动物模型 | 矽肺动物模型

人间宝藏

矽肺的发生具有进程长、危害严重及结局不可逆的特点，机制研究多数局限于流行病学调查、人体支气管肺泡灌洗液成分检测、肺活检或支气管上皮细胞体外培养等，很难动态、系统认识尘肺病发生发展的全过程，建立模拟矽肺发生过程的动物模型对于发病机制及临床治疗方面的研究是非常必要的。

动物的选择

矽肺实验动物模型一般采用体型较小的家兔、大鼠、小鼠等；体积较大的犬。

1、家兔

兔肺与人肺形态学上的不同在于：兔的胸膜相对较薄而且小叶间隔发育不良，甚至可能缺如。家兔具有个体较大，寿命较长，各种临床和病理改变易于观察。

与其他大型动物相比，在购买、饲养及造模成功率上，兔占优势。研究显示，与其他小型动物相比，兔肺高分辨率CT扫描可行，高分辨率CT，可清楚显示病变。

2、小鼠、大鼠

小鼠具有体型小，便于大批量饲养管理，生活周期短，取材便利等特点，是理想的实验性动物。但是由于小鼠生理条件的限制，非暴露式方法难于实现。国内外目前已趋向于使用鼠的开放式模型，为减少因手术感染而诱发细胞因子调控复杂性，手术过程应该在无菌条件下完成。大鼠体型相对较大，实验操作相对简单，大鼠的暴露法建立的模型已相对成熟。

3、犬

以犬为矽肺大动物模型相比鼠、兔等小动物，更有利于矽肺病临床实验研究的开展。

造模方法

一、大鼠矽肺模型的建立

研究者常用二氧化硅（SiO2) 粉尘建立大鼠矽肺模型，常见的粉尘吸入方式是一次性气管灌注法和动式染尘。一般选用Wistar大鼠和SD大鼠。Wistar大鼠性情温顺，生长发育快，对传染病抵抗力强，故而常用; SD大鼠生长繁育快，大多用于安全性试验和营养与生长发育相关的实验研究，该品系对呼吸道疾病有较强的抵抗力。

1、一次性气管灌注法模型

一次性气管灌注法包括暴露法和非暴露法两种。

气管暴露法是将大鼠颈部皮肤切开后，注入二氧化硅（1 ml 50 mg /ml）混悬液，然后立即旋转大鼠使得混悬液均匀分布在左右两肺，并进行缝合。在饲养21d后处死。

优点：暴露法可以直接将矽尘混悬液注入肺内，大大增加了注射的准确性，提高了复制动物模型的成功率。

气管非暴露法是用内窥镜从口腔插入，找到气管开口，使得钝头插管伸至支气管分叉处一次性大剂量灌注矽尘悬浮液而建立的模型。

缺点：采用非暴露法研究者易将导管误插入食管内，从而降低造模成功率。

注意点：受试物二氧化硅结晶标准品处理方式的不同对动物模型复制成功与否有很大的影响。虽然非暴露法使用的受试物均是游离二氧化硅标准品，但仍需用玛瑙研钵充分研磨2h以上，使得粒径＜5μm的尘粒达90%以上，粉尘容易达到肺泡引起肺部纤维化，更容易建立矽肺动物模型。

2、动式染尘模型

动式染尘复制模型研究者使用固体粉尘染毒系统，可以控制系统内的温度、湿度、氧气浓度、粉尘流速、粉尘质量浓度等指标，动物可在自然呼吸状态下吸入粉尘，模仿了职业人群工作时的吸入状态。

优缺点：具有无创伤性、操作简单等优点，但是由于价格较高，操作过程复杂，尚未广泛使用。

两种方法的优缺点：基于一次性气管灌注法建立的模型都属于短期高剂量暴露，模型与人类实际矽肺发生的原理和机制不同，而基于动态粉尘吸入复杂的动物模型可以较好地模拟疾病的发生过程，但仍存在浓度波动大、模型终点不易确定、周期较长等不足。

