猪全身都是宝——Sci Transl Med重磅综述：猪作为生物医学模型的重要性

　　撰文 | Wayne

　　责编 | 翊竑

　　猪作为研究人类发育过程、先天性疾病和病原体反应机制的生物医学模型，除了作为异种器官供体和疫苗及药物设计的工具外，还有很大的潜力。猪与人类在解剖学尺寸和结构、生理学、免疫学以及基因组等方面的相似性增强了它们作为人类模型的潜力。因此，当务之急是在更接近人类的动物模型（比如：猪）中进行相关和可重复的研究。

　　近日，美国农业部Joan K. Lunney等研究人员在Science Translational Medicine杂志合作发表了题为Importance of the pig as a human biomedical model的综述论文，该文章系统性总结了猪作为人类研究模型的现状，并强调了其未来的应用前景。

　　

　　1. 猪和人类的相似性动物模型是研究人类发育和疾病，以及确定有效治疗方法及疫苗的重要工具。猪在解剖学尺寸和结构、免疫学、基因组和生理学方面与人类相似，因此在转化和临床研究应用方面比啮齿类动物模型更受欢迎【1-7】。与灵长类动物和其他家畜模型相比，猪的多种属性具有优势，包括生育时间短、产仔多和基因组易于编辑。猪和人类在解剖学和生理学上的相似之处（表1）支持将猪作为人类生物医学模型。例如，猪的大小和生理结构与人相似，可以在药物开发研究和毒理学测试中确定安全剂量范围【8-10】。利用手术或药物改变以及基因组编辑方法，产生定制动物的能力，使猪成为重要的大型动物模型【11，12】。近年来，猪已成为人类异种移植的首选动物，因为它们具有相似的器官生理和尺寸、相对较低的繁殖成本，以及与人类基因改造的兼容性【13-15】。表1. 猪与人类的解剖及生理学特征对比如下文详述，猪呼吸道等系统与人类有许多相近的解剖学特征，如Waldeyer环和鼻腔相关淋巴组织，因此与研究呼吸道疾病和疫苗开发有关。基于与人类的相似性，胎猪已被广泛用于研究胚胎发育和作为临床实践工具。猪的全身和黏膜免疫反应与人类相当；免疫学检测可用于评估先天和后天免疫力，应用范围包括疾病和疫苗研究【2，4，16】。猪基因组的注释提供了宝贵的资源【17】，最新的11.1基因组构建已经完成【18】。Dawson等人【19】报告了对超过1000个参与免疫的基因进行了精细的猪基因结构注释，这有助于更好地描述猪免疫组的特征。最近的工作提供了进一步的比较免疫组（comparative immunome）更新【20，21】。然而，猪和人类之间存在着重要的差异，包括某些肌肉的位置、肝脏解剖结构（人类有四个肝叶，而猪有六个）和胎盘屏障类型（人类是单层胎盘，而猪是上皮绒毛膜胎盘）。后者可能是一个优势，因为限菌生物猪可以在没有任何母体蛋白质的情况下饲养，为人类治疗提供重要的模型。随着科学认识的提高和技术的进一步发展，猪模型——特别是转化和基因编辑（GE）猪模型，将成为转化医学研究的重要工具。2. 利用基因组编辑产生猪模型事实证明，动物的基因组编辑是推进生物医学研究的一个非常有用的工具。该综述中的基因组编辑是指通过所有类型的基因工程产生的动物：转基因、基因定向和直接修饰（如CRISPR-Cas）。第一批GE猪是在1985年使用原核DNA微注射在子代中产生的【22】。其他基因编辑的物种（如小鼠），经常被用来确定重要的基因功能，这肯定了基因组编辑的可行性，然后才在猪身上使用基因修饰，为人类疾病提供临床前证据，并测试治疗方案。因此，猪是对其他模型系统的补充。GE猪已被用于研究人类癌症、心血管疾病、囊性纤维化（CF）和神经退行性疾病，并使异种移植成为可能（表2）【13，23】。最近，美国国立卫生研究院（NIH）支持扩大基因组编辑在猪身上的应用，建立了猪大动物试验中心，作为体细胞基因组编辑联盟的一部分。Dmochewitz和Wolf【24】广泛概述了猪的基因工程在生物医学方面的主要进展。表2. 近期基因编辑猪模型总结体细胞核移植（SCNT）的应用为猪的基因组编辑工作提供了重大的技术进步【25-27】，并实现了定向遗传修饰【28，29】。基因组编辑的供体细胞生产方法是基于同源重组、腺病毒相关的靶向载体和改良的细菌人工染色体载体。自2011年以来，基于可编程核酸酶的方法已经产生，通过造成DNA的双链断裂，通过非同源末端连接或同源定向修复来实现定点修饰。主要的可编程核酸酶包括锌指核酸酶（ZFN）、转录激活剂样效应物核酸酶（TALEN）和使用CRISPR-Cas系统可编程核酸酶的RNA引导内切酶【30，31】；随着胚胎直接基因组修饰的确证，相关工作得到加强【23】。大多数已建立的GE生物医学模型不是使用可编程核酸酶产生的，而是通过传统的同源重组或添加转基因产生的。随着精确的CRISPR-Cas修饰的出现，这种情况正在迅速改变。许多基因组编辑方法是在体细胞中进行的，然后使用SCNT，而不是在受精卵细胞中进行的。现阶段CRISPR-Cas所带来的进展使得研究者能够在猪体内同时进行多基因敲除，如用于异种移植（下文讨论）。这些进展得到了高质量的猪参考基因组【18】的助力，并使得精确的编辑和大量的时间节省成为现实。使用CRISPR-Cas技术进行基因组编辑的一个缺点是，如果没有或不能理想地设计引导RNA，可能会出现脱靶修饰。使用该技术进行同步多靶点编辑的方法仍在优化中；筛选和维护GE猪可能是耗时和昂贵的【32】。基因组编辑需要许多卵巢，对于猪来说，这些卵巢很容易从屠宰场获得。尽管猪卵子的体外成熟方法已经发展得很好，但单精子体外受精的方法已成为一个限速步骤【33，34】。基因组编辑技术和靶标的进展对改善目前及未来的猪生物医学模型具有巨大的潜力，如使用人源化的猪模型进行临床前测试。由于猪也是一种重要的食用动物，因此存在着在双目的双效益研究中使用基因组编辑的机会。