在整体动物水平进行药物活性筛选是新药研发过程中的重要技术。20世纪80年代以前，整体动物实验一直是药物筛选的基本方法。随着分子生物学、细胞生物学的快速发展，逐渐形成以分子和细胞水平为主的高通量和高内涵体外筛选技术，它们为加快新药发现发挥了巨大作用。但相对于分子和细胞水平的体外筛选，整体动物水平筛选具有直观、全面的优点。在整体动物水平筛选获得的活性结果，对预测被筛选样品的临床效果和应用前景具有十分重要的价值。因此，整体动物水平筛选在新药研发过程中具有不可替代的作用和地位。

整体动物筛选技术的关键是如何建立更接近于人类疾病的动物疾病模型，包括正常动物和病理动物模型。由于正常动物不能充分反应药物病理条件下的治疗作用，在整体动物水平药物筛选中应用更多的是病理模型。因此，研究和制备适当的动物疾病模型，成为药物研究领域长期的重要课题。理想的整体动物模型应具备的基本条件是病理机制与人类疾病的相似性、病理表现的稳定性和药物作用的可观察性。根据动物来源不同，整体动物水平筛选技术可分为以哺乳动物疾病模型为研究对象的传统动物水平药物筛选技术，以及以小型模式动物模型为研究对象的新型动物水平药物筛选技术。

一直以来在整体动物水平进行药物筛选主要以小鼠、大鼠、家兔、犬等哺乳动物为研究对象，通过自身遗传、手术或化学诱导，或运用转基因技术建立相应的模拟人类的疾病模型，进而观察药物的作用。

自发性动物模型是在自然情况下试验动物所发生的疾病模型，包括突变系的遗传疾病和近交系的肿瘤模型。突变系的遗传疾病很多，可分为代谢性疾病，分子疾病和特种蛋白质合成异常性疾病等。如无胸腺裸鼠、自发性乳腺癌小鼠、肌肉萎缩症小鼠、肥胖症小鼠、癫痫大鼠、自发性高血压大鼠、自发糖尿病小鼠和青光眼兔等。自发性动物模型由于是在自然条件下发生的疾病，对于研究人类相应的疾病自发性很有意义。但自发性动物模型一般来源困难，价格昂贵，无法进行大规模药物筛选。

诱发性动物模型是通过使用物理的、化学的和生物的致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或全身一定的损害，出现某些类似于人类疾病的功能、代谢或形态结构方面的病变。例如用化学致癌剂、放射线、病毒诱发的肿瘤等，采用手术方法制备的脑卒中、心肌缺血模型等。实验或诱发性动物模型在短时间内可大量复制，并能严格控制各种条件使复制出的疾病模型适合研究目的需要，是最常用的动物水平药物筛选模型。但诱发的动物模型和自然产生的疾病模型存在一定的差异。

转基因动物模型是用实验方法将已发现的疾病相关基因导入动物的染色体基因组内并进行整合，建立与人类相同疾病的，并能遗传给后代的一类动物模型。转基因动物模型避免了诱发性动物模型与人类某种症状相似的疾病在致病原因、机制方面不尽相同的缺点，其结果准确、经济、实验次数少，大大缩短了实验时间。目前已研究出大量的转基因动物模型用于药物筛选研究，特别是在抗肿瘤、抗病毒、抗老年痴呆、抗帕金森病的药物筛选中取得了突破性进展。但转基因动物存在动物种属差异、性别不均衡，转基因产物并不一定能长期表达，目的基因能否准确地定位于等位基因上等技术性的问题。随着转基因动物技术日臻完善，转基因动物作为疾病模型用于药物筛选具有广阔的前景。

传统整体动物水平药物筛选通常是将受试样品对模型动物处理一定时间后，对比受试药组与正常或模型对照组检测指标变化的差异进而判断样品的作用。在传统整体动物水平进行药物筛选检测指标范围较广，生理、生化、血液、免疫、组织病理学、行为学或生长发育等均可作为检测指标反映药物活性。如抗肿瘤药物筛选，可根据药物对肿瘤模型动物的生存率、生命延长时间、肿瘤体积、肿瘤重量等生存状况的影响判断其是否具有抗肿瘤活性。抗糖尿病药物筛选则主要根据动物血糖、糖化血红蛋白等生化指标反映药物的作用。

另外，相对于体外药物筛选技术，体内药物筛选给药量较大，给药方式多样化，包括口服、腹腔注射、静脉注射、皮肤给药等多种方式。由于所采用的动物的特殊性，决定了传统整体动物水平药物筛选过程主要依赖于手工操作，而且只能对有限的样品进行筛选，使传统整体动物模型筛选新药具有明显的局限性，即效率低、成本高、时间长、劳动强度大、操作技术要求高等缺点。

近10年来，随着分子生物学技术、自动化成像技术的发展，已有大量研究人员采用线虫、果蝇、斑马鱼等小型模式动物，建立类似人类疾病的动物模型，并用于药物筛选。

杆状线虫（ Caenorhabditis elegans， C. elegans）与人类基因高同源性，体积较小，组织透明，容易培养，生命周期较短。采用转基因技术在杆状线虫中表达荧光标记的特定疾病相关的蛋白，利用自动化荧光成像平台整合成像采集和数据分析模块定性检测线虫不同生物过程，包括生长、组织形成，细胞活力和自噬，从而可用于药物筛选。目前，线虫主要用于筛选衰老、感染、神经退行性疾病等的防治药物。

