動物實驗中的幾種設置對照方法介紹
動物對照給藥
對照實驗 (Control experiments) 是在實驗中設置比較對象的一種科學方法，對照組的設置可評估實驗條件改變對實驗結果產生的影響。動物實驗中的對照實驗一般可分為空白對照、陽性對照和陰性對照。
圖 1. 常見對照類型
空白對照
在Fasting-mimicking diet and hormone therapy induce breast cancer regression 中，研究者們使用低血清，低葡萄糖培養條件，模擬禁食或 FMD (短期饑餓，STS)，FMD 增加了 Tamoxifen (TAM; 他莫昔芬) 和 Fulvestrant (FULV; 氟維司汀)在 HR+/HER2- 乳腺癌 (BC) 細胞系中的抗腫瘤活性。在這些細胞系的小鼠異種移植瘤模型中，得到了與體外實驗相似結果：如圖 2A 所示：與空白對照 (隨意飲食) 以及單獨他莫昔芬和氟維司群組相比，FMD 與他莫昔芬/氟維司汀組合更能誘導乳腺癌消退。
圖 2. MCF7 異種移植物在 BALB/c 裸鼠中的生長，隨意飲食 (CTR)，每周 48 h 模擬禁食 (FMD)，TAM、FULV 或組合給藥[1]
陽性對照
陽性對照是按照當前實驗方案一定能得到陽性結果的對照實驗。陽性對照可以排除假陰性的結果。如圖 3 所示，研究者先建立了子宮內膜瘤的類器官模型，通過高通量篩選的篩出有特異性反應的治療藥物，并將得分最高的幾種藥物通過異種移植 (PDX) 模型進行體內驗證。攜帶子宮內膜癌小鼠分別接受實驗組藥物 (奧拉帕尼，伏立諾他，布帕尼西，布帕尼西+奧拉帕尼，布帕尼西+伏立諾他) 以及陽性對照 (卡鉑+紫杉醇) 治療。與陽性對照組相比，布帕尼西，布帕尼西+奧拉帕尼，布帕尼西+伏立諾他組更顯著抑制腫瘤生長。
圖 3. 單一或組合治療對小鼠子宮內膜腫瘤生長的影響[2]
A. 不同藥物治療對腫瘤體積和質量的影響。B. H&E染色切片和增殖標志物 Ki67 的 IHC
A. 不同藥物治療對腫瘤體積和質量的影響。B. H&E染色切片和增殖標志物 Ki67 的 IHC
陰性對照
陰性對照和陽性對照相反，按照當前的實驗方案一定不會得到陽性結果。■ 溶劑對照 (Solvent Control)
最常見的陰性對照。有些化合物由于水溶性差，在進行藥物溶解時，可能需要使用有機溶劑 (如 DMSO) 以及助溶劑輔助溶解。為排除溶劑本身對動物的影響，往往會設置一個溶劑對照組。
如下圖 4 所示，文獻旨在研究抗生素-化學引誘劑 (fPeps-萬古霉素偶聯物) 對 S. aureus 肺炎小鼠模型的影響。在該研究中MRSA 小鼠接受 fPeps-萬古霉素偶聯物，萬古霉素以及溶劑對照 (5% DMSO+95% PBS) 鼻內給藥。fPeps-萬古霉素偶聯物較單獨使用萬古霉素組顯著減輕少 S. aureus 肺炎小鼠模型的炎癥和細菌負荷。
圖 4. fPep-萬古霉素偶聯物減少小鼠肺炎模型中的細菌負荷和炎癥[3]
A-C. 不同處理對小鼠肺組織中的細菌負荷，肺泡空間百分比以及細胞核數的影響。D.外肺葉的HE 染色
A-C. 不同處理對小鼠肺組織中的細菌負荷，肺泡空間百分比以及細胞核數的影響。D.外肺葉的HE 染色
■ 假手術處理對照 (Sham Control)
除此之外，在給動物造模的過程中，也會涉及到假手術處理對照 (Sham Control)。例如，在 Longitudinal functional imaging of VIP interneurons reveals sup-population specific effects of stroke that are rescued with chemogenetic therapy 一文中，實驗組小鼠通過手術誘導中風，給對照組小鼠進行假手術。對比假手術小鼠，中風小鼠的長效皮質興奮性和反應能力明顯衰減。注射氯氮平N-氧化物 (CNO) 后，顯著增強了表達hM3Dq 的小鼠的誘發皮層場電位幅度 (5C)。
圖 5. 血管活性腸肽中間神經元的化學生成刺激增強了皮質對前爪觸摸的反應[4]
A. 手術時間表 B. 中風后皮層中表達 DREADD hM3Dq 的神經元的分布 C-D. CNO 對前肢誘發電位的振幅的影響
A. 手術時間表 B. 中風后皮層中表達 DREADD hM3Dq 的神經元的分布 C-D. CNO 對前肢誘發電位的振幅的影響
■ 同型對照 (Isotype control)
除了上述陰性對照，使用抗體治療的組別還需要設置同型抗體作為對照（Isotype control)。例如在研究壓力相關激素和神經遞質對抗癌療法影響的實驗中，攜帶 MCA205 腫瘤的社交失敗 (SD) 小鼠和對照 (Ctrl) 小鼠分別用抗 PD-1 mAb（clone RMP1-14）以及同種型Ab（clone 2A3）治療。結果表明，抗 PD-1 mAb顯著抑制了腫瘤生長；且米非司酮 (MIFE) 改善了抗 PD-1 mAb 在 SD 小鼠中的抗腫瘤作用。
圖 6. 同型對照的設置[5]
A. 抗PD-1 mAb 或同種型 Ab 對對照小鼠 B. 抗PD-1 mAb 或同種型 Ab 對社交失敗小鼠腫瘤生長的影響
A. 抗PD-1 mAb 或同種型 Ab 對對照小鼠 B. 抗PD-1 mAb 或同種型 Ab 對社交失敗小鼠腫瘤生長的影響
以上就是動物實驗中常出現的對照實驗舉例。其實動物實驗的對照組和細胞實驗的對照組設計思路是相同的，都是為了佐證實驗結果的可靠性，同時在實驗失敗時幫助我們排查導致失敗的原因。
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參考文獻
1. Caffa I, Longo VD, Nencioni A, et, al. Fasting-mimicking diet and hormone therapy induce breast cancer regression. Nature. 2020 Jul;583(7817):620-624.
2. Pauli C, Rubin MA, et, al. Personalized In Vitro and In Vivo Cancer Models to Guide Precision Medicine. Cancer Discov. 2017 May;7(5):462-477.
3. Payne JAE, Cryle MJ, et, al. Antibiotic-chemoattractants enhance neutrophil clearance of Staphylococcus aureus. Nat Commun. 2021 Oct 25;12(1):6157.
4. Motaharinia M, Gerrow K, Brown CE, et, al. Longitudinal functional imaging of VIP interneurons reveals sup-population specific effects of stroke that are rescued with chemogenetic therapy. Nat Commun. 2021 Oct 20;12(1):6112.
5. Yang H, Xia L, Ma Y, et, al. Stress-glucocorticoid-TSC22D3 axis compromises therapy-induced antitumor immunity. Nat Med. 2019 Sep;25(9):1428-1441
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