SPF是英文Specific Pathogen Free的首字母簡寫，即無特定病原體的意思，它是一個用來修（xiū）飾動物微生物質量狀態的詞匯，詳見本號前文《屏障（zhàng）不等於SPF》。如今（jīn），以小鼠為代表的SPF動物已是國際公認的標準實驗動物，在我國其生產（chǎn）和使用量也正（zhèng）在不斷地增加，2019年，我國實驗小鼠生產量就已（yǐ）超過2400萬隻。國標GB14922.1-2001《實驗（yàn）動物 寄生（shēng）蟲學等級及監（jiān）測》和GB 14922.2-2011《實驗動物 微生物學等級及監測》SPF小鼠排除列表中要（yào）求必須排除體表寄生蟲、蠕蟲等5類（lèi）寄生蟲；沙門（mén）菌（jun1）和綠膿杆（gǎn）菌等8種細菌及以小鼠肝炎病毒和仙台病毒為代（dài）表的6種病毒。當下，我們使用的SPF小鼠幾乎全部都是來自合格（gé）供應商提供的種源，通過屏障設施、IVC籠具等硬件（jiàn）設施和係統的管理要求來維持種群不被外源（yuán）微生物汙染，並通過定期監測這些微生物（wù）的有無來確認種群微生物狀態（tài）處於SPF級。或（huò）許我們從來就沒有（yǒu）思考過這樣一個問（wèn）題：即在SPF這一概念（niàn）誕生之初，並沒有現成（chéng）的SPF種源動物可用（yòng）之時，那些最早的SPF級（jí）小鼠種群是如何建立的？

本號前文《小鼠病原微生物控製演化曆程》中提到“早期（1950年以（yǐ）前）的小鼠繁殖種群多源自於寵物飼養（yǎng）場或由（yóu）野外捕捉而來，因此攜帶多種病原體。”到20世紀60年代初，疾病或感染對實驗（yàn）結（jié）果（guǒ）的不良影響常常讓研究（jiū）人員的工作陷入（rù）困境，因此（cǐ）這些感染因子成了實驗必須（xū）排除的變量。此時隨著無菌隔離器的出現及剖腹產和人工哺乳技術的建立，使培育無菌動物成為可能，並（bìng）很快在小鼠、大鼠和豬等實驗動物上取得了成功。無（wú）菌動物種群的培育和建立似乎讓業界看到了解決微生物感染對動物健康影響和實驗（yàn）結果幹擾問題的曙光（guāng），為此美國國立衛生研究院 (NIH) 於1963年推出了一項新的動物飼養指南，其核心內容就是使（shǐ）用“無菌”實驗（yàn）動物開展研究。但後續的實踐證（zhèng）明無菌動物的使用和維護既耗時又費力，對於大多數（shù）實驗來說太過苛刻而無法推廣應（yīng）用。同時還發現無菌動（dòng）物同樣存在健康問題。如維生素K是由“正常”小鼠的（de）腸道細菌提供的，“無菌（jun1）”動物則必須在飲食中添加。在“正常”小鼠的每克盲（máng）腸中含有（yǒu）1000億個細菌，而無菌動物的盲腸因完全不含細菌而導致腫脹（zhàng），部分動物盲腸變得大到在（zài）腹（fù）膜腔中發生扭曲並將小腸包裹在其周圍，形（xíng）成“腸絞（jiǎo）窄”或“盲腸扭轉”。此外，超大（dà）的盲腸對動物繁殖也有影響，因為它會與受孕的子宮角爭奪腹腔空（kōng）間（jiān），導致母（mǔ）鼠生產能（néng）力下降。更（gèng）為關鍵的是，無（wú）菌動物隻能在無菌環境中生存，一旦讓它們呼吸到隔（gé）離器外的空氣（qì），它們就會生病（bìng）甚至（zhì）死亡。因為無任何其他細菌（所（suǒ）謂的“正（zhèng）常”菌群）與致（zhì）病菌競爭，致病菌對“無菌”小鼠的致病性更強（qiáng），例如，在“正常”小鼠中沙門（mén）氏菌的半數致死量是一（yī）百萬個細（xì）菌，而在（zài）無菌小鼠中僅需（xū）1-10個（gè）。另外（wài），本（běn）來（lái）對“正常”動物不致病的機會病原體，感染後也會導致“無菌”動物死（sǐ）亡。由此看出，“無（wú）菌（jun1）”不等於“無病（bìng）”或健康，其也不是解決問題的答案，因此仍需尋找（zhǎo）新方案（àn）。