二、小鼠矽肺动物模型

小鼠生理条件的限制，气管非暴露方法难于实现。故应用小鼠复制矽肺动物模型通常采用一次性暴露法和染尘柜染尘法。

1、一次性气管暴露法

采用一次性气管暴露法复制小鼠矽肺动物模型，文献报道的受试物剂量不尽相同。采用的剂量有0.1ml 5g/L的二氧化硅悬液、50μl (100000mg/L) 的二氧化硅悬液、0.1ml 40mg/ml的二氧化硅悬液、0.05ml 0.2g/kg的二氧化硅悬液。

选用的小鼠品系也不尽相同，有选用ICR小鼠和昆明小鼠、C57BL/6、Balb/c等。

注意点：目前一次性暴露滴注SiO2悬液复制小鼠矽肺动物模型的灌注剂量尚无最优的选择，所以尚不能完整重复复制动物模型，需要进一步试验才能得到染尘浓度及时间。通过文献中近交系和远交系小鼠实验结果的比较，并未得到最好的小鼠种系二氧化硅粉尘复制的矽肺模型。

2、染尘柜染尘法

染尘柜染尘法是将小鼠置于染尘装置中，进行长时间一定剂量的动态染尘，这更符合人类矽肺病的发病过程，故研究者更倾向使用染尘柜建立小鼠矽肺动物模型。

造模方法：有研究者应用染尘柜对昆明种小鼠染尘，随机分组并染尘 2、4、8 h，在浓度保持125mg/m3条件下连续静式染尘3周，观察小鼠的肺脏损伤及蛋白质的氧化状况。染尘3周后，各暴露时间组小鼠都出现了食欲减退、活动量减少、精神萎靡不振等症状，染尘4、8h组体重下降，而染尘2h组的体重无明显变化。对照组肺表面光亮润泽，触摸感觉质软，有弹性，2h组肺表面有少量散在的结节状阴影，并伴有点状出血和轻度水肿; 4h组肺表面色泽灰白，可见明显的结节，触摸感觉肺脏质硬，弹性降低；8h组可见较大结节，肺表面有多处出血点及淤血点，触摸感觉肺质硬、弹性差。

两种方法的优缺点：气管滴注法复制动物模型更易操作，且更高效，可以观察到早期炎性反应、炎细胞浸润情况和细胞因子的表达。但气管灌注法是一种快速造模方法，与职业人群生产过程中的接尘情形不完全一致，故还需要进一步探索。

而染尘柜染尘法与职业人员生产过程中接尘情况接近，均是从口鼻吸入，经过上下呼吸道途径直达肺部。这一过程中上下呼吸道的黏膜清除功能会发挥出来，使得大部分的矽尘颗粒再排出，更贴近矽肺的发病机制。但其缺点是耗时长，染尘装置浓度控制不稳定，且设备价格昂贵、占地面积大，不能在多数的科研机构普及使用。

三、其他矽肺动物模型

研究者也有用兔、犬等非啮齿类动物来复制矽肺动物模型。

造模方法1：研究者使用一次性灌注100mg/ml的煤尘悬液和120mg/ml二氧化硅混悬液对大白兔进行气管内灌注，通过新生儿喉镜插管一次性灌注染尘，1个月后通过家兔肺尘斑计数、病理学检查确认成功复制出矽肺动物模型。

优缺点：用家兔建立矽肺模型的优点是家兔体型较鼠类大，寿命长，各种临床和病理改变易于观察，尤其可为肺灌洗液的指标变化、毒理学研究及矽肺治疗提供实验基础，提供了一个反映慢性疾病的实用性模型。但是家兔模型的建立时间周期与人类自然状态下煤尘肺形成的周期有明显不同。

造模方法2：研究者应用犬气管插管吹入400mg/kg的SiO2粉尘成功建立矽肺动物模型，观察不同染尘剂量、频次及时间点肺组织的病理改变。

总结

矽肺病模型制备为研究矽肺病发生机制和寻找治疗方法提供了实验基础。尽管目前已建立多种不同种属的矽肺动物模型，但由于矽肺病的发病机制和过程复杂，上述模型均不能够全面再现、模拟长期接触生产性粉尘导至矽肺病发生的整个过程。因此，有必要开展多学科、多层次的综合研究，寻找一种广泛认可的模型，根据炎症因子的释放、纤维化程度来探讨矽肺发病机制，促进接尘作业人群的早期筛选、矽肺治疗及药物筛选研究取得突破性进展。

来源：中国工业医学杂志，2019