1．目的基因的設(shè)計(jì)
在進(jìn)行轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究時(shí)，首先要針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)待轉(zhuǎn)移的目的基因，如隨機(jī)整合型基因或基因敲除（gene knockout)型載體基因。隨機(jī)整合型基因可來(lái)自于同一基因，也可來(lái)自于不同基因（拼接基因)。從結(jié)構(gòu)上看，隨機(jī)整合型基因可分為結(jié)構(gòu)基因與調(diào)控序列兩部分。若來(lái)自于同一個(gè)基因，那么該基因必須完整，包括5"上游啟動(dòng)子區(qū)和3"下游的加尾信號(hào)（polyA signal)區(qū)等，可從基因組文庫(kù)中分離完整的基因。拼接基因應(yīng)用更為廣泛，可通過(guò)選擇不同的啟動(dòng)子來(lái)控制外源基因表達(dá)的組織特異性。進(jìn)行基因剔除轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究時(shí)，首先要設(shè)計(jì)與待剔除基因的同源性的載體基因，包括正負(fù)選擇標(biāo)志基因，通過(guò)同源重組（同源取代或同源插入)而使目的基因失活，從而建立缺基因動(dòng)物。在進(jìn)行基因設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的遺傳背景和設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測(cè)方法，必要時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)道基因（reporter gene)。
2．載體的選擇
運(yùn)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究基因表達(dá)，特別是在研究遺傳性疾病和進(jìn)行基因治療時(shí)，選擇合適的基因載體是十分必要的。載體主要用于未克隆基因的擴(kuò)增和選擇，有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，載體有DNA序列可以干擾外源基因的表達(dá)，其原因可能與DNA的甲基化有關(guān)。最早用于哺乳類細(xì)胞表達(dá)載體的病毒是轉(zhuǎn)化型DNA病毒，如SV40和腺病毒。這些載體的主要缺點(diǎn)是接受外源DNA容量太小，只能攜帶約7～8kb的外源序列，因此這類載體不可能表達(dá)其他許多與疾病有關(guān)的功能基因。與其他載體相比，從鳥(niǎo)類和鼠類中獲得的逆轉(zhuǎn)錄病毒是目前應(yīng)用廣泛的一類最有前途的載體。這類病毒為失去致病能力但仍有感染能力的缺陷病毒，如通常使用的禽白血病病毒和羅氏肉瘤病毒。這類病毒載體能有效地把外源基因?qū)氩溉閯?dòng)物靶細(xì)胞，其整合方式在結(jié)構(gòu)和功能上較穩(wěn)定，功能基因插入和表達(dá)很容易。為避免逆轉(zhuǎn)錄病毒啟動(dòng)子干擾和攜入誘變的可能性，許多研究者還構(gòu)建出一類已被剪除了自身啟動(dòng)子和增強(qiáng)子序列的逆轉(zhuǎn)錄病毒。這類失活載體只表達(dá)由基因攜帶的啟動(dòng)子起始的載體編碼序列，但這種載體因其滴度低而使應(yīng)用受到限制。近來(lái)有報(bào)道指出，利用帶有部分缺失失活的新霉素抗性基因（neor)的缺陷型整合逆轉(zhuǎn)錄病毒載體感染大鼠細(xì)胞，使整合到細(xì)胞中的neor缺陷基因功能得到恢復(fù)。非整合型病毒載體，如HSV載體已引起人們極大關(guān)注，這類病毒基因組較大（150kb)，它們具有比其他已知載體接受更大外源序列的能力，故能夠轉(zhuǎn)移和表達(dá)較大的基因。
3．背景及種系的選擇
由于不同種系的動(dòng)物對(duì)52667788.cn/zhuyuan/不同疾病的易感性不同，在進(jìn)行轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究時(shí)要考慮遺傳背景及種系的問(wèn)題。許多實(shí)驗(yàn)室在隨機(jī)雜交背景下建立了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，同近親交配的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物相比，這一背景下產(chǎn)生的胚胎不但數(shù)量多，而且健康。盡管如此，隨機(jī)交配下的堿基分離可能影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的表型，降低了一個(gè)已知轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的作用。在混合遺傳背景下，堿基分離也直接影響基因動(dòng)物的表達(dá)。已發(fā)現(xiàn)一種能夠直接抑制了轉(zhuǎn)基因的表達(dá)的種系特異性修飾因子（SSM-1)。在C57BL/6J鼠系中，SSM-1堿基分離直接抑制了轉(zhuǎn)基因的表達(dá)。相反，在DBA/2JSSM-1鼠中可交配的DBA/2J小鼠，可以消除SSM-1堿基分離產(chǎn)生變異的轉(zhuǎn)基因表達(dá)。
迄今為止，已相繼報(bào)道了小鼠、大鼠、兔、豬、牛和羊等轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物。目前，研究者均傾向于使用小鼠作轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物。最初的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物就是在小鼠體內(nèi)完成的，已確定了小鼠的連鎖圖。盡管由于小鼠與人脂蛋白系統(tǒng)有很大差異，如小鼠缺乏膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白（CETP)、載脂蛋白（a)[Apo（a)]和脂蛋白（a)[Lp（a)]，其多數(shù)膽固醇通過(guò)HDL而不像人那樣通過(guò)LDL進(jìn)行運(yùn)輸，但由于小鼠易于飼養(yǎng)管理，生長(zhǎng)周期短，容易獲得已經(jīng)定性的近交交配鼠和遺傳突變體，并且易于進(jìn)行快速連鎖分析，其作為研究動(dòng)物也較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，故常被用作建立轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。但小鼠對(duì)AS具有抗性，為使小鼠產(chǎn)生AS，必需喂養(yǎng)非生理性食物，包括1.25%的膽固醇（為人類飲食的10～20倍)，15%的脂肪和0.5%的膽酸（非正常食物組分)。嚴(yán)格地講，這種飼料是具有毒性的，但可使小鼠的非高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C)增至200～300mg/ml，4～5個(gè)月即可形成AS。
