SPF是英（yīng）文Specific Pathogen Free的首字母（mǔ）简写，即无特定病原（yuán）体的意思，它是一个用来修饰（shì）动物微生物质量状态的（de）词汇，详（xiáng）见本（běn）号前文《屏障不等于SPF》。如今，以小鼠为代表的SPF动物已是国际公认的标准实验动物，在我国其生产和使（shǐ）用量也正在不断（duàn）地增加，2019年，我国实验小（xiǎo）鼠（shǔ）生产量就已超过2400万只。国标GB14922.1-2001《实验动物 寄生虫学等级（jí）及监测》和GB 14922.2-2011《实验动物 微（wēi）生物学等级及监测》SPF小鼠排除列表（biǎo）中要求必须排除体表寄生虫、蠕虫等5类寄（jì）生虫；沙门菌和绿脓（nóng）杆菌等8种（zhǒng）细菌及以小鼠肝炎病毒和仙台病毒为（wéi）代表（biǎo）的6种病毒。当下，我们使用的SPF小鼠几（jǐ）乎全部都是来自合格供应商提供的种源，通过屏障设施、IVC笼具等硬件设施和系统的管理要求来维持种群不被外源微生（shēng）物污染，并通过定期监测这些微（wēi）生物的有无来确认种群微生物状态处于SPF级。或许我们从来就没有思考过这样一个问题（tí）：即在SPF这一概念诞生（shēng）之初，并没有现成的SPF种源动物可（kě）用之时，那些最早的SPF级小（xiǎo）鼠种群是如何建立的？

本号前文（wén）《小鼠病原微生物控制演（yǎn）化历程》中提（tí）到“早期（1950年以前）的小鼠繁殖种群多源（yuán）自于宠物饲养场或由野外捕捉而来，因此携带多（duō）种病原体。”到（dào）20世纪60年代初，疾病或感染对实验结果的不良（liáng）影响（xiǎng）常常让研究人员（yuán）的（de）工作（zuò）陷入困境（jìng），因此这些感染因子成（chéng）了实验必须排（pái）除的变量。此时随着无（wú）菌隔（gé）离器（qì）的出现及剖腹产和人工哺乳技（jì）术的建立，使（shǐ）培育无菌动物成为可能，并很快在小鼠、大（dà）鼠和猪等实验动物上取得（dé）了成功（gōng）。无菌动（dòng）物种群的培育和建立似乎让业界看到了（le）解决微生物感染对动物健康影响（xiǎng）和实验结（jié）果干扰问题的曙光，为此美国（guó）国立卫生研究院 (NIH) 于1963年推出（chū）了（le）一项新的动物饲养指南，其核心内容就是（shì）使用“无菌”实验动物开展研究（jiū）。但后续的实践证明无菌（jun1）动物（wù）的使用和维（wéi）护既耗时又费力，对于大多数实验来说（shuō）太过苛刻（kè）而无法推广应用。同时还发现无菌动物（wù）同样存在健康问题。如维生素K是由“正常”小鼠的肠道细菌提供（gòng）的，“无菌”动物则必须在饮食中添加（jiā）。在“正常”小鼠的每克盲肠中含有1000亿个细菌，而无菌动物的盲肠因完全不含细菌而导致肿（zhǒng）胀，部分动物（wù）盲肠变得大到（dào）在腹膜腔中发生扭曲并（bìng）将小肠包裹在其周（zhōu）围，形成“肠绞窄”或“盲（máng）肠扭转”。此外，超大的盲肠对动物繁殖也（yě）有影响，因为它会与受孕的子宫角争夺腹腔空间，导致母鼠生产能力下降。更为关键的是，无菌动物只能在无菌环境中（zhōng）生存，一旦让它们呼吸到隔离器外的空气（qì），它们就（jiù）会（huì）生病甚至死亡。因为无任何其他细菌（所谓的“正常（cháng）”菌群）与致病菌竞争，致病菌（jun1）对“无菌（jun1）”小鼠的（de）致病性更强，例如，在“正常”小鼠中沙门氏菌的半（bàn）数致死量（liàng）是一（yī）百万个细菌，而在无菌小鼠中（zhōng）仅（jǐn）需1-10个。另外，本来对“正常”动物不致病的机会病原体，感染后也会导致“无菌（jun1）”动物死（sǐ）亡。由此看出，“无菌”不等于“无病”或健康，其也不是解（jiě）决问题的答案，因此仍需寻找新方案。

