众所周知，实验动物微生物质量控制是确保研究数据准确有效的基础。经过一个多世纪的发展，科学家们很少再为人兽共患病、引发实验动物大量异常死亡的感染或其它健康问题而忧虑。许多实验动物群体中甚至不携带大多数条件致病菌，以确保研究所用实验动物的微生物状态不会成为混淆研究结果的因素。以科研中使用最多的实验动物-小鼠为例，这在很大程度上得益于实验小鼠供应商和使用单位都采用了屏障系统加独立通风笼具构成的隔离饲养体系和严格的消毒灭菌措施来控制动物群体的整体健康状况。然而，也正是这种做法，塑造了动物肠道菌群的有限多样性以及在不同的动物设施之间动物肠道菌群种类和数量的巨大差异，而这种差异在多个维度上影响了动物实验的可重复性。

随着16s rRNA测序分析、宏基因组测序分析等技术的应用，越来越多的研究证明常见的共生菌会对动物模型产生显著影响，不同动物群体间的严格隔离措施也导致它们的微生物组成的显著差异，也进一步影响研究的可重复性。一些广泛存在于动物粘膜表面的微生物在特定的模型中被认为具有致病性或会加剧某些疾病的表型。例如，奇异变形杆菌被证明可以诱导小鼠多巴胺能神经元和运动功能的损伤，从而对帕金森病模型的表型展示产生严重影响。类似的例子还有很多，其中被讨论较多的共生菌对动物模型的影响见下表：

以上所述都是单一的细菌对动物模型的影响，但实际上动物体内所有的微生物组成的整体（即微生物组，Microbiome）和宿主的相互作用是十分复杂的。动物模型会受到体内所有微生物的影响，特别是消化道菌群。胃肠道是种类繁多数量巨大的细菌、真菌、原生动物、古细菌、病毒的主要定植地。这些微生物与宿主形成相互作用，进而影响宿主的生理功能，并因此成了研究热点。最近几年使用分子生物学技术进行的相关研究证明动物个体的微生物组对其表型和疾病发生及进展有显著影响。如白介素10基因敲除小鼠是最常用的结肠炎模型，但在不同实验室，其结肠炎发展的严重程度不尽相同，肠道微生物的组成则是产生这些差异的主要因素。除此之外，多篇报道还指出，化学诱导的结肠炎模型等多种其他小鼠结肠炎模型的疾病严重程度也依赖肠道微生物组成。除了胃肠道研究领域外，动物的微生物组在神经系统中也发挥着重要作用，不仅对焦虑和自闭症等模型的表型产生影响，也会影响实验诱导的自身免疫性脑脊髓炎模型的表型。此外，微生物组还会影响肠道肿瘤的发生、糖尿病表型和肝脏疾病的严重程度等。

如果要消除由于微生物组差异导致的不良影响，一个可能的解决方案是实现实验动物的肠道菌群的标准化。其中最早的标准菌群是由Russel W. Schaedler首先建立的，由五种微生物组成的“Schaedler菌群”，后由R.P. orcutt修改，产生了现在常用的由8种微生物组成的“Altered Schaedler Flora”(ASF)菌群，详见本号前文《SPF小鼠是如何起源的》。然而这种人工构建的最小微生物群落并不能模拟天然微生物群落的复杂性。ASF定植的小鼠比常规定植的动物更类似于无菌小鼠，这表明这种小的菌群可能导致疾病表型的丧失。目前也有研究者在建立包括更多微生物的标准菌群，其中包括“Oligo Mouse Microbiota 12”(OMM12)。该菌群目前包含了小鼠肠道中12个主要细菌种类，其创建者也在改进其组成，以提高其复杂性和多样性。此外，使用同窝动物或将动物共同饲养至少四周也可以提高不同组别动物的微生物组相似性，其中后者被认为是更简单且有效的措施。

由于SPF小鼠的微生物组多样性缺失，对动物免疫功能产生了巨大影响，其中已经证实SPF小鼠缺乏某些记忆T细胞。有研究者发现野生小鼠和宠物鼠则具有更多样化的菌群，其T细胞谱系也更类似成年人类。这些小鼠的细胞免疫系统也处于更活跃的状态，进而提高了宿主的适应性和抗病能力。而实验小鼠在和这些动物共同饲养后也能提高微生物组的多样性，并可被诱导出和野生小鼠相似的免疫细胞谱系。尽管这种尝试看起来比较极端，也会面临潜在的致病性病原体的威胁，但不可否认这为提高实验结果可靠性和可重复性提供了可能的思路，也为我们更好地理解微生物组对动物模型的影响提供了依据。

由于目前全球范围内的动物设施都仅针对特定的病原体设置检测列表，而绝大多数科研人员显然缺乏对所用动物微生物组成的了解。因此，将微生物组监测纳入常规健康监测程序可以帮助研究者们获得更多信息，并为应对更多动物健康和模型表型方面的挑战提供依据。但要实现这一目标需要更长期的探索，目前对微生物组的分析尽管已经有许多技术手段，但是依然存在诸多挑战，尤其是在数据分析方面。现阶段更多是在特定的研究中将微生物组成的差异或某种（些）特定细菌的丰度作为变量来考虑，并在此基础上探究它们对研究的影响。

正如一枚硬币的两面，我们在确定微生物质量控制的策略和制定动物微生物质量监测方案时需要同时考虑两方面的影响，一方面需要做到保持标准化的实验动物不携带人兽共患病、对动物健康有影响的病原体以及某些条件致病菌，另一方面也要考虑动物微生物组对研究数据的可重复性、可靠性的影响。

参考文献：

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2.Hansen, A.K.;Nielsen, D.S.,Krych,L.;Hansen,C.H.F. Bacterial species to be considered in quality assurance of mice and rats.Lab.Anim,2019,53,281-291.

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