研究用动物

根据《动物福利法》(AWA) 注册的研究机构，必须每年向美国农业部（USDA）下属的动植物卫生检验局 (APHIS) 提交年度报告。报告需详细说明所使用的需申报物种的通用名称、数量及其他规定信息。

2024 年，APHIS 共收到 1014 家研究机构的报告，涉及约 775,000 只受 AWA 监管的动物，其中包括约 134,000 只豚鼠、115,000 只家兔、72,000 只仓鼠、104,000 只非人灵长类动物 (NHP)、43,000 只犬、45,000 只猪、12,000 只猫、12,000 只绵羊、63,000 只鸟类以及 174,000 只其他物种个体。从 2023 年到 2024 年，犬、猫、豚鼠、仓鼠和家兔的使用量有所下降，而非人灵长类动物的使用量则保持相对稳定 (1)。

在美国，研究用小鼠、大鼠、鸟类、两栖动物或鱼类没有联邦强制报告要求，因此较难确定这些物种的精确数量。通常，这些数量数据来源于内部繁育种群的管理者、商业供应商，有时也包括捕获者；后两者的生产和销售数据属于商业机密，不会对外公开。

2023 年，研究监督和动物福利组织估计，美国每年用于研究的小鼠和大鼠约有 2500 万至 3000 万只。超过 95% 的研究动物 (2, 3)，以及 400 万至 500 万条斑马鱼 (4) 和 >100,000 只两栖动物 (5)，被用于遗传学、发育生物学和环境科学研究。

人类与动物基因组测序技术的发展推动了精准医学的进步。精准医学旨在结合个体基因、环境与生活方式制定个性化治疗方案，而不是对整个群体采用通用型治疗模式。精准医学验证研究和基于动物模型的研究表明，需要突破传统以小鼠为核心的模式体系，拓展覆盖更多物种和基因型的多样性选择。自 2023 年以来，精准医学越来越多地利用比较基因组学和多物种模型（包括大鼠、斑马鱼、犬、猪和非人灵长类动物）开展遗传变异相关研究。

2024 年，NIH 支持的联盟以及欧洲 Infrafrontier 等项目，强调使用基因多样性资源，如多样性远交 (DO) 小鼠、协作交叉 (CC) 小鼠或患者来源的异种移植模型（将人类癌细胞植入免疫缺陷啮齿动物体内构建的模型）。这类模型能够更好模拟人类疾病发病机制与药物治疗反应。通过还原人类群体的遗传异质性，降低临床转化研究的失败率，提升动物实验的预测价值与有效性。

小鼠 (Mus musculus) 因其体型小、寿命短、适应性强、性情温顺、成本低廉、繁殖力高，以及健康和遗传背景明确，成为广泛应用的研究模型。此外，在小鼠中进行基因操作（如引入人类和其他动物基因、肿瘤、免疫细胞或微生物组成分）也相对容易。

胚胎基因组编辑技术，如 CRISPR（成簇的规律间隔的短回文重复序列）以及先导编辑，极大地促进了基因工程小鼠在研究中的应用。依托这些技术，科研人员构建了大量携带免疫缺陷、遗传病的突变小鼠品系，其病症与人类及其他哺乳动物的同类疾病高度相似。碱基编辑与表观基因组编辑技术，进一步实现了小鼠精确单核苷酸修饰和靶向基因表达调控。

表型分析和单细胞多组学技术（如转录组学、表观基因组学、蛋白质组学），大幅提升了动物模型的功能验证效率，缩短了基础研究向临床转化的周期。目前小鼠模型可实现多类人类组织共移植，在传染病学与肿瘤学研究中的应用价值显著提升。

褐家鼠 (Rattus norvegicus) 是仅次于小鼠的第二大常用研究啮齿动物。大鼠具备许多与小鼠相同的理想研究特性，且由于其体型较大，更适合进行手术操作和行为学研究。突变系、近交系和远交系大鼠，被广泛应用于衰老、癌症、药物作用、成瘾、关节炎、脑损伤、高血压、胚胎学、内分泌疾病、神经生理学、传染病、中风、器官移植和手术诱导疾病等研究领域。

随着 CRISPR 和碱基编辑技术的进步，建立阿尔茨海默病、视网膜退行性病变和代谢综合征的转基因大鼠模型成为可能。由于大鼠的大脑较大且更适合影像学检查，在神经行为和免疫系统研究中，大鼠比小鼠更受青睐。