无菌动物在非无菌环境下无法存活，是因为它们在成长过程中因（yīn）无法接触到微生物而导致免（miǎn）疫系统（tǒng）发育不健全。那么可否通过（guò）引入特定微（wēi）生物让无菌（jun1）动（dòng）物的免疫（yì）系统得以发育，且同时确保这些微（wēi）生物不会导（dǎo）致动物生病和干扰实验结果呢？换（huàn）句话说，就（jiù）是暴露于外界环（huán）境之前，通过引入一些即使对无菌动物也无致病性的微生物，进而（ér）在无菌动物体（tǐ）内（nèi）建立特定的微生物种群，从而赋予它们有（yǒu）抵御在非无菌环境下无法避免的微生（shēng）物攻击的能力。如果这一特定微生物种群不包含潜在的病原体，那么就有可能建立在非无（wú）菌环境下存活且健康的动物种群了。

二十世纪60年代中期，洛克菲勒大学的拉塞尔·沙德（dé）勒博士率先开展了这一尝试（shì）。他从Swiss小鼠中分离和精选了包括大肠杆菌、粪链球菌和嗜酸乳杆菌等总共六种细菌作为保护微生物种群接种给无菌小鼠，并成功解决了无（wú）菌小鼠在非无菌环境下生存（cún）及盲肠肥大等（děng）健康问（wèn）题。这（zhè）个微生（shēng）物群落被称为“沙德勒菌群”，并被提供给动物供应商使用（yòng），以作为新衍生的无菌小鼠的基础微生物群。但（dàn）“沙德勒（lè）菌群”在应用时存在兼性厌氧菌过渡生长的情况。为此，1978年在美国国（guó）家癌症研究所资助下，沙德勒的学生罗杰·奥尔卡特对“沙德勒菌群”进行（háng）了改进。奥尔卡特用从 CD-1 小鼠中分离出的微生物取代了“沙德（dé）勒菌群”中的四种原始细菌，并引入一（yī）些新的细菌最（zuì）后形成了包含八种细菌的新的菌群，被称为“优化沙德勒菌群”。今天，奥尔卡特的“优化沙德勒菌群”仍在世界各地的许多（duō）小鼠供应商的设施中使用。那么“优化沙德勒菌群”与SPF小鼠有什么关系呢？

为了确保无菌小鼠在（zài）非无菌环境中（zhōng）生存（cún），在将它们转移（yí）到非严格无菌环境之前，故意用“优化沙（shā）德勒菌群”污染它们，使之形成一（yī）种有特定微生物种群的小鼠。虽然这些接种了“优化沙德（dé）勒菌群”的小（xiǎo）鼠进入非无（wú）菌环境（jìng）后，仍然无法阻止其它致病和不致（zhì）病的微生物的入侵，但却可以通过严（yán）格的卫生管理和微生物监控阻止那些致病或对特定实验有干（gàn）扰（rǎo）的微生物进入，即形成了最初的SPF小鼠。后续的研究表明（míng） “沙德勒（lè）菌（jun1）群”或“优化沙（shā）德勒菌群”还（hái）可以通过环境竞争和提前占位（wèi）来阻止病原体的侵入。而当下在（zài）商业公司将SPF小鼠销售（shòu）到全球的每个角落时，有关SPF小鼠培育早期从无菌态到含有特定微生物态，再到不含特（tè）定微生物态这一历（lì）程已经很少有（yǒu）人关注了。

参考文献：

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