例如，美国食品和药物管理局最近批准了GalSafe GE猪可用于食品消费【29，35】，这能够为那些对半乳糖过敏的人[半乳糖-α1,3-半乳糖（α-Gal）综合征）]提供肉源，而且还可以作为异种移植的潜在治疗剂来源（如下所述）。基因组编辑是以更微妙的方式解析各种疾病的有力工具，例如以启动子/增强子为目标来修改基因表达，以改变疾病的发展或免疫系统的激活。其他GE猪的生物医学模型将在该综述的其余部分讨论，并在表2中总结。3. 眼科学猪的眼睛与人类有许多相似之处，这体现在猪的全血管性视网膜脉管系统、视网膜外侧的视锥细胞光感受器、无脉络膜、相当的巩膜厚度和角膜胶原纤维的排列【36，37】。猪的结膜有均匀分布的杯状细胞（goblet cell），比啮齿动物的成簇杯状细胞要好【38】。在选择最适合眼睛研究的动物模型时，与非人灵长类动物相比，猪更受青睐【39】。猪眼在比较研究中的价值已经在色素性视网膜炎、青光眼、视网膜脱离和经眼球给药的研究中得到了验证【40】。放射状视神经切开术治疗中央视网膜静脉闭塞症，发现猪眼的神经胶质元件有组织学上的相似性【41】。猪眼表面一直是研究外部环境对现有防御机制潜在影响的模型【38】。最近的治疗性蛋白酶疗法在猪眼中进行了测试，作为对抗玻璃体黄斑牵拉的模型【42】。事实证明，猪角膜缺损模型在评估肝细胞生长因子加载到光敏水凝胶中的伤口愈合效果方面是有效的，上皮层得以再生且眼表疾病得到缓解【43】。猪眼提供了一个有用的模型来详细阐明对细菌和真菌感染的反应，增加了我们对替代性非抗生素治疗的了解，使角膜划痕等创伤愈合的机制可视化并提高损伤愈合速度。对于脉络膜新生血管的研究，猪的眼组织被用来分析视网膜和脉络膜的组织学变化，从而改善荧光素血管造影的结果解读【44】。猪眼的角膜、晶状体、玻璃体、巩膜、虹膜、脉络膜和眼睑在波长400到1400纳米之间的光学参数已经被报道。用特殊软件创建的眼睛模型被用来了解光在眼睛内的相互作用，为未来的激光手术研究提供了评估折射率、透射率、反射率、吸收系数和散射系数的益处【45】。在白内障修复中，猪眼模型被用来评估眼内晶状体植入期间的手术疗效【46】。基于形态上的相似性，研究猪的干眼症发展将有助于揭示导致人类干眼症发病的环境和机制压力。猪眼已经成为隐形眼镜研究的生物医学模型【47】。为眼睛提供机械保护的猪眼眶与人类相比很小；然而，它可以用来测试有助于物理创伤后骨骼重建的材料【40】。猪的GE眼科模型也存在（表2）。通过人源GUCY2D显性的转基因，研究者产生了一个视锥视杆细胞营养不良 的GE模型，该模型表现出功能受损的视力和异常的视网膜形态【48】。突变的人源ELOVL4转基因在猪身上建立了Stargardt样黄斑营养不良的模型，表现出光感受器的丧失等症状【49】。4. 颅面研究由于解剖学上的相似性，猪是研究人类颅面的合适模型，它包括唾液腺、眼眶、鼻腔、上颌骨、下颌骨和颞下颌关节（TMJ）等结构。正如?tembírek等人【50】所评论的那样，猪的鼻腔可用于研究上颌窦增生中骨形成的体内组织学，用于测试非侵入性药物治疗和治疗真菌性窦炎。针对人类最常见的腭部畸形（腭裂）的研究可以用猪来进行，因为它们有类似的上颌骨再生率【51】，从而有助于制定腭裂矫正流程和评估手术后愈合机制。一种基于激光的无缝线伤口闭合系统的可行性在猪腭部进行了体外测试，作为其在组织修复和口腔手术中临床应用的第一步【52】。猪的口腔模型也面临着一些难题，譬如其狭长的形状和与人类相比减少的下颌运动范围，使得某些牙科手术比其他模型更困难。研究猪的下颌骨皮质的血液供应对于研究下颌骨损伤后重建的分子机制至关重要【50】。人类颞下颌关节疾病往往难以在体内研究。猪被建议作为颞下颌关节的最佳非灵长类生物医学模型，因为它的结构相似（包括其内部结构和附件），使得猪适合测试关节镜手术来纠正颞下颌关节紊乱和交替增强【50】。猪和人都是再出齿动物（diphyodont），有两套连续的牙齿，先是临时的，然后是永久的，有不同类型的牙齿，包括门牙、犬牙和臼齿，有相同类型的矿化。此外，猪的牙槽骨，即颚部容纳牙齿的部分，显示出与人类牙槽骨相似的骨矿物质特征【53】。牙周炎是一种严重的牙龈感染，可以破坏颌骨，是最普遍的牙龈疾病；患有这种疾病的猪组织中的炎症过程与人类中的炎症过程相当【50】。这些相似之处使猪成为牙齿组织疾病和牙齿再生研究的颇有前途的大型动物模型。在猪的下颌骨中测试的牙齿植入物的稳定性和愈合的成功率约为~60%。从嵌入牙龈的未成熟牙齿的软组织中分离出来的干细胞，已被成功地用于形成迷你猪的人工牙冠的牙根/牙周复合体【54】。一个猪牙周炎模型显示，将异体牙周韧带干细胞片放在受影响的猪的牙龈上，12周后，牙龈状态改善，牙槽骨生长增加【53】。进一步的猪模型研究可以推进对牙齿异常矫正机制的调查，包括人类未发育的牙齿和多余牙齿的形成。针对颌骨坏死、牙龈疾病、牙槽骨损失和重建以及异种牙体牙髓移植的机制和预防的更多研究正在进行中。5. 肌肉骨骼研究猪的股骨横截面直径、面积、片状骨结构、骨再生过程、骨矿物质密度和浓度与人类相似【55】。猪已经被用来研究骨骼生长对关节生物力学和工程化的关节置换的影响，以及对组织、膝关节、骨、软骨和韧带的影响【56】。对骨组织、软骨厚度、渗透性和纤维软膝的相对尺寸的评价，肯定了猪与其他大型动物模型相比的优势【56】。软骨修复和组织工程的疗效取决于猪软骨细胞，此外，还开发了关节缺陷的新治疗方案【57】。使用CRISPR-Cas9和SCNT建立的具有COL2A1突变的猪，表现出严重的骨骼发育不良，为研究骨骼疾病的发病机制和治疗方法提供了一个模型【58】。猪的骨骼肌蛋白质组学与人类的相似【59】。因此，猪是研究骨解剖学、形态学、骨坏死、愈合和重塑研究的首选生物医学模型。