今日分享：动物模型 | 泌尿系统结石模型的构建及优缺点...

与光同辉

泌尿系结石是一种常见的疾病，严重影响人们的健康和生活质量，其可以引起明显的临床症状，包括尿路感染、腰痛、肾孟积水、肾功能下降等。在亚洲，不同国家发病率不同，约10%~19.1%。由于在第1次发作后的5~10年内复发率高达50%，所以重复手术干预的比例很高。由于泌尿系结石的影响因素多元化，缓解方法困难，因此必须有可行的动物模型被用于研究该疾病。




动物的选择
大鼠、小鼠。其中大鼠是草酸钙结石的主要动物模型。


造模方法

一、草酸钙结石模型

在各种不同的结石种类中草酸钙结石比例最高，约占80%左右，所以建立草酸钙动物模型对研究泌尿系结石的机制有重要意义。



1、乙二醇诱导的大鼠草酸钙模型



乙二醇联合2%氯化是经典的草酸钙结石造模的方法。



造模方法：

1%乙二醇自由饮用4周，其中前 5d联合氯化铃大鼠灌胃造模成功。通过苏木精伊红(HE)染色发现晶体沉积在皮质和髓质的管腔内形状和大小不规则且大多数管腔扩张。



2、轻脯氨酸诱导的大鼠草酸钙模型



脯氨酸为近年来发现的一种草酸前体，并能最终可能诱发草酸钙结石形成。轻脯氨酸在酶催化下生成丙酮酸和乙醛酸，后者又在各种代谢酶的作用下最终形成代谢终产物草酸。



造模方法：

在正常鼠粮中加入5%(w/w)的轻脯氨酸，28d可造模成功。



优缺点：

与乙二醇和氯化的模型相比，经脯氨酸的肾毒性要更低。但它也有其局限性，这包括价格昂贵以及由肾再吸收和轻脯氨酸的皮质代谢所引起的潜在毒性可能与所观察到的一些肾脏损伤效应有关，而这些变化不一定是由高草酸尿或小叶内钙晶体沉积引起。



3、乙醛酸诱导的小鼠草酸钙模型



造模方法：

用6~8周龄的C57BL/6J雄性鼠建立了草酸钙沉积的小鼠模型，每只小鼠连续2周每天接受腹腔内给药乙醛酸(75mg/kg,200 mL)就可成模。

尽管小鼠模型具有基因组优势(平均约85%的碱基对是相同的)，且与大鼠比较，小鼠的研究和饲养成本要更低，但其与人类肾结石疾病相关的整体准确性和一致性在研究人员中仍存在争议。



4、基因敲除的小鼠草酸钙模型



基因敲除的小鼠模型较诱导模型相比更加稳定，Slc26a6在调节肠道分泌草酸的过程中起着至关重要的作用，对维持草酸内环境稳定,预防高草酸尿和草酸钙肾结石具有重要作用。Slc26a6缺失小鼠表现出异常的草酸盐稳态。



经学者研究发现与野生型小鼠比较，基因敲除小鼠的尿液和血浆中的草酸盐浓度分别高出2.0~3.5倍和15~2.0倍，88%的雄性小鼠和25%的雌性小鼠在3~6个月时检测到明显的膀胱结石，大部分草酸钙晶体沉淀在肾小管，少部分则沉淀在集合管中。此小鼠模型依赖于诱导高草酸尿，但除原发性高草酸尿患者外，人类肾结石患者有高草酸尿的相对较少Randall斑块诱发结石的形成已成为目前被认可的结石形成机制之一。



学者通过研究发现随着年龄的增长，Abcc6-/-小鼠出现肾间质的磷灰石钙化，这些钙化物出现在肾乳头的顶端，形成兰德尔斑块，这与在人类肾脏中观察到的情况类似，且与对照组比较，Abcc6-/-小鼠尿焦磷酸盐排泄率较低。进一步研究发现结合钙和维生素 D的摄入会加速Abcc6-/-小鼠 Randall斑块的形成。目前 Abcc6-/-小鼠被用来作为 Randall斑块动物模型来进行研究。




二、三聚氰胺结石模型



造模方法：

三聚氰胺联合三聚氰酸各100mg/kg每天灌胃，持续2周即可造模成功。



优缺点：

三聚氰胺喂养的大鼠的结石组成与三聚氰胺掺假配方奶粉喂养的婴儿的结石组成不同，2种结石形成机制不同；三聚氰胺的暴露可能导至大鼠尿液代谢性致石因子异常，可能对人类也有影响。

建立其动物模型的意义在于为体外溶石研究提供实验基础，不足之处就在于大鼠和人形成三聚氰胺结石的机制有所差异。


三、磷酸按镁结石模型



造模方法：

麻醉大鼠之后取耻骨号上方下腹部正中切口,切开腹腔，提起膀胱，使用无菌注射器于膀胱顶部注射稳定的浓度为1X100000000CFU/mL~2X100000000CFU/mL细菌注入，21d后发现膀胱出现结石样物。



缺点：

目前的实验方法只能构成膀胱结石模型，暂时没有好的方法能造成肾脏结石模型。因为老鼠的输尿管过于细小没有好的方法将细菌通过输尿管置入肾脏之中;而体外肾脏穿刺的方法也很难成功，且存在细菌进入血液导至感染性休克的风险。肾脏感染性结石模型还有待广大学者进一步探索。


总结
随着社会进步和科学发展，泌尿系结石的流行病学、基础研究、诊疗手段均出现了许多新进展和新突破。但是目前泌尿系结石形成的机制和防治方法仍然研究不足。想要能够进行更深层次更精准的研究,可靠的动物模型是必不可少的，这就意味需要一种被认可的标准化模型。最终，学科内最好能就泌尿系结石动物模型达成一致，这样可以使各个学者的研究能够进行一个合理的比较。到目前为止,每一个动物模型的终点是在尿液或肾脏的组织学检查中发现晶体的存在。虽然晶体可能是最终聚集的早期形式,但在临床实践中结晶尿并不一定等于未来的结石形成。因此,需要进一步的研究来确定结晶过程是否独立于结石的形成。