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肺气肿动物模型

日期:2024-03-29 17:34
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摘要: 肺气肿作为慢性阻塞性肺疾病(COPD)在肺部的主要病理改变,其发病机制复杂,至今尚未清楚。制备肺气肿动物模型对于研究其发生,发展,诊断,**等意义重大,现在越来越多的学者采用不同的方法建立肺气肿动物模型进行研究。 慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是呼吸系统疾病中一种常见病和多发病,严重威胁人类健康而作为COPD在肺实质的主要病理改变的阻塞性肺气肿,以肺部终末细支气管远端气腔出现异常持久的扩张,并伴有肺泡壁和细支气管及肺血管床的破坏而无明显的纤维化为特征。由于对肺气...

肺气肿作为慢性阻塞性肺疾病(COPD)在肺部的主要病理改变,其发病机制复杂,至今尚未清楚。制备肺气肿动物模型对于研究其发生,发展,诊断,**等意义重大,现在越来越多的学者采用不同的方法建立肺气肿动物模型进行研究。

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是呼吸系统疾病中一种常见病和多发病,严重威胁人类健康而作为COPD在肺实质的主要病理改变的阻塞性肺气肿,以肺部终末细支气管远端气腔出现异常持久的扩张,并伴有肺泡壁和细支气管及肺血管床的破坏而无明显的纤维化为特征。由于对肺气肿发病机制的认识仍很模糊,至今没有药物被证实能阻止疾病进展或降低患者死亡率。由于对人体进行直接研究的局限性,故而许多研究者采用实验性动物对肺气肿进行了研究,对肺气肿的发病原因,发病机制,及诊断,**等研究起了很大作用,现将常用的肺气肿动物模型制备方法及研究进展做一概述。

1、被动烟熏诱导的COPD/肺气肿动物模型

吸烟已被公认为是COPD/肺气肿的主要致病因素,但具体机制还不十分清楚,主要认为与蛋白酶/抗蛋白酶系统失衡有关。有研究显示,吸入烟雾对肺的刺激及直接损害作用使支气管上皮纤毛变短、不规则,纤毛运动发生障碍,导致黏膜纤毛系统结构和功能异常,引起支气管痉挛,增加气道阻力。同时烟雾中的大量氧化剂和自由基,直接损伤细胞功能,引起白细胞聚集,粘附于血管内壁,导致肺血管内皮细胞以及肺泡巨噬细胞聚集、活化,释放氧自由基与蛋白酶类,同时抑制抗蛋白酶类的活性,促使血中弹性蛋白酶活性升高,破坏蛋白酶与抗蛋白酶之间的平衡,导致肺气肿,故而认为被动吸烟能制备出真实的COPD肺气肿动物模型。Shapiro等对大鼠进行被动烟熏2个月,可以看到气管内带纤毛的上皮细胞出现丢失。此外,延长烟熏的时间会导致小气道偶尔被炎性细胞及碎屑所堵塞,同时肺泡的粘附物变少。Nikula等采用单纯被动烟熏的方式制作大鼠肺气肿模型并认为这种小鼠模型是一种可靠的肺气肿动物模型。国内学者李红梅等应用单纯被动烟熏及烟熏结合内**复制COPD/肺气肿模型,均可成功复制肺气肿模型,并无差异。国内有学者等采用自制烟熏箱对大鼠被动烟熏3个月,实验显示:大鼠肺部呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊、肺泡明显扩大,肺泡壁变薄、断裂,有的融合成肺大泡,形成明显中度全小叶型肺气肿,尽管被动烟熏制备肺气肿动物模型是接近人类肺气肿发病过程,能模拟人类肺气肿发病过程,但是种族间的差异,实验动物气道和肺的结构与人存着差异,其形成肺气肿的几率及时间都有很大差异。但是不同种系的大鼠对烟熏的易感性也是有差别的。此外,被动吸烟诱导的COPD动物模型建立周期较长,稳定性相对较差。

2、弹性蛋白酶诱导的肺气肿模型

肺气肿以肺组织进行性破坏及肺泡融合扩大为特征,研究显示肺泡壁细胞外基质的持续破坏可能与肺组织中蛋白酶/抗蛋白酶系统失衡有关。而参与肺泡壁降解主要为弹性蛋白酶。而中性粒细胞是弹性蛋白酶的主要来源。当然还存在其他的蛋白酶系统。故而外源性给予弹性蛋白酶理论上可致肺气肿。学者将各种促弹性组织分解的酶(胰弹性蛋白酶、中性粒细胞弹性蛋白酶、木瓜蛋白酶及蛋白水解酶)滴注进各种实验动物的气管内,复制出了肺气肿的病变,使用蛋白酶复制肺气肿可以有多种给药途径,包括气管切开注入、气管插管滴注及雾化吸入等。其中,由于具有感染少、剂量容易掌握等优点,气管内直接给药是有效的途径。蛋白酶制备肺气肿动物模型是常用且成熟的方案,周期短,但对蛋白酶剂量,方式都需要严格掌握,极易致死动物。

3、化学药物及生物制剂诱导的肺气肿动物模型

多种化学药物可以引起肺部肺气肿样改变,包括脂多糖、氯化镉、二氧化氮和臭氧等。脂多糖是革兰阴性**释放的一种内**,脂多糖进入肺脏后可以刺激单核细胞、内皮细胞及中性粒细胞,合成释放一系列炎性介质,介导气道及肺组织的炎症反应,导致蛋白酶/ 抗蛋白酶系统失衡,从而形成肺气肿。马楠等报道,使用用静脉套管针代替气管导管作大鼠的气管插管,将脂多糖注进大鼠气管内,3周后成功地复制出肺气肿的大鼠模型。氯化镉也可以作为诱导肺气肿的实验药物,急性或长期吸入氯化镉可引起肺部炎症、****、肺气肿、肺纤维化乃至肺癌,使用化学药物诱导的肺气肿,仅是复制出与肺气肿相似的肺部病理改变。因为COPD/肺气肿是一种慢性的病理过程,除了肺及气管出现损伤以外,气道内中性粒细胞及巨噬细胞的堆积会使气管发生重塑。

另外,近研究表明凋亡/抗凋亡平衡在肺气肿发生中同样扮演十分重要的作用。而肺部相关生长因子的存在对于维持肺部正常机构非常重要。有研究显示外援给予相关生长因子拮抗剂(如VEGF拮抗剂)肺组织细胞凋亡明显增加,同时出现肺气肿样改变,而再次给予VEGF,肺组织凋亡减少,肺气肿病变在程度上可以得到修复。这可能是未来制备肺气肿模型的的选择之一。

4、功能获得性或缺失性肺气肿动物模型

通过将相关产物基因表达插入或敲除实验动物的基因,可以使动物获得或缺失不同的基因特性,通常这种方式可获得相应动物模型。肺气肿是蛋白酶系统平衡障碍导致的疾病,细胞弹性蛋白酶的存在与肺气肿的发病存在着的联系。Hautamaki 等制备了具有巨噬细胞弹性蛋白酶缺陷的转基因小鼠,并与野生型小鼠共同吸烟暴露6个月。发现野生鼠的较对照组更易出现肺气肿样改变。这些发现可能是未来制备肺气肿模型可以考虑的思路。

5、结语

到为止,尚无一种被公认为建立COPD/肺气肿动物模型的佳的方法。使用蛋白酶或化学药物诱导,同时配合使用烟熏是常用的方法。同时建立肺气肿动物模型方法仍然在探索中,新的发现及机制还在揭示当中,相信制备成功的肺气肿动物模型可以为肺气肿研究体重良好的实验载体。

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