基因组编辑工具已使研究人员能够在包括小鼠、猫和狗在内的几个动物模型中诱发肌营养蛋白突变；重要的是，在不同的物种中，临床症状的严重程度随着身体大小的增加而上升【60】。因此，在杜兴肌营养不良（DMD）的临床前研究中，猪能更好地再现人类疾病【23】。据报道，用序列特异性核酸酶进行的体细胞基因组编辑可以改善猪模型和患者衍生的诱导多能干细胞（iPSC）模型中的骨骼和心肌衰竭【61】。DMD的迷你猪模型验证了DMD基因可以在种系中从无功能型恢复到野生型，并取得了巨大成功【62】。一个体细胞GE猪模型，缺乏DMD的52号外显子（DMDΔ52），诱导表达了缩短的肌营养蛋白（DMDΔ51-52），并改善了骨骼肌功能【61】。通过SMN1基因敲除产生的脊柱肌肉萎缩症（SMA）的GE猪模型，表现出运动神经元和运动轴突的丧失、明显的近端无力、纤维化、复合肌肉动作电位降低【63】。肌肉疏松症是指骨骼肌肉质量和功能的丧失，是一个主要的公共健康问题。风险因素包括年龄、性别、疾病和身体活动水平。猪的模型可以帮助开发预防或逆转这种情况的疗法。6. 皮肤研究为了确保健康和安全，在人类使用之前通常会进行皮肤药物的动物试验。猪模型已被普遍用于研究药物毒性、治疗方式、烧伤和伤口愈合、整形外科技术和人工皮肤移植。猪皮肤的表皮、厚度、毛囊密度和细菌群与人类皮肤相当【64-66】。GE猪TYR-null模型表现出典型的白化病特征【67】。最近，猪皮被用于体外积累和渗透研究、伤口愈合研究，以及药理学和毒理学研究【68-71】。猪皮肤树突状细胞亚类与人类皮肤中描述的亚类相对应，从而为进一步的免疫研究提供了基础【72】。与烧伤有关的伤害由于液体流失、pH值失衡、器官衰竭和感染等因素可导致死亡【66】。作为一个伤口愈合的模型，猪能够让研究人员在个别动物的背部皮肤上测试多种治疗方式和控制方法。猪皮的暂时性用途也有重要的应用。冷冻保存的猪皮异种移植可以为伤口部位提供完整的上皮覆盖，并使严重烧伤的受害者，如那些身体20%或更多部位受伤的人，获得与目前护理标准类似的治疗效果【66】。随着烧伤组织工程皮肤的发展，猪模型的效用可以得到改善【73】。7. 生殖和胎儿发育模拟人类生殖的猪生物医学模型极大地促进了人们对青春期、受精、怀孕和疾病的基础科学的理解【74】。猪与人类有许多的相似之处，包括与生殖有关的相似之处（详见表3）。猪的诸多优势包括多胎妊娠、广泛的可得性、较短的世代间隔，以及已建立的操纵猪的生殖周期的实验方案等。对于体外受精，猪的卵巢很容易从屠宰场获得，数量大，且成本相对较低。人类和猪的卵母细胞大小相似，猪卵母细胞的体外成熟技术已经很成熟【34】；人类和猪在卵母细胞成熟的不同阶段有相似的蛋白质组表达模式【75】。人和猪的受精失败往往是由卵母细胞胞质不足引起的【76】。猪的受精模型已被用来测试药物对生殖的毒性影响【77】，评估杀精剂【78】，并通过研究适当的组学编程来优化有效的IVF培养条件【79】。表3.人类和猪生殖特征相似性总结猪在探究IVF对妊娠和子代结果的影响、妊娠期营养和疾病等方面为人类妊娠提供了启示。尽管猪和人类在生殖特征方面有更多的共同点，但也应该提到一些重要的差异，如妊娠期（人类266天，猪115天）和子宫结构（人类是金字塔形，猪是双角形）；与人类相比，猪的宫颈结构更复杂，排卵率更高，胎盘屏障类型不同（人类是单层胎盘，猪是上皮绒毛膜胎盘）；排卵率（人类是单排卵，而猪是多排卵），以及胎儿/怀孕的数量不同（人类通常是1个，猪是5到18个）【80】。人和猪的胚胎有重要的区别，特别是受精后从子宫到两个细胞的成熟时间（人30小时，猪32小时）和两个细胞阶段到孵化（人6天，猪5天）【77】。母体对怀孕的识别在人类和猪之间也是不同的：人类的怀孕识别信号是绒毛膜促性腺激素，而胚胎分泌的雌性激素是猪的主要信号【81】。多胎妊娠对猪模型是有利的，因为它们提供了隔离特定胎儿和产生不同程度的宫内拥挤的能力。胎盘差异是一个重要的方面，因为许多生理过程受此影响，如一些母体抗体转移到胎儿身上发生在血单绒膜胎盘，而不是上皮绒毛膜胎盘。由于猪的胎盘结构使其成为一个很好的既知菌子代来源，为测试母体和营养对胎儿和新生儿的影响提供了研究模型。猪是了解表观遗传修饰对发育的影响[通过比较体外受精得到的小猪和克隆的小猪【82】、精子甲基化特征对生育能力的影响【83】的一个有力模型。猪已被用来模拟人类怀孕期间的母体营养以及基因型、非生物压力和疾病对子代结果的影响【74】，以及诸如非整倍体、多囊卵巢综合征（PCOS）和子痫前期等疾病病理。年龄相关的非整倍体被认为是女性不孕的主要原因【84】，其中受精的非整倍体卵母细胞常常导致胎儿死亡或严重缺陷，如唐氏综合征中的21三体。猪的非整倍体的自然发生率与人类相当【85】，能够对机制进行研究，并开发药物进而改善人类的结果。根据美国疾病控制和预防中心（CDC）的数据，多囊卵巢综合征影响了6-12%的美国育龄女性，导致月经不调，有时甚至不孕。多囊卵巢综合征在猪身上也会自然发生：Ossabaw猪品种的内分泌和卵泡特征与人类相当相似【86】。胎猪为人类发育过程中出现的一系列广泛的条件提供了模型。怀孕的母猪可以用来测试药物，来产生胎儿药物治疗的临床前毒理学数据【3】，如使用怀孕的尤卡坦小猪来测试母体对胎儿抗心律失常治疗的药物母婴传播【87】。诸如宫内生长迟缓（IUGR）等异常情况在人类和猪的新生儿中都会自发发生（约占8%），导致子代以后的代谢健康状况不佳，这使得猪成为了解IUGR机制和治疗的有用模型【88】。通过鉴定MAP2基因与毛囊密度的关系，胎猪推进了人们对毛发生长和脱落的理解【89】。未来对猪的研究将为改善辅助生殖技术的发展提供信息。它们应能更详细地了解环境（如母体压力、饮食和微生物组）与生殖和胎儿发育的复杂相互作用。8. 