SPF是英文Specific Pathogen Free的首字母简写，即无特定病原体的意思，它是一个用来修饰动物微生物质量状态的词汇，详见本号前文《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，在我国其生产和使用量也正在不断地增加，2019年，我国实验小鼠生产量就已超过2400万只。国标GB14922.1-2001《实验动物 寄生虫学等级及监测》和GB 14922.2-2011《实验动物 微生物学等级及监测》SPF小鼠排除列表中要求必须排除体表寄生虫、蠕虫等5类寄生虫；沙门菌和绿脓杆菌等8种细菌及以小鼠肝炎病毒和仙台病毒为代表的6种病毒。当下，我们使用的SPF小鼠几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物污染，并通过定期监测这些微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：即在SPF这一概念诞生之初，并没有现成的SPF种源动物可用之时，那些最早的SPF级小鼠种群是如何建立的？

本号前文《小鼠病原微生物控制演化历程》中提到“早期（1950年以前）的小鼠繁殖种群多源自于宠物饲养场或由野外捕捉而来，因此携带多种病原体。”到20世纪60年代初，疾病或感染对实验结果的不良影响常常让研究人员的工作陷入困境，因此这些感染因子成了实验必须排除的变量。此时随着无菌隔离器的出现及剖腹产和人工哺乳技术的建立，使培育无菌动物成为可能，并很快在小鼠、大鼠和猪等实验动物上取得了成功。无菌动物种群的培育和建立似乎让业界看到了解决微生物感染对动物健康影响和实验结果干扰问题的曙光，为此美国国立卫生研究院 (NIH) 于1963年推出了一项新的动物饲养指南，其核心内容就是使用“无菌”实验动物开展研究。但后续的实践证明无菌动物的使用和维护既耗时又费力，对于大多数实验来说太过苛刻而无法推广应用。同时还发现无菌动物同样存在健康问题。如维生素K是由“正常”小鼠的肠道细菌提供的，“无菌”动物则必须在饮食中添加。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胀，部分动物盲肠变得大到在腹膜腔中发生扭曲并将小肠包裹在其周围，形成“肠绞窄”或“盲肠扭转”。此外，超大的盲肠对动物繁殖也有影响，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生存，一旦让它们呼吸到隔离器外的空气，它们就会生病甚至死亡。因为无任何其他细菌（所谓的“正常”菌群）与致病菌竞争，致病菌对“无菌”小鼠的致病性更强，例如，在“正常”小鼠中沙门氏菌的半数致死量是一百万个细菌，而在无菌小鼠中仅需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”动物死亡。由此看出，“无菌”不等于“无病”或健康，其也不是解决问题的答案，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无法接触到微生物而导致免疫系统发育不健全。那么可否通过引入特定微生物让无菌动物的免疫系统得以发育，且同时确保这些微生物不会导致动物生病和干扰实验结果呢？换句话说，就是暴露于外界环境之前，通过引入一些即使对无菌动物也无致病性的微生物，进而在无菌动物体内建立特定的微生物种群，从而赋予它们有抵御在非无菌环境下无法避免的微生物攻击的能力。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·沙德勒博士率先开展了这一尝试。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，并成功解决了无菌小鼠在非无菌环境下生存及盲肠肥大等健康问题。这个微生物群落被称为“沙德勒菌群”，并被提供给动物供应商使用，以作为新衍生的无菌小鼠的基础微生物群。但“沙德勒菌群”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“沙德勒菌群”中的四种原始细菌，并引入一些新的细菌最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非无菌环境中生存，在将它们转移到非严格无菌环境之前，故意用“优化沙德勒菌群”污染它们，使之形成一种有特定微生物种群的小鼠。虽然这些接种了“优化沙德勒菌群”的小鼠进入非无菌环境后，仍然无法阻止其它致病和不致病的微生物的入侵，但却可以通过严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扰的微生物进入，即形成了最初的SPF小鼠。后续的研究表明 “沙德勒菌群”或“优化沙德勒菌群”还可以通过环境竞争和提前占位来阻止病原体的侵入。而当下在商业公司将SPF小鼠销售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，再到不含特定微生物态这一历程已经很少有人关注了。

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