模式動物行業研究報告：創新需求開啟“活試劑”的廣闊天地

（報告出品方/作者：申萬宏源，陳燁遠）

1.模式動物定義及應用場景

1.1 模式動物行業定義

實驗動物定義：經人工飼養、繁育，對其攜帶的微生物及寄生蟲實行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的，應用於科學研究、教學、生產和檢定以及其他科學試驗的動物。

模式動物定義：為保證動物實驗更科學、準確和重複性好, 可以用各種方法把一些需要研究的生理或病理活動相對穩定地顯現在標準化的實驗動物身上,供實驗研究之用。這些標準化的實驗動物就稱之為模式動物。

1.2 模式動物應用領域

生命科學和醫學研究領域：生命科學和醫學研究，研究物件包括人、動物、植物、微生物等地球上的生命活動形式和人類自身的生理病理過程。模式生物構建研究模型以獲得對生命活動普遍規律的認知是生命科學和醫學研究的主流方法。

生物醫藥前沿領域：腫瘤抗體治療，細胞治療，罕見病基因治療等

1.3 小鼠模型應用最為廣泛

哺乳類實驗動物中，實驗小鼠的應用最為廣泛

小鼠生理生化及生長髮育的調控機理和人類基本一致：在小鼠基因組中引入人類疾病的致病突變，可以導致小鼠產生和臨床類似的疾病表型。99%的人類蛋白編碼基因在小鼠基因組中具有同源基因，在進化和功能上高度保守性。

與非人靈長類等大動物相比，小鼠繁殖能力強、世代週期短、飼養成本低等優勢突出。

遺傳背景明確：科學研究使用的小鼠絕大多數是近交系品系，同一種近交系小鼠理論上擁有的基因組DNA序列完全一致，這樣在研究中不存在由於遺傳多樣性導致的結果差異，實驗結果可重複。

1.4 小鼠模型分類

按小鼠模型來源方式，可以分為自發性動物模型、誘發性動物模型、基因工程動物模型、生物醫學動物模型以及陰性動物模型。

1.5 小鼠模型產業應用領域

目前小鼠模型生產企業大都基於基因工程遺傳修飾技術，提供小鼠模型和相關技術服務，滿足客戶在基因功能認知、疾病機理解析、藥物靶點發現、藥效篩選驗證等基礎研究和新藥開發領域的相關需求。

2.模式動物行業發展狀況分析

2.1 歐美模式動物行業起步較早, 產業規模較為成熟

實驗動物行業

歐美起步於20世紀初, 相較國內領先近80年。美國的實驗動物資源在美國國內實現了很高程度的共享也輻射到了歐洲，對生命科學、醫藥等起到了極大的支援作用；而歐洲採用多國合作、集中研製的形式，也在基因工程動物資源方面佔領了一席之地。

1909年，美國哈佛大學William Ernest Castle教授實驗室的Clarence Cook Little透過近親繁育獲得了第一個等位基因純合、遺傳背景一致的近交系小鼠品系DBA，這也是公認的第一個現代實驗小鼠株系。近交系小鼠的個體差異極小，實驗重複性良好，如今已被廣泛運用在生命科學研究和新藥開發當中。

2.2 基因編輯發展歷程

基因工程: 本行業的發展基礎

透過分子克隆和DNA重組技術獲得表達目標基因DNA序列，並透過匯入到選定的宿主系統中實現外源基因的表達，在生命科學和醫學研究、工業和農業中均有廣泛應用。

2.3 基因編輯技術已發展到第三代

第一代技術：鋅指核酸酶技術（ZFN）

使人工定點誘導雙鏈DNA斷裂成為現實，實現了基因編輯技術里程碑式的突破；指核酸酶, 由鋅指蛋白（ZFP）和FokⅠ內切酶的核酸酶結構域組成，前者負責識別DNA位點，後者負責切割 DNA。2001年開始陸續用於不同物種的基因編輯，構建基因編輯模式生物的同時也用於遺傳育種和基因治療。

第二代技術：轉錄啟用效應因子核酸酶（TALEN）技術

構造與ZFN類似, 由TALE基序串聯成決定靶向性的DNA識別模組，與 FokⅠ核酸酶結構域連線而成。大大提高程式設計效能，設計簡單，自2011年建立後迅速用於構建基因修飾動物模型、遺傳育種和基因治療等領域，併入選為2012年的《科學》（Science）年度十大科技突破之一。

第三代技術：CRISPR/Cas系統介導的基因編輯技術

細菌和古細菌中進化出來用於抵禦噬菌體及外源DNA入侵的適應性免疫系統；設計和製備更加簡單，成本更低，編輯效率更高，衍生出多種基因編輯系統。目前最重要、最主流的基因編輯技術之一, 連續多年被《Nature》評為最有前景的技術之一， 2015年被《Science》評為技術突破第一名，2014、2016年被《麻省理工科技評論》評為10項突破技術之一，2020年諾貝爾化學獎。