营养和微生物组研究猪在胃肠道（GI）功能和组成方面与人类有许多相似之处，使猪成为理想的非灵长类大型动物模型【90】。猪的最低营养需求量与人类的日常营养需求量相当。人类和猪之间的营养感觉系统是保守的：猪可以品尝酸（酸）、碳水化合物（甜）、谷氨酸（味）和脂肪酸，与人类相似，这影响了它们的食物摄入【90】。营养物质品尝系统的相似性使猪与饮食口味测试和食欲调节的研究有关。猪和人类都使用结肠，而不是盲肠，作为纤维性食物成分的主要发酵场所。这种共同的生理结构导致了类似的消化道转运时间和营养吸收过程。猪的消化道微生物群与人类在功能途径上有96%的相似性【91】；猪的粪便微生物群在组成上与人类相似，但在丁酸盐生产者方面有差异【92】。遗传限定的猪有不同的肥胖易感性，已被用来评估肠道微生物组成对饮食引起的肥胖和非酒精性脂肪性肝炎的影响【93】。通过使用来自婴儿、儿童和成人的接种物，既知菌的仔猪模型已被用来建立人类微生物相关的仔猪。双歧杆菌属（Bifidobacterium）和拟杆菌属（Bacteroides）是婴儿肠道中两个主要的细菌群，已经在仔猪中成功建立【94】。这些具有完全明确的细菌群的猪模型，可用于研究宿主-微生物群的相互作用以及营养和益生菌干预的效果【95】。尽管成本高且后勤工作复杂，但这些模型成功地模拟了人类的肠道环境，可用于研究某些有害细菌如幽门螺旋杆菌，以及其在引起胃炎和胃溃疡中的作用背后的机制【90】。相似的微生物群-肠道-大脑的相互作用意味着猪可以被用来描述神经系统事件后的微生物群变化【96】，识别有风险的代谢和神经认知表型，测试对营养不良和棘手环境的反应改善，以及对抗饮食失调【90】。新生猪是研究奶粉补充与母乳喂养对新生儿代谢和免疫相关miRNA的急性和慢性影响的合适模型【97】。坏死性小肠结肠炎，会导致肠壁被入侵的细菌破坏，是婴儿消化道相关死亡的主要原因。在新生猪身上成功建立了这种疾病的模型，由于猪的体型较大，易于灌胃喂养，所以比小鼠模型更受欢迎【98】。短肠综合征是由手术切除肠道引起的，导致营养吸收减少和不平衡，通常是婴儿坏死性小肠结肠炎的并发症。猪模型已被用来研究体内机制，它比小鼠模型更加优越，因为可以收集重复的测量数据，包括粪便量和血浆蛋白，用于测试长期影响和探究调控机制【98】。代谢综合征是包括肥胖、血脂异常、高血压和胰岛素抵抗在内的多种情况的组合。这种综合征的成功模型已经在Ossabaw和Landrace猪中建立【99】。增加多不饱和脂肪酸消耗的饮食影响了猪的肠道内毒素运输，这与肥胖、炎症和代谢性疾病如糖尿病有关【100】。进一步的饮食研究表明，猪的结肠和人类一样，有两种不同的常驻干细胞（ASCL-2和BMI-1），高热量饮食会增加结肠增殖区和干细胞区的扩张【101】。由于高热量饮食被证明能增加结肠中的干细胞群，猪的模型可用于研究结肠癌和其他炎症促进的疾病【101】。未来的研究可以调查饮食对肠道微生物组的潜在治疗作用，或者反过来说，不适当的饮食对菌群失调的影响（如微生物组对罹患持续生殖器感染妇女的消极影响）。有可能扩大对消化道的物理损伤如何改变微生物含量的认识。猪消化道模型的一个环境应用可能是评估气候变化对微生物组和肠道健康的影响。9. 大脑和神经退行性疾病与人类类似，猪的大脑是多脑回的；这指的是皮质褶皱的数量和神经纤维的连接性（见表3）【102】。相比之下，啮齿类动物的大脑是松散型的，没有皮质褶皱。此外，猪脑比啮齿动物大（分别为180克和10克），容易获得而且价格比非人灵长类动物的大脑低得多【103】。人和猪的白质组成相似（白质和灰质的比例为60:40）。白质包括产生髓鞘的细胞（少突胶质细胞），髓鞘的丧失会导致大脑萎缩和认知功能受损，这表明猪和人类的大脑损伤和恢复机制可能是相似的【104，105】。用于绘制大脑图谱、并揭示在不执行明确任务时发生的血流变化（称为静止状态网络）的功能磁共振成像（fMRI）方案，已被开发用于猪。这些研究发现猪脑中的六个静止状态网络（执行控制、小脑、感觉运动、视觉、听觉和默认模式）与人类的网络相似【103】。创新的核磁共振成像方法促进了幼年猪和未成年猪的大脑图谱的发展【106】，这些发现能够推进神经退行性疾病对神经网络所造成的影响的理解。运用线性及非线性图像配准所获得的尤卡坦小猪创伤性脑损伤后的不同时间点的大脑MRI图像为未来的神经影像分析提供了第一个模板【107】。为了监测疼痛行为，研究者在猪的腓总神经损伤诱导的基础上建立了一个功能性神经病理性疼痛模型【108】，并将有助于研究神经病理性疼痛的机制。一些研究已经在猪身上建立了阿尔茨海默病（AD）的功能模型（表2）。金属离子在猪体内的平衡分布显示了其作为神经退行性疾病（如AD）诊断的潜力【109】。插入单一基因（APP或PSEN1）的转基因哥廷根小猪在大脑中显示出转基因的表达，但没有表现出AD的身体特征。双基因插入（APP和PSEN1）的转基因猪显示出神经元内淀粉样β（Aβ）斑块形成的增加，但它们没有表现出AD的生理特征【23】。使用体细胞核移植技术将携带三个人类基因（APP、TAU和PS1）的多克隆载体注入济州黑猪，发现猪在大脑与其他组织中出现转基因的表达、Aβ-40/42蛋白、总tau和胶质纤维酸性蛋白【110】。然而，代孕猪的怀孕和分娩率很低，也许表明AD突变基因影响了胚胎发育【110】。表达突变体APP的AD小鼠模型出现但不能完全复制包括神经元损失在内的所有AD特征【23】。由于新生猪的大脑生长模式与人类一样【102】，而猪的寿命比人类短得多，未来的研究可以密切监测猪脑衰老的影响以此评估A斑块的形成机制。这可能引发研究来评估是否可以恢复AD患者的一些记忆能力或改变焦虑和恐惧相关行为。通过注射N-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine，可以在哥廷根迷你猪中诱发帕金森病，诱发包括肌肉僵硬、运动不足和协调能力受损等临床症状【111】。