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實驗大鼠

實驗大鼠是一種專為動物實驗而馴化的褐家鼠（Rattus norvegicus），能用於心理學、醫學，以及生物學研究[1][2]。

一隻白化品系的實驗大鼠（Wistar大鼠），特徵是毛髮為白色、眼珠為紅色

實驗大鼠因為生長快、易於飼養、繁殖力強，以及成本相對低廉而受到研究人員的歡迎[3]。在藥物管理的方面，實驗大鼠和實驗小鼠構成了實驗動物的主體，大約90%的實驗動物都是小鼠和大鼠[4]。大部分的實驗大鼠品系都是白化品系，因分泌黑色素的功能缺失，毛髮為白色、眼珠為紅色是其特徵[5]。大鼠品系按遺傳背景可以分為近交系和遠交（英語：Outbreeding）系兩大類[6]:3。

人類使用大鼠進行動物實驗的歷史可以追溯到19世紀中葉[6]:3[7]，可以認為大鼠是第一種專門馴化用於科學實驗的動物[8]:4-6。人類第一種馴化的實驗大鼠品系是Wistar大鼠。該品係由威斯塔研究所在1907年完成馴化[9]。目前，實驗大鼠不僅能用於藥物篩選、藥物毒理評價，也能用於構建人類的疾病模型[10][8]:14[11]:42-45。

歷史

 
曾風靡一時的賭博遊戲「鼠下料（英語：Rat-baiting）」。該遊戲開始前，會將狗和一些褐家鼠放在同一個坑裏，參與者就賭狗能在多久時間內殺死所有的鼠進行下注[12]

褐家鼠（Rattus norvegicus）的馴化歷史可以追溯至18到19世紀。當時歐洲曾出現專以捕捉褐家鼠為生的捕鼠人（英語：Rat-catcher）職業。褐家鼠被抓到後，有時直接被殺死、也有被食用或出售給一種名為「鼠下料（英語：Rat-baiting）」的賭博活動的情況。在這個過程中，一些褐家鼠因毛色奇異得以留存[8]:5[13]。

人類在19世紀中葉開始利用白化大鼠進行科學實驗。1828年一項關於飢餓的實驗是人類第一次使用大鼠進行動物實驗的記錄。1877到1885年間，雨果·克朗佩（Hugo Crampe）曾使用大鼠進行毛色性狀的遺傳學實驗，首次在動物中證明了孟德爾遺傳定理的正確性[5][8]:5。根據現有的記錄，實驗大鼠是第一種人類專門馴化用於進行科學實驗的動物。巴黎植物園早在1856年就豢養一種黑色連帽大鼠群體，這一群體的後代在2000時仍然存續，而且巴黎植物園仍在繼續飼養這一群體。今天的近交系大鼠品系PAR/Lou即源自這一來自巴黎植物園的黑色連帽大鼠群體[8]:5。而第一種標準化的馴化實驗大鼠是Wistar大鼠，由威斯塔研究所在1906年完成馴化。現有的大鼠品系中，超過一半的品系都源自Wistar大鼠品系[14][15]。第一種培育出的近交系實驗大鼠是PA品系大鼠[8]:5。

解剖學與生理學特性

實驗大鼠有着相對較短的毛髮，尾巴長而且無毛髮覆蓋。實驗大鼠的耳朵圓而直立、眼珠凸出、吻部尖、鬍鬚長。實驗大鼠的每個肢都有五個腳趾[7]。大部分實驗大鼠品系都是分泌黑色素功能缺失的白化品系，特徵是毛髮為白色、眼珠為紅色[5]。

實驗大鼠的壽命普遍在2.5-3.5年之間，出生時重約5-6克。成年的雄性實驗大鼠重約450-520克，比重量一般在250-300克範圍內的成年雌性大鼠稍重。實驗大鼠的正常體溫範圍是35.9-37.5°C、平均每分鐘會呼吸約85次，心跳次數為每分鐘330-480次。實驗大鼠每天大約需要食用5-6克食物，飲用10-12毫升的水[6]:7[7]。與其它齧齒類動物相似，實驗大鼠無汗腺、不能喘氣，體溫調節功能不發達。新生的實驗大鼠在出生後第一週完全不具備體溫調節功能。當周圍環境溫度變高時，實驗大鼠並不會增加飲水，而是通過流涎、穴居或躲進陰涼處應對高溫。實驗大鼠應對低溫的能力比應對高溫強，褐色脂肪組織在實驗大鼠對抗寒冷的過程中發揮關鍵作用[6]:7。