2.4.1 基因修飾動物模型服務技術

基於CRISPR/Cas系統的基因修飾技術(CRISPR/Cas技術)

DNA雙鏈斷裂後可發生非同源性末端連線，修復斷裂DNA，造成小片段鹼基的插入或缺失；也可以發生同源重組介導的DNA修復，該過程可在斷裂位點引入操作者提供的修復DNA模板，從而達到外源DNA片段敲入或內源DNA片段替換的效果。

2.4.2 基因修飾動物模型服務技術

基於ES細胞（胚胎幹細胞）打靶的同源重組技術（ES細胞打靶技術）

小鼠胚胎幹細胞（ES細胞）具有發育全能性，能夠分化為各種型別的細胞，可在體外培養擴增並保持發育的全能性；基因同源重組是指當外源 DNA 片段與宿主基因組片段序列相同或相近，兩者互補結合時，結合區的任何部分都有與宿主的相應片段發生交換（即重組）的可能，這種重組稱為同源重組。

2.4.3 基因修飾動物模型服務技術

胚胎工程技術: 對早期胚胎或配子所進行的操作和處理技術，包括體外受精、受精卵顯微注射、囊胚注射、單精注射、胚胎移植、胚胎凍存復甦等技術。

2.5 基因修飾動物模型構建方式

基因修飾動物模型分類:模型構建方式不同，可分為轉基因、普通敲除、條件敲除、基因點突變、基因敲入等類別。

2.6 我國實驗動物規模居世界前列, 特有品種豐富

中國常用實驗動物概況

中國常用實驗動物（包括實驗用動物）有30餘個品種100多個品系，主要從國外引進，如 BALB/c小鼠、C57BL/6小鼠、ICR小鼠、SD大鼠、Wistar大鼠、Hartley豚鼠、Beagle犬等。據《2014-2015實驗動物學學科發展報告》統計，中國生產量最大的是小鼠(54％)、地鼠(24％)、大鼠(13％)、兔(5％)等。常用小鼠11個品系，大鼠7個品系，地鼠、豚鼠、實驗犬各2個品系，家兔以大耳白、紐西蘭兔為主，其他動物還有猴、貓、雞、小型豬等。全國實驗動物生產量約2000萬隻以上。非人靈長類實驗動物的養殖規模已居世界前列，47家養殖企業存欄規模達29萬多隻，其中食蟹猴約25萬隻，獼猴約4萬隻。

2.7 基礎研究經費持續增長，中國增速較快

美國位列首位，中國增長最快。根據OECD等機構2021年公佈的資料，從各國具體研發支出來看，美國持續位居全球第一，2019年為6127億美元; 中國自2015年超越歐盟27國後，穩居第二，2019年5148億美元。中國的科技研發投入的增長速度明顯高於其他國家。

中國研發強度提升空間大。從全球研發強度（國內研發支出佔GDP的比重）來看，OECD 在2021年3月18日公佈的資料顯示，2019年經合組織研發支出增長4%，研發強度從2018年的 2.4%增長至近2.5%。多數經合組織國家的研發強度普遍有所增長，其中美國首次突破3%，中國則從2.1%增長至2.2%，韓國研發強度達到了4.6%，研發強度最高; 相比之下，歐盟27國普遍較小，為2.1%。（報告來源：未來智庫）

2.8 中國醫藥市場發展較快，全球規模佔比穩定上升

2015年至2019年，全球藥物市場規模由1.11萬億美元增至1.32萬億美元，中國藥物市場規模由1943億美元增至2363億美元，2015-2019年的CAGR分別為4.6%和 5.0%；根據南模生物招股書預計，全球和中國的藥物2019-2024年的CAGR分別為 4.4%和6.4%，市場規模分別達到1.64萬億美元和3226億美元。

2.9 中國藥物研發投入規模增長較快, 未來空間廣闊

2019年，全球醫藥研發投入規模達到1,823億美元，其中藥物發現階段、臨床前階段、臨床階段的研發投入為381億美元、206億美元和1236億美元。2015年到2019年的CAGR為5.0%，隨著發展創新藥成為大勢所趨，藥物研發投入將繼續攀升，全球醫藥研發支出預計在2024年將會達到2270億美元，2019年至2024年CAGR達到4.5%。

2.10 國內CRO市場保持高速增長, 拉動模式動物需求

根據南模生物招股書中的資料，全球CRO市場規模保持較快增長態勢。2015-2019年，全球 CRO市場規模由443億美元增至626億美元，CAGR達到9.0%。預計到2024年，CRO市場規模將達到961億美元，2019至2024年CAGR達到9.0%。