对大脑的分析显示，负责合成多巴胺的二羟基苯丙氨酸（DOPA）脱羧酶，是神经退行性疾病的调节剂，在猪纹状体中可能被上调【67】。最近，哥廷根小猪被单侧注射6-羟基多巴胺到黑质纹状体通路，从而减少注射部位的多巴胺浓度并破坏儿茶酚胺能神经元。这个模型显示出与人类帕金森病相似的多巴胺能失衡和旋转行为，这些症状通过丘脑下部的深层脑刺激得到了验证和部分改善【112】。一个GE猪的帕金森病模型，显示出DJ-1蛋白的破坏，但小猪在出生后2天内死亡【113】。现在，猪可以被用于神经毒理学研究以及测试预防和治疗神经系统疾病的药物潜力。SMA是一种常染色体隐性神经退行性疾病，由SMN1基因的缺失或突变引起。Lorson等人【114】在猪细胞中表达了人类的SMN1和SMN2微基因，并报告了SMN1的基因敲除。后来的工作报告了第一个SMA的大型动物模型的建立，并探索了纠正SMA表型的机制【63】。共济失调症（AT）是一种神经退行性疾病，通常出现在儿童身上，可导致运动障碍、免疫紊乱和对癌症的敏感性增加。运用SCNT技术创建了一个猪模型，并以内源性ATM的第57号外显子为目标，重现出AT患者中的蛋白质中断。这些猪呈现出AT的所有相关特征，包括小脑病变、浦肯野细胞的丧失和生长迟缓。而以前的小鼠模型无法重现该疾病的所有特征【115】。一个由大脑皮层撞击、失血性休克和/或多发性创伤造成的脑外伤后神经变性的猪模型显示，在服用丙戊酸30天后，神经凋亡、变性和炎症减少，从而验证了猪作为治疗模型的潜力【116】。通过带有SOD-1-G93A人类转基因的猪产生了肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）的模型，并表现出后肢运动缺陷和运动神经元变性【117】。研究者使用CRISPR-Cas9和SCNT将150个CAG重复插入HTT基因，出现类似于人类的亨廷顿病症状，开发了亨廷顿病（HD）的基因"敲入"猪模型，并提供了首个证据证明内源量的错误折叠蛋白可导致大型哺乳动物的神经变性【118】。因为猪与啮齿类动物不同，有一个较长的青春期阶段，有完善的青春期诱导方案，可以在一个受控群体中测试青春期对神经发育的影响。对于神经退行性疾病易感的大脑，可以分析年轻与年老动物大脑的可塑性差异【102】。未来的工作可以研究猪在神经系统疾病发展过程中与大脑功能和神经递质分布有关的行为。10. 心脏疾病心脏疾病研究通常使用小鼠、狗和羊作为实验动物模型。由于动物模型之间的差异随着身体/心脏重量比例的增加而减少，所以猪是研究心脏病的一个有利模型【8】。猪在心脏器官大小、免疫学、生理学和大体形态方面与人类有相似之处，特别是在心房、心室和冠状动脉循环模式的结构上有相似之处。猪模型对心脏再灌注流程和冠状动脉球囊导管的发展作出了贡献【8】。猪的超声心动图的检测结果与成年患者相当，这使得对心脏功能和反应的慢性研究可以在体内进行，上述优势充分彰显了猪模型的生理和临床意义。猪的心血管生长与人类相似，是开发和进一步改进外科手术的理想模型。由于人类动脉粥样硬化早期无症状，猪模型克服了评估人类受试者的动脉内皮功能和病变所涉及的伦理限制【119】。猪对于建立长期模型研究法洛四联症患者的右心室功能障碍和心室不同步至关重要，在接受与先天性心脏病相关的手术修复后，猪模型还可以用于探索改进再灌注程序，以治疗阻塞引起的心肌梗死【8】。在心力衰竭综合征中，猪模型提供了对与心肌衰竭和恶化相关分子变化的洞察，这在人类患者中是无法实现的【120】。猪心脏的组织已经被用来开发人类心脏瓣膜和血管的替代品【121，122】。猪冠状动脉支架模型的开发是临床前实验设计的标志性事件，其被用于确定急性支架血栓的风险因素。经过脱细胞化以及与人类细胞的再细胞化处理后的猪器官支架应用于人类心脏移植已经取得了一些成功【123】。然而，仍需要进行试验以扩大细胞的制备规模，以便将细胞输送到整个心脏并确保支架内的生物活性。对猪源性心脏瓣膜支架移植与宿主组织的相互作用的评估肯定了猪在心脏瓣膜组织工程中的重要性【124】。现在有一些选择，可以用功能构架或再生祖细胞取代梗塞区域，用于治疗心血管疾病问题。由于猪与人类的体型相似，通常用于人类的成像技术可以应用于猪，并有助于验证创新的心血管成像技术和鉴定生物标志物【125，126】。猪的模型使急救程序的疗效得到改善，如开发了便携式心肺转流系统、体外膜氧合系统、心室颤动技术和心肺复苏【127，128】。利用基因组编辑也产生了心血管疾病的猪模型（表2）。通过同源重组产生SCN5A-E558X突变，再通过SCNT产生的GE猪心律失常模型，显示出传导减慢和对室性心律失常的敏感性增加【129】。通过靶向破坏LDLR产生的GE猪心血管疾病模型，结果显示出高胆固醇血症和动脉硬化病变【130】。通过MYH7-R723G敲入，研究人员建立了肥厚型心肌病GE模型；新生猪显示出轻度的肌细胞混乱、畸形的细胞核和MYH7的过表达，但在出生后24小时内死亡【131】。猪的脂肪组织已被用来重新填充三维（3D）脱细胞心脏支架的心包，并促进心脏细胞的增殖和分化【132】。猪模型可用于药物可行性和安全性测试的临床前研究。11. 肺部疾病猪和人类有相似的肺叶和支气管解剖结构，这使得它们对呼吸系统疾病的建模和治疗测试非常有用【133】。人和猪之间的一个显著区别是每侧肺叶的数量。人类的右肺和左肺分别有三个和两个肺叶，而猪的右肺和左肺分别有四个和两个肺叶【134】。此外，肺部细胞外基质的保守结构和拓扑学特异性支持使用猪肺进行人类肺部组织工程【135，136】。脱细胞的猪组织具有作为人类组织生长支架的前景；它们可以保留器官特定的细胞外基质，适用于再生医学【136】。