 
一隻接受解剖的實驗大鼠，可清晰見到各器官

肌肉系統和骨骼系統方面，實驗大鼠的骨骼可分為頭骨、椎骨、胸骨、肋骨以及前後肢骨[11]:42-45。消化系統方面，實驗大鼠的牙齒由一對終身不斷生長，需不斷進行磨牙的門齒和3對臼齒組成[7]。實驗大鼠的消化道從口到肛可分為食道、胃、小腸、大腸。實驗大鼠的胃分為前胃和胃體兩部分，前胃的作用與食道類似，而胃體能分泌消化食物的胃酸，中間由一個界限嵴隔開。因為胃部具有界限嵴，大鼠不會發生嘔吐現象。實驗大鼠的肝解剖學上可分為4個葉[6]:8-10[11]:42-45[7]。呼吸系統方面，實驗大鼠氣管及支氣管腺不發達、肺結構較為特別，左肺由單個肺葉組成，右肺分為4個肺葉。大鼠出生時呼吸系統並不完全成熟，出生後4-7天呼吸系統才會初步成熟，出生後10天細支氣管方才出現[6]:8-10[11]:42-45。循環系統方面，實驗大鼠心臟重量大約是體重的1/25，每千克體重對應50-70毫升的血液。實驗大鼠的心臟血液供給源同時來自冠狀動脈和冠狀外動脈，這一點與魚類相似[6]:15-17[7]。神經系統和內分泌系統方面，實驗大鼠大腦半球發達，背面蓋住了間腦和中腦。實驗大鼠的垂體與漏斗之間的結合相對脆弱，較容易摘除。實驗大鼠垂體—腎上腺功能發達，反映在實驗大鼠靈敏的應激反應上。實驗大鼠的腦部發出13對腦神經，外周神經系統由34對脊神經組成。實驗大鼠視覺較差，尤其是白化品系的大鼠。實驗大鼠的聽覺範圍比人寬，能聽到次聲波和超聲波。實驗大鼠嗅覺靈敏、觸覺高度依賴鬍鬚[6]:18-22[11]:42-45。免疫系統方面，大鼠的胸腺雖質量不隨年齡增長下降，但會逐步替換為結締組織和脂肪組織。在造血功能方面，大鼠的脾臟成年後也能維持造血功能，長骨終身具有造血功能[6]:15。

生殖系統和泌尿系統方面，實驗大鼠的右腎比左腎稍靠前。雄性實驗大鼠肛門與生殖器的距離比雌性實驗大鼠寬，利用這一點能分辨實驗大鼠的性別。雌性實驗大鼠在胸部和腹部分別有3對乳頭，雄性實驗大鼠的睾丸會在32-35天下沉[6]:11-13[11]:42-45。

習性及飼養

 
實驗大鼠通常被飼養在如圖所示的籠子中，籠中需要有墊料，並為實驗大鼠提供飼料和乾淨的飲用水

實驗大鼠依據體內寄生的微生物種類可分為普通級（conventional，可縮寫為CV）、無特定病原體級（specific pathogen free，可縮寫為「SPF」），以及無菌級（germ free，可縮寫為GF）[註 1][16]。普通級的實驗大鼠無任何防護措施。無特定病原體級的實驗大鼠需要飼養在達到一定條件的動物房中，飼養環境能阻止特定病原體在這類實驗大鼠中寄生。無特定病原體級的實驗大鼠是受國際認可的標準動物模型。無菌級的實驗大鼠需要生活在無菌環境中，體內不含有任何微生物[11]:22-23[16][17]。

實驗大鼠的熱中性區（英語：Thermal neutral zone）在4-29℃之間，最適合其生長的溫度範圍是20-26℃。過高的環境濕度會導致實驗大鼠被病原體感染的機率增加，過低的環境濕度會導致大鼠患上環尾症等疾病。一般來說，飼養大鼠的動物房室溫應控制在20-24℃，空氣濕度不應該低於50%（也有文獻認為[6]:40動物房溫度應控制在20-26℃之間、空氣濕度應介於30-70%之間）。為了維持實驗大鼠的正常生物節律，動物房的光照-黑暗應以12小時-14小時或12-10小時為循環。動物房內也不應該有過強的噪音，否則會對實驗大鼠造成不利影響，一般來說，飼養實驗大鼠的動物房噪音不應超過85分貝[8]:46-47。

