动物模型 | 哮喘模型的制备及评价

人间宝藏

哮喘是一种以气道炎症、气道高反应和气道重塑为主要特征的慢性呼吸系统疾病。已有大量研究证明了各种动物模型可以反映人类哮喘反应的各个具体方面。

一个理想的动物模型应该尽量能体现人类哮喘病理生理的主要方面，包括 IgE 介导的抗原敏感性、急性支气管收缩、气道阻力增加、气道慢性炎症、辅助型 T 细胞 2( T helper 2 cell，Th2) 细胞因子产生、嗜酸性粒细胞增多、晚期气道阻塞、 粘液分泌增强、粘液纤毛清除率降低、气道壁重塑与平滑肌增生。

哮喘动物模型的建立是研究哮喘发病机制和发展的基础。不同动物哮喘模型种类繁多，研究方法也多种多样。哮喘动物模型是了解疾病病理生理学和测试潜在药物治疗的实用工具。当选择了合适的动物种类和疾病的诱导方法时，这些模型的结果可以应用于哮喘患者。

动物选择

常用动物哮喘模型主要包括小鼠、大鼠、豚鼠、兔等，狗、羊和灵长类动 物由于价格昂贵等原因较为少用。

试剂选择

卵清蛋白( ovalbumin，OVA)，屋尘螨( house dust mite，HDM)，血小板活性因子( platelet activating factor， PAF)，交链孢霉，臭氧 O3，呼吸道合胞病毒( respiratory syncytial virus，ＲSV)，脂多糖( lipopolysaccharides，LPS)，直径小于 2. 5 μm 的细颗粒物 ( particulate matter ≤2. 5 μm，PM2. 5)等。

小鼠哮喘模型方法及评价

小鼠由于其遗传背景明确、品系多、价格便宜以及容易诱发出气道高反应性，产生气道炎症以及黏液增多等症状。因此是最常使用的哮喘模型。常用品系包括 BALB /c、C57BL /6 和 KM 小鼠等。其中由于 BALB /c 小鼠比其他小鼠造模成功率高而最常使用，但近年来由于基因敲除技术的发展，C57BL /6 敲基因小鼠也越来越多地用于哮喘相关研究。

目前普遍采用的标准模型是由卵清蛋白( ovalbumin，OVA) 诱发。OVA 诱发的小鼠模型完全由 Th2 型嗜酸性粒细胞驱动，并主要为 Th2高表达。

• 23 d OVA 造模法，5～6 周龄大的BALB /c 小鼠，以混合 1% 氢氧化铝( Al( OH) 3 ) 的 OVA 第 1 天和第14 天腹腔注射诱发致敏。在第 21、22 和 23 天，以 1mg /mL 浓度的 OVA 的滴鼻激发。
• 采用屋尘螨( house dustmite，HDM) 14 d 造模法，第 1 天在 BALB /c 小鼠气管内吸入 1 μg 的 HDM 致敏，第 6 ～ 10 天鼻腔滴注10 μg HDM 溶液激发，第 14 天处死小鼠取材，此方法用时最短。
• 将C57BL /6 小鼠在第 0 天和第 14 天腹腔注射 0. 2 mL 0. 4% OVA 致敏，然后在第 17 天和第20 天吸入 PM2. 5( 3 mg /mL) 再次致敏，在第 21 天～28 天进行雾化吸入 2%的 OVA 溶液激发，或联合使用蟑螂过敏原和 PM2. 5，可以把造模时间缩短到 14 d。
  
  

评价：小鼠的气道和肺与人类有许多解剖和生理上的差异。小鼠的远端气道是非肺泡化支气管，而在人类中它是呼吸性支气管。此外，细胞的类型和位置可能有所不同。例如，基底细胞存在于人的气管支气管内，但仅存在于小鼠的气管中。另外小鼠气道平滑肌明显较少，对影响支气管张力的药物不易作出反应。小鼠模型的一个主要缺点是在致敏后缺乏对过敏原的慢性反应，在建立慢性哮喘模型时成功率较低。