脱细胞肝脏支架保持了基质蛋白的组织特异性微结构，为细胞粘附、生长和分化提供空间支持。猪肺组织已被用于研究原位移植技术【135】。在猪肺中观察到的胶原蛋白保留、糖胺聚糖和人类细胞类型的相似性支持其作为人类的肺部模型【132】。人们有望进一步猪模型用于研究罕见呼吸道疾病或作为呼吸道功能和疾病的研究模型，例如在流感研究中（下文讨论）。GE CF猪的开发是一项重大进展；它是第一只复制人类遗传病的GE猪【137，138】，也是第一个发展自发性CF肺部疾病的动物模型【139】。CF是一种常染色体隐性疾病，由CFTR（一种阴离子转运基因）的突变引起。人类和胎猪的鼻窦及肺部有类似的细胞和细菌，有类似的疾病特征；在胎猪鼻窦中研究的治疗方法可能对与CF有关的肺部疾病有益（140）。CF患者死亡的主要原因是由复发性及慢性炎症、感染和粘液分泌等因素所引起的气道阻塞（141）。基因组编辑在猪身上再现了人类CF的表型（与小鼠相比）。三个GE猪模型（表2）表现出胰腺外分泌破坏、输精管异常、局灶性胆汁性肝硬化以及炎症和感染相关性肺部疾病（23）。CF猪模型有助于确定气道表面液体酸性pH值的不利影响，这进而导致对感染（142）和粘液（143，144）的易感性增加。CF猪模型已被用于研究宿主防御（145）和缓解胎猪的胎粪回肠（146）。利用CF猪，研究人员在近端气道发育过程中发现了FGF10和CFTR之间的关联（147）。这些猪的模型被用来测试基因疗法，在改善阴离子运输和减少细菌感染频率方面是成功的（148）。现在可以利用胎猪探索CFTR在肺部发育过程中的作用，以预防和治疗CF，也可研究细胞信号通路和CFTR之间的相互作用，用于早期发育期间的治疗，以及测试操纵CFTR的产生对出生时鼻窦畸形的影响（140）。12. 糖尿病猪胰腺的形态和发育与人类相似（149）；猪胰腺分泌的胰岛素与人类胰岛素只有一个氨基酸的差别（150）。此外，猪胰岛的内分泌细胞分散在整个外分泌胰腺中，细胞比例不同，而小鼠有明确的胰岛结构，是一个较差的模型（151）。在胰岛素分泌降低的猪和人类胰岛中观察到β细胞质量减少50%，与这两个物种的胰岛素分泌减少都和葡萄糖耐量受损相关。相反，小鼠的β细胞质量下降幅度较大，但不影响葡萄糖耐量（23）。在巴马、五指山和贵州微型猪种的糖尿病模型中，五指山小型猪对大剂量链脲佐菌素诱导的糖尿病最为敏感（链脲佐菌素会对胰岛细胞产生化学毒性），并且一定程度上模拟了人类糖尿病的病理变化（150）。众多的GE猪模型已经产生并用于研究糖尿病（152）（见表2）。一个猪糖尿病模型被称为“突变的INS基因诱导的青少年糖尿病（MIDY）”模型。在MIDY猪中，INS/INS2基因的突变导致内质网中胰岛素折叠错误，从而诱发细胞凋亡（153）。在这些猪中，诱发的糖尿病的特点是胰岛素分泌受损、空腹血糖量增加、细胞质量下降（23）。猪在治疗糖尿病的药物测试和替代研究中发挥着突出的作用。因为身体的许多区域在糖尿病中受到影响，所以需要研究在这种疾病中引起并发症的器官和组织之间的对话。寻找以前未发现的生物标志物从而在早期阶段检测糖尿病是非常重要的（99）。猪有可能成为异种移植的胰岛供体（下文讨论），或者探索用猪作为宿主来培育组织工程的人类胰腺（23）。13. 癌症猪是研究癌症的遗传易感性、进展、检测和治疗的强大模型（154）。对小鼠的研究极大地帮助了我们对人类癌症的分子机制的理解；然而，小鼠的癌症研究有其局限性，猪可以帮助弥补转化医学的不足。与小鼠相比，在猪身上研究癌症进展更为准确，因为它们的平均寿命更长（人类，79年；猪，15至20年；而小鼠，12个月）。与小鼠相比，猪的手术、诊断成像和治疗测试更容易进行，因为猪的平均体型与人类相似（人类，65公斤；微型猪，80公斤；小鼠，20克）。猪的癌症模型已经有20多年历史了。特征良好的自发黑色素瘤模型包括带有黑色素母细胞瘤的Libechov（MeLiM）（155）和Sinclair迷你猪（156），它们都在生命早期显示皮肤异常，但其肿瘤此后自发消退。犬类一直是研究自发性癌症发展的一个成功模型，当肿瘤细胞突破宿主的免疫防御系统时，利用犬类模型研究肿瘤免疫逃逸阶段的疗法，这也补充了猪的相关研究（157）。虽然大多数猪的模型是GE，但研究者也开发了化学诱导的猪癌症模型，例如，使用液体塑料注射到猪的肾脏来研究肾脏肿瘤；然而，不一致性和不良的肿瘤发生限制了这些模型的实用性（158）。猪的GE癌症模型通常通过靶向DNA的变化来产生，这些变化影响原癌基因、肿瘤抑制基因和DNA修复基因的功能（表2）。这些模型是通过种系修改、体细胞基因组编辑、自体移植和异种移植产生的（159）。基因组编辑的发展极大地帮助了乳腺癌、结直肠癌、胰腺癌、骨肉瘤和黑色素瘤等新猪模型的发展（23）。这些癌症模型的特征程度不同。例如，在乳腺癌模型中，小猪在出生后18天内死亡（160），结肠直肠癌猪模型产生息肉但没有肿瘤发生（161）。最近开发了一个I型神经纤维瘤病的猪癌模型（162）；一项纵向研究显示，与人类儿童的疾病相比，其表型特征和疾病进展高度相似（163）。表征良好的转基因癌猪（Oncopig）编码Cre诱导的肿瘤抑制因子（TP53）和致癌基因（KRAS）；将编码Cre的腺病毒注射到这些猪体内会导致间质源肿瘤的快速发展（164）。Oncopig再现了软组织肉瘤、胰腺癌和肝细胞癌的各种人类癌症表型，并允许对早期癌症的检测进行分析（165）和对肿瘤细胞微环境信号的研究（166）。自体移植GE模型是通过从宿主身上切除细胞/组织，编辑被切除的细胞/组织，然后重新移植回原宿主体内而产生的。GE大肠癌模型是通过在APC中引入一个过早的停止密码子而产生的；这些GE猪会出现结肠息肉（23）。可以切除息肉，进行第二次基因编辑，从而锁定肿瘤抑制基因，如P53，并重新植入猪体内，来产生不同的结肠直肠癌疾病表型（159），从而实现对肿瘤发生和治疗的研究。