飼養實驗大鼠的籠舍中，尤其需要注意控制的兩種氣體是二氧化碳和氨氣。它們都是實驗大鼠的代謝產物。飼養實驗小鼠的籠舍應使用耐實驗大鼠代謝產物侵蝕、對實驗大鼠無毒的材料製成。如果要對籠舍進行濕熱滅菌，還需要保證材料能耐受濕熱滅菌時相對高的溫度。籠舍的頂蓋由金屬棍組成網狀或柵欄狀，部分頂蓋能為飼料和飲水瓶提供支點。籠舍可以根據需要裝配防護裝置，防止微生物在不同的籠舍之間擴散。籠舍內應至少提供充足的食物和水、合適的濕度和溫度、墊料（一般由紙屑、鋸末、玉米芯等材料充當）、以及活動和休息的場所。根據需要和具體條件，可為籠舍提供額外的設備。因實驗大鼠具有社會性，不應該將實驗小鼠單獨飼養。為保證實驗大鼠生活的品質，體重在120-500克之間、單獨飼養實驗大鼠應有350平方厘米的生活空間，而飼養在同一個籠舍中的成年實驗大鼠群體應保證總生活空間面積不低於（350+群體內實驗大鼠總體重）平方厘米。飼養在同一個籠舍中的幼年實驗大鼠群體應保證總生活空間面積不低於（350+0.6倍群體內實驗大鼠總體重）平方厘米[6]:32-39[8]:47-52。

實驗大鼠在小型實驗動物中具有相對較高的智能[8]:31-32。實驗大鼠的咬力較大，如不慎被咬，可能會造成嚴重的創傷。因此，操作實驗大鼠時應儘量小心操作，避免被實驗大鼠咬到。因實驗大鼠具有較強社會性，一般來說不應單獨飼養實驗大鼠。實驗大鼠群體內部具有等級性，在共同飼養之初，可能會發生一些打鬥，但在某隻大鼠確立支配地位後，打鬥便會停止，地位較低的大鼠會服從自己較低的地位。雄性實驗大鼠之間的攻擊行為較輕，因此可以在同一籠舍中飼養多隻實驗大鼠[6]:6[7]。

雌性實驗大鼠大約在出生後8-9周開始初次發情，雄性實驗大鼠的性成熟相對較晚，在出生後10-12周。如果需要實驗大鼠進行交配，最好將一雌一雄或二雌一雄的性成熟大鼠進行合籠[18]。交配成功後，雌性大鼠會出現陰道栓，據此可以判斷交配是否成功。實驗大鼠的孕期一般是21-23天。雌性實驗大鼠一般一次能產仔10-12隻，生產一般發生在夜間。生產後，雌性實驗大鼠會吃掉胎盤。雌性大鼠產下的幼崽會由共同生活的大鼠群體共同撫養長大[7]。

動物福利

參見：動物試驗 § 動物福利

2004年提出實驗動物應該享有的五項自由（英語：Five freedoms），即免於饑渴的自由、免於不適的自由、免於痛苦、傷害和不適的自由、表達主要天性的自由，以及免於恐懼和焦慮的自由已受到各國的廣泛認可。動物實驗還應遵守「3R原則」，即替代原則、減少原則、改良原則[8]:77-95[19]。

 
一隻裸鼠

實驗動物的福利保護模式分為美國模式和歐洲模式兩大類。美國模式要求各機構的自我監管，而歐洲模式則是通過立法的方法規定對實驗動物的最低福利要求。美國和加拿大採用美國模式，全球其他大部分國家，包括歐洲、澳大利亞、新西蘭在內，則是採用歐洲模式。全球大部分國家都已制定有關實驗動物福利的規範性文件。在美國，實驗大鼠不屬於1996年通過的《動物福利法案（英語：Animal_Welfare_Act_of_1966）》保護的對象，不過各機構仍需要設立獨立的倫理委員會進行管理。在同樣採取美國模式的實驗動物福利保障的加拿大，實驗大鼠受到動物保護法規的保護。歐洲地區的動物實驗指導性文件是歐洲委員會1986年公佈的以ETS 123為基礎的86/609/EEC號指令，對大鼠進行的實驗也受該指令約束。該法令的附錄A曾在2004年進行過修改。該法令規定了實驗大鼠的籠舍最小面積、高度等標準[8]:77-95[20]。