果蝇（drosophila）与线虫类似，与人类基因有高度同源性，同时具有体积小、易于操作、饲养简单、成本低廉、生命周期短（约2周）、繁殖力强、子代数量多以及便于进行表型分析等多种特点。果蝇具有复杂的神经系统与脑组织，阻止药物到达中枢神经系统的屏障很弱，这也使得果蝇可用于神经系统疾病的药物筛选。但因其培养环境为固体培养，故无法在微孔板中进行，自动化操作困难。在利用果蝇建立的疾病模型涉及较多的是神经退行性疾病包括帕金森病、阿尔茨海默病、多聚谷氨酰胺病及脆性X综合征等，以及肿瘤、心血管疾病、线粒体病等。

斑马鱼（zebrafish）是脊椎动物，其心血管系统、视觉系统、免疫系统等与人类相应系统有许多共同特点，斑马鱼的基因与人类的基因保守度达到85%。斑马鱼个体小，体长3～5cm，饲养简单便宜。胚胎透明，从完整的活体可观察到所有内部器官和结构，可多角度观察动态过程，而且胚胎生长发育快，受精后24小时主要器官基本形成，便于研究组织器官的发育和功能。研究人员已在斑马鱼上模拟多种人类疾病，并用于抗血管生成、凋亡和增殖、抗炎、抗肿瘤等药物筛选。相对果蝇、线虫坚硬的表皮，药物吸收困难，斑马鱼胚胎则可通过扩散来吸收药物，因此斑马鱼整体动物模型是非常合适的小分子药物筛选模型。

由于线虫、果蝇及斑马鱼等小型模式动物具有饲养容易、个体小、繁殖快等优点，已有研究人员将其用于高通量或高内涵药物筛选，操作流程可在96孔或384孔微板中进行。

小型模式动物筛选模型检测指标相对传统动物筛选模型简单，主要包括存活率、生长状况、局部组织病理改变等。如壳质酶与受精卵孵化成幼体的行为密切相关，而神经退行性疾病常导致行为或移动缺陷，据此建立果蝇神经退行性疾病的模型，根据自动化定量方式监控果蝇受精卵孵化幼体的过程或幼体的行为和移动情况，通过检测撞击频率等指标考察药物的作用。SYTOX荧光染料可与受损细胞的DNA结合，荧光强度的变化可反映小型模式动物死亡率。因此在筛选抗粪肠杆菌化合物的实验中，将已标记荧光染料的秀丽隐杆线虫感染粪肠杆菌，如不加抗生素其死亡率增加，使用抗生素可提高其存活率，该模型可用来筛选体外抑制粪肠杆菌复制的化合物。

近年发展的个体自动分析系统技术为小型模式动物进行高通量筛选提供了巨大支持，如COPAS Biosort（complex object parametric analyzer and sorter，COPAS），可根据长度、光密度、荧光信号强度等对药物作用小型模式动物后进行分选。斑马鱼的胚胎和幼体是透明的，这个特点对于利用活体成像技术实时的观测相关蛋白的表达和特定表型的（神经）细胞分布等有利，是啮齿类或其他模式脊椎动物无法比拟的。结合GFP绿色荧光蛋白标记技术，可以观察分析药物影响神经生长或突触发育的各个因素是如何发挥作用的，了解突触的生长和突触发育调节的细胞分子机制。通过对斑马鱼心肌细胞进行荧光标记，建立了一种新的迅速评价新药对心率影响的方法，将斑马鱼放入96孔板后，自动监测心率，用于评价抗心律失常类药物的药效。也有利用自动成像技术和血管内皮细胞表达绿色荧光蛋白的斑马鱼胚胎，筛选抑制血管形成的小分子。即能在血管形成过程中特异性表达绿色荧光蛋白，呈现带有绿色荧光的血管，借助于共聚焦显微镜，便能直观、精细地观察到血管形成全过程，通过抑制血管生成活性进行评价，筛选药物抗肿瘤血管生成的作用。

小型模式动物模型是药物整体动物水平筛选新技术的发展趋势，对于提高新药研发速度和效率将起到重要作用，将来有可能取代一些体外模型，如血管生成模型等，但其目前仍然主要是作为传统整体动物模型的补充。与传统动物筛选模型相比，小型模式动物和人类基因的同源性低，给药方式主要为液体给药，因此在哺乳动物模型上进行药物确证研究依然不可替代。

无论是传统整体动物筛选模型还是新的小型模式动物筛选模型，各有其优缺点。事实上，很多疾病模型可用不同方式获得，对进行药物筛选的研究人员来说，重要的是选择的筛选技术是否能达到研究目的。正确制作或选择一个合理的整体动物筛选技术是研究新药的关键环节之一，不仅可增加科研的真实性、可信性，而且是新药研究成功率大大提高的保障。