大鼠模型方法及评价

大鼠也是实验室常用的哮喘模型。麻醉后的大鼠由于其体积大和稳定性高，有利于在吸入过敏原发生急性哮喘后各种生理指标的测量。另外，因其体积大，麻醉后操作或取材等相对容易，而且实验中各项指标的检测相对误差小。因此，大鼠模型在支气管哮喘和其他肺部疾病的研究中仍具有重要作用。

方法：使用 Wistar 大鼠 21 d 造模方法，在 第 0、7 和 14 天用 1 mg OVA+20 mg Al(OH) 3 腹腔注射致敏。第 21 天气管内滴注 1. 1% OVA 于 200 μL 生理盐水激发，即可成功造模。

评价：在新药的药物研究中，大鼠模型仍然是必不可少的。与其他物种相比，大鼠具有特有的支气管循环的解剖学特征，以及在遗传学、蛋白质组学、肺功能及价格等方面它具有更多优势。目前常用品系大多选择 SD、Wistar 或 Brown-Norway 大鼠作为实验对象。

豚鼠模型方法及评价

豚鼠是最古老的过敏性气道高反应动物模型之一。豚鼠容易被致敏，发生哮喘的生理、气道解剖和对炎症介质的反应等与人类更相似，可产生IgE 依赖性的哮喘模型，因此是最早选用的哮喘动物模型。

方法：豚鼠可建立急性和慢性哮喘模型，急性哮喘模型建立总天数为 15 d，慢性模型建立总天数为 29 d。豚鼠先在第 1 天和第 5 天腹腔注射 OVA+Al( OH) 3 致敏，然后急性哮喘模型在第 15 天吸入 1 h 0. 01% OVA 激发，慢性哮喘模型在第 17 ～ 29 天每隔 48 h 先腹腔注射 mepyramine 30 mg /kg 然后吸入 0. 1%OVA，均可成功建立哮喘模型。

评价：与啮齿动物哮喘模型相比，豚鼠对 OVA较敏感，并且很容易产生类似哮喘症状和气道阻力增加反应。豚鼠非常适合用作研究化学刺激因子过敏反应的模型。豚鼠也经常用作药物治疗的筛选模型，可用于开发 β 受体激动剂和皮质类固醇等药物。

家兔模型方法及评价

家兔是研究哮喘肺生理和病理生理的有效模型。

方法：家兔常用于造慢性哮喘模型，在新生兔出生后24 h 内，将可溶性牛血清白蛋白( BSA) 与小棒状杆菌佐剂一起注射给新生兔。接下来的两周每周注射一次，接下来的两个月每两周注射一次，总共造模时间为两个月。

评价：与老鼠等较小的物种相比，其独特的优势在于家兔可用于自身对照来研究慢性哮喘。此外，家兔从出生到成年都表现出对过敏原的敏感性，为研究过敏性疾病的危险因素提供了条件。由于兔模型与人类哮喘的相似性，因此为研究新型哮喘治疗药物的疗效提供了理想的依据。

小结

哮喘动物模型可以为哮喘的发病机制和治疗提供有价值的信息，建立合适哮喘动物模型是了解哮喘病理生理学和试验新疗法的必要前提。在设计哮喘动物模型时，重要的是要了解各种哮喘动物模型的特点、造模方法和独特表现，以及了解所选动物模型哪些方面的肺组织结构或功能与人类哮喘相似。开发一个具有代表性的模型必须考虑到动物生物学知识、哮喘的诱导方法、模型评估的结果是否与人类哮喘特征相对应等。然而，到目前为止还没有一个理想的模型能够代表人类哮喘这种复杂疾病的所有特征。因此，本文提供了目前用来制作哮喘模型的常用动物的特点、不同的造模方法及所选试剂以及造模所需的时间，有助于研究者根据研究设计选择合适的动物、方法和试剂，更有助于实验的顺利开展。

来源：中国比较医学杂志，2020年