生物學、免疫學、藥理學、生物製劑的安全性評估與活性篩選實驗,以及異體移 植學(xenograft model)等研究。


圖2:免疫缺陷鼠的起源與發展(取自DOI: http://dx.doi.org/10.7314/APJCP.2013.14.12.7057

參考文獻:

  1. Laboratory Animal Medicine 3rd ED, 2015
  2. Yoshiki A and Moriwaki K, ILAR J. 2006;47(2):94-102.
  3. How to Establish Acute Myeloid Leukemia Xenograft Models Using Immunodeficient Mice, DOI: http://dx.doi.org/10.7314/APJCP.2013.14.12.7057

文/圖:實驗動物中心簡旭哲獸醫師、周知林獸醫師、吳欣穎獸醫師、曾國權、張淑美、林雅玲獸醫師、謝家銘、吳佳樺、陳仁焜代理主任

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