4．轉(zhuǎn)基因方法
進(jìn)行轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究的基因轉(zhuǎn)移方法有多種，如早期的畸胎癌細(xì)胞（teratocarcinoma cell,TCC)植入法、逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法、顯微鏡注射法以及近幾年新出現(xiàn)的方法如電轉(zhuǎn)移法，精子載體法，胚胎干細(xì)胞（embryonal sterm cell,ES細(xì)胞)法、基因直接導(dǎo)入法等。其中較常用的三種方法有顯微注射法、逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法和胚胎干細(xì)胞法（見(jiàn)圖23-1)。
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圖23-1 三種常用的轉(zhuǎn)基因方法
顯微注射法是直接將重組DNA分子以微注射的方式導(dǎo)入單細(xì)胞卵的原核中，再將它植入假孕母鼠。大約20%的微注射胚胎能夠?qū)⑼庠椿蛘系饺旧w基因上組上；大多數(shù)的轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物能夠?qū)⒄系幕騻鹘o后代，建立起轉(zhuǎn)基因鼠系。逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法是用高滴度的、攜帶外源基因的重組逆轉(zhuǎn)錄病毒感染發(fā)育早期的胚胎，再將感染病毒后的胚胎植入假孕母鼠，以產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物。逆轉(zhuǎn)錄病毒的整合并不影響宿主DNA序列的重排，感染的復(fù)數(shù)容易調(diào)整，每個(gè)卵大約有10次整合的機(jī)會(huì)。病毒染色體還能提供一個(gè)TAG分子，加速覆蓋部位的迅速克隆。這些特征使逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)基因法用于研究隨機(jī)突變。從ES細(xì)胞到轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是從哺乳動(dòng)物胚胎中分離出ES細(xì)胞，通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)或傳染的方法，將外源基因轉(zhuǎn)入ES細(xì)胞，再以微注射的方式將其植入鼠的胚胎。這種方法能夠?qū)⑼庠椿蚨ㄎ粚?dǎo)入靶細(xì)胞染色體上某一特定部位，或使某一基因發(fā)生定點(diǎn)突變。
上述三種方法各具有優(yōu)缺點(diǎn)。顯微注射法相對(duì)整合率較高（1%～10%)，操作簡(jiǎn)便，易于獲得成功。但外源基因通常以多拷貝串聯(lián)的形式隨機(jī)整合于受52667788.cn/zhicheng/體基因組中，這種異常排列可能妨礙其表達(dá)的正常調(diào)節(jié)。逆轉(zhuǎn)錄病毒感染法的外源基因通常是單位點(diǎn)、單一拷貝整合，整合通常發(fā)生在逆轉(zhuǎn)錄病毒的長(zhǎng)末端重復(fù)區(qū)（LTR)，從而保證了外源基因結(jié)構(gòu)的完整性。但整合效率較低，而且操作比較繁瑣，能被導(dǎo)入的基因大小有一定限制（通常為10kb左右)。ES細(xì)胞法多只能建立嵌合體動(dòng)物，如果注射有外源基因的ES細(xì)胞在胚胎內(nèi)的發(fā)育過(guò)程中嵌合到生殖腺，則所建立的嵌合體動(dòng)物不能把外源性基因傳給后代。但通過(guò)ES細(xì)胞法可以進(jìn)行基因打靶（gene targeting)或基因剔除產(chǎn)生缺基因動(dòng)物，這是目前建立某些疾病動(dòng)物模型的一種新的有效途徑。
5．轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的建立
新出生的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物通過(guò)點(diǎn)雜交、聚合酶鏈反應(yīng)（PCR)和免疫印跡雜交（Southern Northern blotting)等方法，先篩選出有外源基因整合的陽(yáng)性動(dòng)物，傳代后分別在mRNA和蛋白水平上檢測(cè)外源基因在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中的表達(dá)情況，對(duì)外源基因表達(dá)產(chǎn)物的生物活性和生化性質(zhì)進(jìn)行鑒定，以及檢查轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生理功能和是否出現(xiàn)某些疾病病癥狀的表型等。進(jìn)一步培育和篩選出轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的純合子，或/和某些相關(guān)種系的動(dòng)物雜交，從而建立某種疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。
利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育人類疾病動(dòng)物模型比用其他方法更加優(yōu)越，它可在動(dòng)物原來(lái)遺傳背景的基因上，通過(guò)改變某種基因的表達(dá)水平而實(shí)現(xiàn)。這種模型模擬動(dòng)物癥狀單一，接近于病人癥狀，產(chǎn)生這些疾病癥狀的原因是外源基因的轉(zhuǎn)入。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型可按照人們的愿望進(jìn)行設(shè)計(jì)和培育，其建立過(guò)程的本身就可進(jìn)行疾病機(jī)理的研究。由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的發(fā)育過(guò)程中又引入了時(shí)間和空間的因素，這樣就建立了一個(gè)立體的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體系，不但能從動(dòng)物整體水平的組織器官水平上進(jìn)行研究，而且還可以深入到細(xì)胞水平和分子水平，為發(fā)病機(jī)理、藥物篩選和臨床醫(yī)學(xué)研究提供了比較理想的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體系。自從1980年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的不懈努力，已相繼建立了高脂血癥（HLP)、AS、高血壓、低血壓等心血管疾病的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。其中應(yīng)用最廣的是各種轉(zhuǎn)基因小鼠（TGM)模型。
