SPF是英文Specific Pathogen Free的首字母簡(jiǎn)寫(xiě)，即無(wú)特定病原體的意思，它是一個(gè)用來(lái)修飾動(dòng)物微生物質(zhì)量狀態(tài)的詞匯，詳見(jiàn)本號前文《屏障不等于SPF》。如今，以小鼠為代表的SPF動(dòng)物已是國際公認的標準實(shí)驗動(dòng)物，在我國其生產(chǎn)和使用量也正在不斷地增加，2019年，我國實(shí)驗小鼠生產(chǎn)量就已超過(guò)2400萬(wàn)只。國標GB14922.1-2001《實(shí)驗動(dòng)物 寄生蟲(chóng)學(xué)等級及監測》和GB 14922.2-2011《實(shí)驗動(dòng)物 微生物學(xué)等級及監測》SPF小鼠排除列表中要求必須排除體表寄生蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)等5類(lèi)寄生蟲(chóng)；沙門(mén)菌和綠膿桿菌等8種細菌及以小鼠肝炎病毒和仙臺病毒為代表的6種病毒。當下，我們使用的SPF小鼠幾乎全部都是來(lái)自合格供應商提供的種源，通過(guò)屏障設施、IVC籠具等硬件設施和系統的管理要求來(lái)維持種群不被外源微生物污染，并通過(guò)定期監測這些微生物的有無(wú)來(lái)確認種群微生物狀態(tài)處于SPF級。或許我們從來(lái)就沒(méi)有思考過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：即在SPF這一概念誕生之初，并沒(méi)有現成的SPF種源動(dòng)物可用之時(shí)，那些最早的SPF級小鼠種群是如何建立的？

本號前文《小鼠病原微生物控制演化歷程》中提到“早期（1950年以前）的小鼠繁殖種群多源自于寵物飼養場(chǎng)或由野外捕捉而來(lái)，因此攜帶多種病原體。”到20世紀60年代初，疾病或感染對實(shí)驗結果的不良影響常常讓研究人員的工作陷入困境，因此這些感染因子成了實(shí)驗必須排除的變量。此時(shí)隨著(zhù)無(wú)菌隔離器的出現及剖腹產(chǎn)和人工哺乳技術(shù)的建立，使培育無(wú)菌動(dòng)物成為可能，并很快在小鼠、大鼠和豬等實(shí)驗動(dòng)物上取得了成功。無(wú)菌動(dòng)物種群的培育和建立似乎讓業(yè)界看到了解決微生物感染對動(dòng)物健康影響和實(shí)驗結果干擾問(wèn)題的曙光，為此美國國立衛生研究院 (NIH) 于1963年推出了一項新的動(dòng)物飼養指南，其核心內容就是使用“無(wú)菌”實(shí)驗動(dòng)物開(kāi)展研究。但后續的實(shí)踐證明無(wú)菌動(dòng)物的使用和維護既耗時(shí)又費力，對于大多數實(shí)驗來(lái)說(shuō)太過(guò)苛刻而無(wú)法推廣應用。同時(shí)還發(fā)現無(wú)菌動(dòng)物同樣存在健康問(wèn)題。如維生素K是由“正常”小鼠的腸道細菌提供的，“無(wú)菌”動(dòng)物則必須在飲食中添加。在“正常”小鼠的每克盲腸中含有1000億個(gè)細菌，而無(wú)菌動(dòng)物的盲腸因完全不含細菌而導致腫脹，部分動(dòng)物盲腸變得大到在腹膜腔中發(fā)生扭曲并將小腸包裹在其周?chē)纬伞澳c絞窄”或“盲腸扭轉”。此外，超大的盲腸對動(dòng)物繁殖也有影響，因為它會(huì )與受孕的子宮角爭奪腹腔空間，導致母鼠生產(chǎn)能力下降。更為關(guān)鍵的是，無(wú)菌動(dòng)物只能在無(wú)菌環(huán)境中生存，一旦讓它們呼吸到隔離器外的空氣，它們就會(huì )生病甚至死亡。因為無(wú)任何其他細菌（所謂的“正常”菌群）與致病菌競爭，致病菌對“無(wú)菌”小鼠的致病性更強，例如，在“正常”小鼠中沙門(mén)氏菌的半數致死量是一百萬(wàn)個(gè)細菌，而在無(wú)菌小鼠中僅需1-10個(gè)。另外，本來(lái)對“正常”動(dòng)物不致病的機會(huì )病原體，感染后也會(huì )導致“無(wú)菌”動(dòng)物死亡。由此看出，“無(wú)菌”不等于“無(wú)病”或健康，其也不是解決問(wèn)題的答案，因此仍需尋找新方案。