2.11 中國動物模型市場處於發展早期，增速較快

根據集萃藥康招股書中的資料，全球動物模型市場從2016年的115億美元增長至2019年146億美元，複合年增長率為8.28%；預計到2024年，全球模式動物模型市場預計增長至226億美元， 2016-2024複合年增長率為8.81%。

2.12基因修飾動物模型市場佔據實驗動物半壁江山

作為實驗動物行業的新興細分領域，基因修飾動物模型服務市場發展速度相對更快，市場佔比也最大。據GMI的《 Animal Model Market Report, 2026 》資料，2019年全球基因修飾動物模型市場規模約100億美元，約佔動物模型服務市場的68%左右，預計2024年將增至153億美元；2016-2024年CAGR約為9.14%。

2.13 齧齒類實驗動物產品和相關服務市場規模高速增長

齧齒類實驗動物作為實驗動物模型中最重要的一大類，其國內產品和相關服務市場規模呈高速增長態勢。根據集萃藥康招股書的資料，2019年市場規模為33億元人民幣，預計到2024年，國內齧齒類實驗動物產品和服務的總市場規模將增長至98億元人民幣，2019- 2024年CAGR為24.3%。預計到2030年，其市場總規模預計將進一步達到272億元人民幣， 2019-2030年CAGR約為21.1%。

2.14 實驗小鼠客戶及服務市場分類

國內實驗小鼠產品及服務的銷售客戶主要分為科研客戶和工業客戶。科研客戶主要包括科研院校和三甲醫院，2019年市場規模為15.9億元，市場佔比為56.0%；工業客戶主要包括創新藥企和CRO研發企業，2019年市場規模為12.5億元，市場佔比為44.0%。

3.模式動物競爭格局情況分析

3.1 國外主要競爭企業

The Jackson Laboratory：全球最大的基因修飾大小鼠品系供應商，2019年營收達4.41億美元；目前擁有全球最大的模型資源庫。

3.2 模式動物行業競爭格局

小鼠定製化模型領域，根據集萃藥康招股書中Frost & Sullivan的統計，2019年國內市場規模為 4.3億元，南模生物定製化模型細分市場佔有率為9.22%，與市場第一百奧賽圖（9.25%）基本持平。

4.模式動物行業相關企業

4.1 南模生物：編輯基因，解碼生命

強大基因修飾與胚胎工程技術，基因修飾動物模型業務具有核心競爭力。自主研發了基因修飾核心技術（基於CRISPR/Cas系統的基因編輯技術、ES細胞打靶技術、基因表達調控技術）和輔助生殖技術，並且在業務中大規模運用，83%的業務運用至少其中一項，76.55%的業務運用基因修飾核心技術。

豐富的模型庫支撐公司快速發展。公司已經建立包括超過6,000個模型的基因模型庫，為標準化模型業務快速發展提供動能；針對腫瘤免疫治療，開發了285種人源化基因修飾模型品系；針對靶向治療藥物，開發了127種自發腫瘤模型小鼠品系；針對罕見病治療，構建了36種罕見病小鼠模型；完善、先進的研發體系和設計平臺提高研發效率，保障定製化模型交付質量。

4.2 集萃藥康：創新模型，創造可能

核心團隊深耕多年，行業經驗業內領先。最早開展小鼠模型研究及產業化團隊之一，曾主導國內首例CKO小鼠模型、全球首例Cas9介導犬專案。“斑點鼠計劃”領跑市場，搶佔靶點先發優勢。實現KO/CKO小鼠模型的產品化供應，將原來的客戶定製交付週期由4-7個月最多縮短到7天；基因敲除策略自動化設計系統，最佳化 CRISPR/Cas9等基因編輯技術，實現高通量基因敲除。

4.3 百奧賽圖: 專注全人源抗體小鼠，轉型創新藥

產品管線豐富, 臨床及臨床前階段產品表現亮眼。充分利用獨特的創新藥物開發優勢，擁有包含單抗、雙抗及雙抗ADC等在內的12項具有全球權益的產品管線，包括4項臨床產品，6項臨床前階段產品及2項已售出資產。

4.4 昭衍新藥：藥物安評龍頭, 產能擴張助力增長

國內領先的藥物安全評價細分行業龍頭。昭衍新藥公司業務包括非臨床研究服務、臨床試驗與銷售實驗模型，其中非臨床研究服務為主營業務。非臨床研究服務以藥物安全性評價為主，還涵蓋藥代動力學與藥理及藥效學研究。按照2019年收入計算，公司是國內最大的先藥物非臨床安全性評價外包服務提供商，國內市場份額高達15.7%，顯著高於排名第二公司的9.9%。