無菌動物在非無（wú）菌環境（jìng）下無法存活，是因為它們在成長過程中因（yīn）無（wú）法接觸到（dào）微（wēi）生物而導致免疫係統發育不健全。那麽可否（fǒu）通過引入特定微生物讓無菌動物的免疫係（xì）統得以發育，且同時確保這些微生物不（bú）會導致動物生病（bìng）和幹擾實驗結果呢？換（huàn）句（jù）話說，就是暴露於外界環境之（zhī）前，通過引入（rù）一些即（jí）使對無（wú）菌動物也無致病性的微生物，進而在無菌（jun1）動物體內建立特定（dìng）的微生物種群，從而（ér）賦予它們有抵禦（yù）在非無菌環境下無法避免的微生物（wù）攻擊的能力。如果這一特定微（wēi）生物（wù）種群不（bú）包含潛在的病原（yuán）體，那麽就有可能建（jiàn）立在非無菌（jun1）環境下存活且健康的動物種群（qún）了。

二十（shí）世紀60年代中期，洛克菲勒大學的拉塞爾·沙德（dé）勒博士率先開（kāi）展了（le）這一嚐試。他從Swiss小鼠中分離和精選了包括大腸杆菌（jun1）、糞鏈球菌和嗜酸乳杆菌等總共六種細菌作為保護微（wēi）生物種群接種給無菌小鼠，並（bìng）成功解（jiě）決了（le）無菌小（xiǎo）鼠在非無菌環境下生存及盲腸（cháng）肥大等健康問題。這個微生物群落被稱為“沙德勒菌（jun1）群”，並被提（tí）供給動物供（gòng）應商（shāng）使用，以作為新衍生（shēng）的無菌小鼠的基礎微生物群（qún）。但“沙德勒菌群”在應用時存（cún）在兼性厭氧菌過（guò）渡生長的情況。為此，1978年在美國國家癌症研（yán）究所資助下，沙（shā）德勒的學生羅傑·奧爾（ěr）卡特對“沙德勒菌群”進行了改進。奧爾卡特用從 CD-1 小鼠中分離出的（de）微生物取代了“沙（shā）德勒菌群”中的四種（zhǒng）原（yuán）始細菌，並引入一些新的細菌最後形成（chéng）了包含八種細菌的新的菌群，被稱為“優化沙德勒菌群”。今天，奧（ào）爾（ěr）卡特的“優化沙德勒（lè）菌群”仍在世界各地的許多小鼠供應商的設施中使用。那麽“優化沙德勒菌（jun1）群”與SPF小鼠有什麽關係呢？

為了確保無菌小鼠在非無菌環境中生存，在（zài）將它們轉移（yí）到非嚴（yán）格無菌環境之前，故意用“優化沙德勒菌群”汙染它們，使之形成一種（zhǒng）有特定微（wēi）生物種群的小鼠。雖然這些接種了“優化沙德勒菌群”的小鼠進入非無菌環境後，仍然無法阻止其它致病和不致病的微生物（wù）的入侵，但卻可以通過嚴格的衛生管理和微生物監（jiān）控阻止（zhǐ）那些致病（bìng）或對特定（dìng）實（shí）驗有幹擾的（de）微生物（wù）進入（rù），即形成了最初的SPF小鼠。後續的研究表明 “沙德勒菌群”或“優化沙德勒菌群”還可以通（tōng）過環境競爭和（hé）提前占位來阻止病原體的侵入。而當下在商業公司將SPF小鼠銷售到全球的每個角落時，有關SPF小鼠培育（yù）早期從無菌（jun1）態到含有特定微生物態，再到不含特定（dìng）微生物態這一（yī）曆程已經很少有人關注了。

參考文獻：

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2. Laboratory Animal Medicine, Third Edition 1263-1296

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