無(wú)菌動(dòng)物在非無(wú)菌環(huán)境下無(wú)法存活，是因為它們在成長(cháng)過(guò)程中因無(wú)法接觸到微生物而導致免疫系統發(fā)育不健全。那么可否通過(guò)引入特定微生物讓無(wú)菌動(dòng)物的免疫系統得以發(fā)育，且同時(shí)確保這些微生物不會(huì )導致動(dòng)物生病和干擾實(shí)驗結果呢？換句話(huà)說(shuō)，就是暴露于外界環(huán)境之前，通過(guò)引入一些即使對無(wú)菌動(dòng)物也無(wú)致病性的微生物，進(jìn)而在無(wú)菌動(dòng)物體內建立特定的微生物種群，從而賦予它們有抵御在非無(wú)菌環(huán)境下無(wú)法避免的微生物攻擊的能力。如果這一特定微生物種群不包含潛在的病原體，那么就有可能建立在非無(wú)菌環(huán)境下存活且健康的動(dòng)物種群了。

二十世紀60年代中期，洛克菲勒大學(xué)的拉塞爾·沙德勒博士率先開(kāi)展了這一嘗試。他從Swiss小鼠中分離和精選了包括大腸桿菌、糞鏈球菌和嗜酸乳桿菌等總共六種細菌作為保護微生物種群接種給無(wú)菌小鼠，并成功解決了無(wú)菌小鼠在非無(wú)菌環(huán)境下生存及盲腸肥大等健康問(wèn)題。這個(gè)微生物群落被稱(chēng)為“沙德勒菌群”，并被提供給動(dòng)物供應商使用，以作為新衍生的無(wú)菌小鼠的基礎微生物群。但“沙德勒菌群”在應用時(shí)存在兼性厭氧菌過(guò)渡生長(cháng)的情況。為此，1978年在美國國家癌癥研究所資助下，沙德勒的學(xué)生羅杰·奧爾卡特對“沙德勒菌群”進(jìn)行了改進(jìn)。奧爾卡特用從 CD-1 小鼠中分離出的微生物取代了“沙德勒菌群”中的四種原始細菌，并引入一些新的細菌最后形成了包含八種細菌的新的菌群，被稱(chēng)為“優(yōu)化沙德勒菌群”。今天，奧爾卡特的“優(yōu)化沙德勒菌群”仍在世界各地的許多小鼠供應商的設施中使用。那么“優(yōu)化沙德勒菌群”與SPF小鼠有什么關(guān)系呢？

為了確保無(wú)菌小鼠在非無(wú)菌環(huán)境中生存，在將它們轉移到非嚴格無(wú)菌環(huán)境之前，故意用“優(yōu)化沙德勒菌群”污染它們，使之形成一種有特定微生物種群的小鼠。雖然這些接種了“優(yōu)化沙德勒菌群”的小鼠進(jìn)入非無(wú)菌環(huán)境后，仍然無(wú)法阻止其它致病和不致病的微生物的入侵，但卻可以通過(guò)嚴格的衛生管理和微生物監控阻止那些致病或對特定實(shí)驗有干擾的微生物進(jìn)入，即形成了最初的SPF小鼠。后續的研究表明 “沙德勒菌群”或“優(yōu)化沙德勒菌群”還可以通過(guò)環(huán)境競爭和提前占位來(lái)阻止病原體的侵入。而當下在商業(yè)公司將SPF小鼠銷(xiāo)售到全球的每個(gè)角落時(shí)，有關(guān)SPF小鼠培育早期從無(wú)菌態(tài)到含有特定微生物態(tài)，再到不含特定微生物態(tài)這一歷程已經(jīng)很少有人關(guān)注了。

參考文獻：

1. Laboratory Animals 2009; 43: 362–370

2. Laboratory Animal Medicine, Third Edition 1263-1296

3. ILAR Journal, 2015, Vol. 56, No. 2, 169–178