雖然目前大部分國家都已制定等實驗大鼠飼養的最低標準（如籠舍最小尺寸），但為數不少的研究機構或商業公司只是依據政策要求的最低標準設置實驗大鼠的飼養條件[8]:77-95。

免疫缺損大鼠

免疫缺損大鼠分為無胸腺裸鼠和SCID大鼠兩大類，必須生活在無菌環境下。裸鼠是指胸腺先天發育不良的大鼠，體內幾乎沒有T細胞，因此只有很低的免疫力，而SCID大鼠患有嚴重複合型免疫缺乏症，體內既沒有B細胞，也沒有T細胞，免疫力完全喪失。免疫缺損大鼠籠舍、飲水和食物都必須滅菌[21][22]。

品系

 
一隻近交系SD大鼠

實驗大鼠的品系按遺傳背景可以分為近交系和遠交（英語：Outbreeding）（又稱為封閉群）系兩大類。近交系大鼠品系是指通過親兄弟姐妹之間連續交配20代以上獲得的大鼠品系。遠交系大鼠品系是指經過固定場所封閉繁衍4代以上，既不進行近親交配，也不引入外來血緣大鼠產生的大鼠品系。近交系的優勢在於同一品系內的不同大鼠遺傳背景均一，能減少由個體差異對實驗結果造成的干擾。遠交系的大鼠繁殖能力強、有雜種優勢。牠們抵抗疾病能力相對較強、壽命相對較長，因此維護成本較低。遠交系大鼠能用於對純合性要求不高的一般性研究中，亦適合用於藥學和營養學實驗[6]:3[8]:14[11]:17-21[23]。

遠交系大鼠的名稱由兩部分組成，第一部分表示培育該品系的機構名稱、第二部分表示該大鼠品系的名稱，兩部分名稱的第一個字母都需要大寫，兩部分之間用冒號隔開。如遠交大鼠品系「Crl:SD」代表該品系是由查爾斯河實驗室（Charles River） 培育出來的斯普拉格-道利（英語：Sprague Dawley）品系大鼠[6]:3-5[23]。一部分已有慣用名稱的品系可不遵循命名規則，如Wistar大鼠[24] 。近交系大鼠品系的命名相對複雜，需要是全大寫拉丁字母或大寫拉丁字母與數字的組合，一般是基於該品系的特徵性基因型命名的，如LEW、BN[6]:3-5[23]。

應用

 
一隻正在進行莫里斯水迷宮測試（英語：Morris water navigation task）的實驗大鼠

實驗大鼠是最常用的實驗動物之一[25]。根據估算，實驗大鼠與實驗小鼠占研究人員每年使用的實驗動物數量的80%；用於各類研究的哺乳動物有大約20%是實驗大鼠[4][26]。

實驗大鼠主要用於毒理學、畸形學、實驗腫瘤學、心血管學、免疫學、口腔醫學，以及寄生蟲學等領域的研究[26]。因為實驗大鼠能用於測試某一物質在高劑量下對生物的毒理學作用，傳統的毒理學試驗對實驗大鼠有很高依賴性。對心血管疾病、代謝疾病、神經系統病變、自身免疫性疾病、惡性腫瘤等疾病的研究常使用實驗大鼠作為研究模型。神經行為學以及器官移植方面的研究也可以利用大鼠作為實驗對象。新的大鼠遺傳學工具與基因組工具的出現，進一步拓展了大鼠用於人類疾病研究的可能性[8]:3。

實驗大鼠也是寵物蛇品種（如球蟒、玉米蛇）人工飼養下的主要飼料。

軼事

二戰時期英國實行配給制期間，一些研究人員曾將實驗大鼠當作食物充飢[27][28][29][30][31][32]。

參見

註釋

  1. ^ 中國大陸地區會將實驗動物的普通級進一步進行劃分為基礎級和清潔級，其中清潔級動物是根據中國大陸的具體條件而設立的。以上信息來自：秦川; et al. 实验动物学. 北京: 人民衛生出版社. 2010: 22–23. ISBN 978-7-117-13145-2. 

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外部連結

 
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