癌症异种移植模型的一个例子是严重联合免疫缺陷病（SCID）猪，它通常通过基因组编辑产生，但也自然发生（表2）。最近在SCID猪分类方面的进展肯定了它们是最适合人类SCID的模型（167，168），因为它们的免疫系统、X连锁遗传性、典型的自然杀伤（NK）细胞表型和解剖学都与SCID人类相当（169）。使用CRISPR-Cas9对IL2RG和RAG2基因进行修饰，研究人员已经创造了SCID猪（170）。自然发生的突变体SCID猪已被用于培育人类细胞进行移植（171）。通过将人类造血干细胞、外周血单核细胞（PBMC）或胎儿组织细胞移植到SCID猪中，可以创造出人源化的SCID猪，从而创造出人类的免疫系统（171）。最近，体外培养的人CD34+脐带血细胞在子宫内注射到胎儿ART-/-IL2RG-/Y SCID猪中；出生时，在脐带血和外周血中检测到人类的CD45+CD3+细胞（172）。随着技术的改进，科学家在SCID猪中再现人类癌症的能力将促进我们对疾病进展和免疫控制的理解，并为癌症疗法的临床前测试提供模型，帮助加快癌症生物学领域的发展。虽然已经开发了许多癌症模型，但还需要更多的努力来生产更多的GE猪系，以更好地再现人类癌症表型，并能够探索癌症进展的机制，用于临床前测试的替代检测方法，以及识别创新药物和生物治疗剂。此外，现在有机会研究由药物暴露、微生物组组成和饮食引起/调节的复杂的环境与基因的相互作用。14. 感染性疾病和疫苗设计对猪的感染性疾病的研究不仅有利于养猪业，而且可以作为人类医学的模型，帮助限制人畜共患疾病，并通过探寻药物、治疗方法和疫苗来改善疾病控制。猪一直是人类人畜共患病的来源（反之亦然），从细菌（沙门氏菌病）到病毒（流感）再到寄生虫（弓形虫病）疾病。在一个物种中发展起来的保护性相关因素为其他物种的治疗提供了参考，即" One Health "的概念。了解基本的病毒性疾病的生物机制有利于人类疗法的发展，如冠状病毒引起的疾病以及相关疗法和疫苗（173）。在研究人类传染病方面，猪比小鼠模型更有优势，因为猪的生理结构、基因组和蛋白质与人类的高度相似性，以及有报道说猪的免疫参数相似度>80%（2）。GE和人源化SCID猪可以提供替代模型，以产生相关疾病治疗的临床前数据，如与自然宿主中流感保护和恢复有关的免疫机制（174）。使用基因组编辑来产生对传染病反应更有效的猪，可以提高我们对疾病抵抗机制的理解。然而，大多数猪的基因组编辑集中在种系修改上，从而产生对猪疾病的抵抗力，如猪繁殖和呼吸综合征（PRRS）和非洲猪瘟（175，176）。用猪来研究沙门氏菌病，不仅可以解决猪的疾病问题，还可以为人类沙门氏菌病的研究提供重要资源，为这两个物种的疫苗和药物的开发提供参考。Zhang等人（177）证明了猪的肠道可以用人类的粪便微生物组进行定植，从而产生一个真实的人类消化道模型。此外，使用三维肠道上皮细胞模型的研究也已出现（178）。丹诺沙星和阿莫西林在感染沙门氏菌的猪模型中的药代动力学已被报道（179，180），为人类沙门氏菌病的药物测试提供了参考。考虑到越来越多的沙门氏菌对抗生素产生抗药性的证据，这一点尤其重要。以后还需要探索替代方法，如使用益生菌和乳酸来控制沙门氏菌感染，并可能用作疫苗接种的佐剂（181，182）。Meurens及其同事（2，183）指出，猪是疫苗研究的理想模型，能够更准确地评估潜在的人类疫苗的功效，特别是呼吸道疾病的功效。对猪沙门氏菌疫苗的研究已经取得了一些进展（184），但很少有关于猪作为动物模型来评估人类沙门氏菌疫苗的报道。考虑到目前的需要，猪模型为开发这种疫苗提供了一个很好的机会。流感是一个重要的公共卫生问题，在世界范围内引起发病和死亡（185）。现有的疫苗不能完全起到保护作用；对疫苗和药物的研究一直在进行中。猪是一个很有前途的动物模型，具有很大的人类转化价值，可以提供对流感病毒感染、发病机制和免疫的重要见解（186）。与其他动物模型相比，猪有几个优势。(i) 感染人类和猪的流感病毒具有相同的亚型（H1N1、H1N2和H3N2）和类似的流行病学（2）。(ii) 流感病毒的聚合酶在人类和猪身上有相同的适应过程（187）。(iii) 该病毒在人和猪中具有相似的感染机制(188)。对猪的生物医学模型进行优化，可以更好地揭示人类流感病毒的感染机制（189），探索感染引起的炎症反应的治疗方法（190），开发流感疫苗和佐剂（191），以及对疫苗的评估（192）。鉴于目前抗流感病毒药物的局限性（193），也许可以在猪的模型中进行新药物或替代品的研究。还可以研究预防疫苗相关的呼吸道疾病（VAERD），这被认为是疫苗开发中的一个重要障碍。为了降低儿童结核病（TB）的发病率，世界卫生组织（WHO）建议开展更多的研究，以阐明宿主-病原体的相互作用以及新生儿和婴儿对结核分枝杆菌感染的免疫反应。Ramos等人（194）已经指出了新生猪在探索结核病控制和疫苗开发方面可以发挥的关键作用。此类研究将为人类抗结核免疫提供新的见解，并加速新生儿结核病控制的疫苗研究。目前还需要建立模型来研究候选疫苗对生殖道人类沙眼衣原体感染的疗效，沙眼衣原体感染是导致宫外孕和不育的最常见的细菌性性传播疾病（195）。猪已经被用来研究生殖器衣原体感染（196），并显示出与人类在疾病病理学和粘膜免疫系统反应方面的相似性。猪子宫颈的结构能够用于独立研究上、下生殖道的感染。从屠宰场获得生殖道也可以经常低成本地分离原始上皮细胞。Amaral等人（197）的发现表明，对于与沙眼衣原体密切相关的瑞士衣原体，对预先暴露的猪进行疫苗接种可以有效地提高免疫反应、减少瑞士衣原体负担、并诱导CD4+效应记忆T细胞。这个猪模型将被应用于探索人类衣原体感染的疫苗和治疗方法。