豚鼠和家兔是仅次于小鼠和大鼠的最常见研究哺乳动物；但自 20 世纪 90 年代以来，二者在研究中的使用量持续下降。 

豚鼠 (Cavia porcellus) 是最早用于生物医学研究的动物之一。由于豚鼠气道生理学与人类相似，其常被用于呼吸道病毒学和结核病研究。豚鼠在免疫学、疫苗和听觉研究中也做出了重要贡献。然而，由于其妊娠期较长（59~72 天）且每胎产仔数较少（2~5 只），其在研究中的整体使用量有所下降。

家兔在产品安全性测试中的应用已有所减少。但家兔在眼部给药、动脉粥样硬化和组织工程研究中仍不可或缺。此外，借助 CRISPR 技术的进步，转基因家兔在免疫学与治疗性抗体研究中的应用热度持续回升。

仓鼠被用于研究肥胖症、癌变、前列腺疾病、中毒、传染病（包括慢病毒）、龋齿、慢性支气管炎和致畸作用。叙利亚仓鼠和西伯利亚仓鼠由于对 SARS-CoV-2 易感，成为研究 COVID-19 病毒发病机制、传播途径以及疫苗或抗病毒药物疗效的关键模型。 

除叙利亚仓鼠 (Mesocricetus auratus)外，研究中使用的其他仓鼠物种还包括：亚美尼亚仓鼠、西伯利亚仓鼠（侏儒或新疆仓鼠）、中国仓鼠、欧洲仓鼠和土耳其仓鼠。仓鼠容易获取、繁殖能力强且大多不携带疾病；但它们对诱导性病毒疾病较为易感。

研究中使用的其他啮齿动物物种包括：沙鼠、鹿鼠、毛丝鼠、棉鼠、稻鼠、多乳鼠、刺鼠、八齿鼠、田鼠和土拨鼠。

尽管啮齿动物模型是研究中最常用的哺乳动物，但犬等大型实验动物在生物医学研究中具备不可替代的优势，尤其是在心血管疾病、内分泌学、骨科疾病和药代动力学研究方面。犬的体型、可训练性和生理学特征使其适用于手术模型和假体器械测试。犬在转化研究中至关重要，特别是在慢性植入和遥测技术方面。专门繁育的比格犬因其性情温顺和体型均一而得到广泛应用。 

自 1984 年以来，犬在研究中的使用量有所下降，而多种家畜的使用则有所增加。该变化源于公众舆论与法规对犬类实验的约束，同时家畜的比较解剖学与生理学特征更适配部分专项研究。例如，猪被用于心血管研究、消化生理学、手术模型和异种器官移植。绵羊被用于研究新生儿发育、人类疫苗改良、哮喘、药物递送、昼夜节律和外科手术技术。

非人灵长类动物在视觉、神经科学、传染病、疫苗和安全性测试研究中至关重要。它们已成为 HIV 感染和年龄相关神经退行性疾病的重要模型。针对 NHP 研究的监管审查日趋严格，荷兰和加拿大等国已收紧伦理审查标准，并要求若无特殊正当理由，不得资助 NHP 相关研究。

自 2015 年起，美国已全面禁止将黑猩猩 (Pan troglodytes) 用于生物医学研究，全球多数黑猩猩实验种群已转入保护收容机构。由于实验猴供应链受限、物种保护政策收紧、亚洲猕猴出口禁令等因素，科研人员加速开发狨猴、转基因啮齿动物等替代研究模型，同时持续优化现有猕猴实验种群的培育与应用体系。

自 1980 年以来，猫在研究中的使用有所下降。然而，猫在神经科学、衰老、遗传性疾病和传染病研究中仍是重要的模型动物。感染猫免疫缺陷病毒的猫被用于转化神经学研究，特别是癫痫、脊髓损伤和慢病毒发病机制的研究。

核心水生研究物种包括斑马鱼 (Danio rerio)、四倍体非洲爪蟾 (Xenopus laevis) 以及来自西非的二倍体、快速性成熟的热带爪蟾 (Xenopus tropicalis)。斑马鱼极易进行诱变，可用于疾病与癌症研究。爪蟾在研究细胞周期和基因功能方面具有重要价值。 

高通量 CRISPR 诱变技术与自动化成像技术，进一步拓展了斑马鱼在毒理学、罕见疾病基因发现和神经行为表型分析中的应用。随着单细胞多组学和 CRISPR 技术的发展，爪蟾 (Xenopus) 属在功能基因组学和再生生物学中的应用日益广泛。

研究使用的其他物种还包括山羊、牛犊、马、雪貂、犰狳、负鼠、鸟类、爬行动物、其他两栖动物、其他鱼类和无脊椎动物。截至本文撰写时，雪貂是研究流感和 SARS-CoV-2 变异株的首选小型动物模型。随着遗传工具和成像技术的进步，果蝇、线虫和头足类等无脊椎动物正逐渐成为神经生物学和行为科学研究的重要对象。