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(一)造模机制
支气管哮喘(简称哮喘)是由嗜酸粒细胞(EOS)、肥大细胞和T淋巴细胞等多种炎性细胞参与的气道慢性炎症性疾病,并伴有气道高反应性(AHR)、可逆性气流受限及黏液高分泌,晚期还可出现气道重塑。哮喘发病机制复杂,鉴于人体试验的局限性,目前对哮喘病因、发病机制及治疗等方面的研究很大程度上需要通过动物模型来进行,
(二)造模方法
1.哮喘模型的诱导、激发物质及佐剂 用于制作小鼠哮喘模型的致敏原主要有 OVA、尘螨和蟑螂变应原、病毒、真菌、花粉及职业性致敏原,用于致敏时大多需加用佐剂(免疫原性或非免疫原性),否则易脱敏。
(1)OVA 作为过敏原进入动物体后,其可溶性抗原成分刺激机体产生特异性免疫素(IgE、抗体),使机体处于致敏状态。当动物再次接触此抗原时,IE介导发生抗原抗体反应,使细胞脱颗粒,释放出活性化学物质(如组胺嗜酸粒细胞趋化因子),作用于支气管引起哮喘反应。OVA 可分为单纯和复合2种形式,国内外已能用其复制出哮喘急、慢性炎症和气道重塑等各种模型。现在常用的是用氢氧化铝乳化的 OVA 通过腹腔或皮下多次致敏,然后滴鼻或雾化吸入激发。
(2)尘螨和蟑螂变应原:尘螨应用越来越多,一般用尘螨提取液(HDM)腹腔和皮下致敏,滴鼻激发。国内钟南山等用 HDM 腹腔(第1天)和皮下(第8天)注射 BALB/c小鼠后,用提取液多次滴鼻激发(第14~16天)成功复制炎症模型。Ahn等对雌性 BALB/c小鼠用加有弗士佐剂的HDM 粉末于腹腔和皮下先后致敏后,鼻腔吸入激发3周、7周或12周,制作出支气管气道重塑模型。Johnson 等则用 HDM 连续激发 BALBc小鼠 5d、休息 2d,持续5周或7周获得哮喘模型,并表现出比 OVA模型持续更久的AHR。另外,Narala用蟑螂变应原致敏激发 BALB/c小鼠,也可以成功激发哮喘。
(3)生物因素:蒋雄斌等利用呼吸道合胞病毒(RSV)鼻腔激发以 OVA致敏的 BALB/c小鼠,建立了重症哮喘模型,发现该病毒感染可使 OVA诱导出的哮喘小鼠气道反应性进一步增高。Chung 等用黄青霉菌提取物反复刺激小鼠,诱导出过敏性哮喘。该类模型为临床中通过控制病原体感染而控制哮喘提供依据,但其稳定性欠佳,何种因素在诱导哮喘发生中起作用及其作用机制需进一步阐明。
(4)花粉:是一种常见过敏原,Baeza等用橄榄花粉提取物皮下注射于BALB/c小鼠系统致敏,再鼻腔滴入导致小鼠产生了特异性的抗体 IgG1、IgE及细胞因子(IL-4、IL-5、11-10和IL-13)。这种模型表现了与人类哮喘相关的特征,可能为研究潜在分子机制和开发新的治疗方案提供有用工具。
2.哮喘模型造模方法
(1)致敏阶段:模型组在第0、14天二次致敏,1%卵清蛋白生理盐水溶液加氢氧化铝(粉剂)160mg 混合液(配制后4℃冰箱过夜,用时混匀)共1ml,在胸部皮下分3点注射,同时腹腔内注射灭活百日咳杆菌菌苗1ml(6x10⁹/ml)致敏。
(2)激发阶段:模型组于实验第21天起,将大鼠置于自制的密闭容器中,以5% OVA 雾化吸入激发。3min/次,连续14d,最后一次激发后48h处死大鼠。
(三)造模特点
制备哮喘模型的常用动物各具特点,目前最常见有豚鼠、小鼠,大鼠3种。豚鼠易致敏,接受致敏物质后反应程度比较强,能产生Ⅰ型变态反应。但豚鼠的过敏反应差异较大,且其变态反应更多由IgG,而非IGE介导,这与人类的有所不同。小鼠哮喘模型以其免疫、遗传背景较为清楚,成本低,免疫学及分子生物学试剂来源广,得到较大发展。小鼠激发后血清IgE升高,肺血管周围及支气管周围有嗜酸细胞浸润,支气管肺泡灌洗液(BALF)中嗜酸粒细胞明显增加,气道反应性增加。但其也有许多局限性。首先,不出现人类哮喘特征性的黏膜炎症及上皮层嗜酸粒细胞浸润;其次,不出现人类哮喘典型的慢性气道炎症和上皮变化;再次,大多数模型出现过敏性肺泡炎和超敏性肺炎,掩盖了气道的炎症损害;最后,气道狭小,肺和支气管功能测定技术难度大。大鼠具有品系纯、标本采集量大、对抗原反应较一致,能诱发出与人类哮喘相似的迟发相反应等特点。近年,大鼠哮喘模型使用逐渐增多。
(四)哮喘模型的表现及指标检测
1.动物表现 大鼠雾化激发时,呼吸急促,前肢缩抬,点头或腹式呼吸,节律不规则,行动迟缓,呈哮喘样表现,并随着激发次数增加症状逐步加重。
2.支气管肺泡灌洗液中细胞组分的测定 可将支气管肺泡灌洗液制备成细胞涂片,计数细胞总数并进行分类计数并可测IL-4、IL-5、IL-10、IL-13 和y-干扰素等细胞因子。
3.血清总 IgE 及抗原特异性 IgE的测定 可用 ELISA 的方法测定。
4.大鼠肺组织病理切片 H-E染色结果 哮喘模型组气道壁周围大量炎性细胞浸润,气道黏膜细胞不规则增生,皱褶明显减少,上皮细胞有不同程度坏死且有脱落。
5.大鼠肺功能变化情况 哮喘模型组呼吸明显加深、加快,呼吸速率及呼气流量均显著大于正常大鼠。
(五)哮喘模型的评价
尽管现在的哮喘模型能模拟出人类哮喘的诸多特征,但对其是否是反映人类哮喘疾病的理想模型仍有争议。尽管如此,哮喘模型仍是目前研究哮喘的重要工具,也是应用最广、最多的动物模型。今后的目标应该是如何制备出能更好、更接近反映人类哮喘特征的哮喘动物模型。