其他生殖传播疾病，如PRRS，其病毒可通过精液或母体的先天性传播，并最终导致繁殖失败（198），为先天性病毒传播提供了潜在的模型。对猪的生殖系统疾病模型的研究将有助于促进控制人类生殖系统感染的药物和治疗方法的开发和利用。15. 异体移植目前，有超过10万名病人在美国的器官移植等待名单上，而使用已故捐赠者的器官进行的移植手术只有约28000例。这种不足可以通过异种移植（猪到人）来改善，这有可能提供丰富的器官供应（199）。将猪的心脏瓣膜异种移植给人类已经有50多年的历史了（200）。在此，我们将重点介绍使用CRISPR-Cas9技术在猪身上进行异体移植的最新进展、及其挑战和未来的机会（表2）。由于猪的基因组编辑和异种移植取得了长足的进步，这一点已在其他文章中进行了总结（201）。由于与人类生理上的相似性和人类患者的高需求，猪的角膜、心脏、肾脏、肝脏、肺、神经细胞和胰岛作为异种移植的候选者已被充分研究。来自GE猪的移植已经在非人灵长类动物中进行了每个器官的测试，并取得了一些成功（202）。从GE猪移植到非人类灵长类动物的心脏，取得了临床前的疗效，有75%的存活率，而且存活时间较长（移植后3个月以上）（203）。建议对供体猪进行仔细的巨细胞病毒筛查，因为两只未存活的动物已经死于这种感染。虽然标准的缺血心电图方法在人类异体移植中是成功的，但这些技术导致猪心移植到狒狒身上时出现多器官衰竭（204）。目前已开发出颇有前景的新技术，使用低温非缺血性心脏保存和持续灌注来提高猪对狒狒（以及未来的猪对人）心脏异体移植的存活率（204）。GE猪肾移植的进展，加上免疫抑制疗法，大大增加了存活时间（在恒河猴模型中可达1年）（205）。使用猪作为人类器官捐献者的主要障碍是移植排斥，由于两个物种之间的系统发育距离 ，会在宿主身上引发超急性免疫排斥反应。从非GE猪到人的异体移植会导致快速的超急性排斥反应，该反应由体液系统介导，人体内的抗体与猪细胞上的表位结合并激活补体系统（206）。α-Gal表位是这种超急性排斥反应的主要媒介（207）。它存在于大多数哺乳动物，包括猪，但不存在于人类。生产缺乏α-Gal的GE猪，即GalSafe GE猪（29，35），测试结果令人乐观。然而，非Gal抗原的急性排斥反应阻碍了异种移植的成功（208）。为了解决这一障碍，两个重要的非Gal表位已经被确定。Neu5Gc（209）和B4GALNT2（210）有助于在成功的异体移植方面取得进展。有许多GE猪的例子，其目标是去除这些或其他表位，以及添加重要的人类基因（202）。未来的研究必须解决排斥机制，如急性体液性异体移植排斥、血栓性微血管病变和凝血功能失调，并且必须制定适当的免疫抑制方案来提高宿主和器官的存活率。科学家需要进行更多的研究来寻找与免疫有关的策略，从而延长猪组织的寿命和功能，如用于潜在的人类治疗的胰岛（23）。随着基因组编辑技术的提高，生产具有高效的多种编辑的猪将推动异种移植。除了宿主移植排斥反应外，对猪到人的人畜共患疾病传播的担忧也减缓了异种移植的成功采用。大多数猪的人畜共患病可以通过在高度无菌、无病原体的环境中饲养动物来消除。然而，一些整合到宿主基因组的内源性逆转录病毒可以感染非宿主细胞。体外研究表明，猪内源性逆转录病毒（PERV）可以从猪细胞中传出并整合到某些人类细胞的基因组中，因此理论上可以引起受体的肿瘤（211）。通过使用CRISPR对所有25个PERV整合位点进行全基因组沉默，产生了缺乏PERV的猪（212）。随着技术的不断发展和效率的提高，创造多个猪群的可能性正在成为现实，每个要移植的器官都有许多基因编辑的目标（150）。如果成功的话，这些动物可以被用来向人类移植任何细胞、组织或器官。猪胰岛细胞已被用于异种移植以减少糖尿病的影响。用海藻酸钡封装的猪胰岛细胞，保护它们不受宿主免疫系统的攻击，成功地使糖尿病大鼠的葡萄糖调节正常化（213）。在这些封装的胰岛被移除后，60%的大鼠恢复到低血糖状态，这表明异种移植的细胞负责胰岛素的调节。将猪胰岛移植到非人灵长类动物模型中也取得了类似的成功（214）。在新西兰，封装的猪胰岛已经通过临床试验进行了安全测试（215）。然而，分离的成年猪胰岛往往比人类胰岛对葡萄糖的反应少10倍左右（216）。猪的另一个潜在用途是用于干细胞治疗。研究表明，从多种来源中如骨髓、皮肤、脐带血、羊水、外周血、子宫内膜和华通氏胶（Wharton's Jelly）可以成功分离出间质干细胞（217）。据预测，猪干细胞对治疗帕金森病、心脏缺血和肝功能衰竭大有益处（217）。需要注意的是，一些已经观察到的人类和猪组织之间的解剖学差异，将对研究麻醉反应、年龄影响和不同组织的剂量比较产生新的挑战（56）。图. 猪模型可广泛用于人类生理学和疾病研究。总结这篇综述总结和更新了猪作为人类生物医学模型的优势、最新应用和巨大潜力（如上图）。其应用包括心脏和生殖研究、生长和发育、疾病机制和药物测试、疫苗设计和异种移植。最近在猪的基因工程和人源化选择方面的进展进一步丰富了猪模型的种类，随着对猪的基因组和免疫系统认知的增加，将会提高这一物种模型的潜力。与小动物模型相比，使用猪作为生物医学模型仍会有一些限制。猪需要更多的空间、饲料和特定的管理方案，而且更昂贵。尽管有这些限制，猪的模型应该被更多地接纳为人类疾病和转化医学研究的首选模型。基础科学和应用技术的持续发展将加强利用猪进行的研究。

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　　https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abd5758制版人：十一

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