哮喘动物模型研究现状精.docx

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哮喘动物模型研究现状精

哮喘动物模型研究现状

【摘要】支气管哮喘是呼吸系统一种常见病与多发病。

其发病机制复杂,建立合适的动物模型有助于开发治疗人类变应性疾病的新药。

本文主要就哮喘动物模型的研究现状进行综述。

【关键词】哮喘动物模型

Abstract:

Bronchialasthmaisacommondiseaseandfrequentlyencountereddiseaseofrespiratoryapparatus.Thepathogenesyiscomplicated,establishingsuitableanimalmodelsofasthmabenefitsthedevelopmentofnewdrugtotreathumans'allergicdisease.Abriefreviewontheestablishmentofanimalmodlesonasthmawasmadeinthis*****.

Keywords:

asthma;animalmodle

支气管哮喘是呼吸系统一种常见病与多发病。

有关哮喘发病机制的探索、新治疗方法的评价、新药研究与开发都主要依赖于动物实验。

但是,动物自发形成的变应性哮喘很少,目前,哮喘的动物模型还很难完全模拟人类哮喘,只能在动物身上模拟哮喘的某些特征。

本文主要就哮喘动物模型的研究现状进行综述。

用于模拟人类支气管哮喘的动物种类很多,常用的如豚鼠、大鼠、小鼠、家兔等,用猫、狗、猪等动物复制哮喘模型也有报道。

1豚鼠

豚鼠是使用最广泛的变应性疾病动物模型。

尽管这种动物与人类有极大差异,但致敏豚鼠的过敏性支气管收缩在研究抗过敏、支气管扩张药物方面仍然是最常使用的模型。

致敏豚鼠的支气管过敏反应是常用的“速发型”变态性支气管收缩模型[1],这类模型的发病机制与人类的哮喘症相仿,同属Ⅰ型变态反应,其模型发病快,阳性率极高,但病程短,有些动物可发生急性过敏性休克而死亡,为防止动物过度反应死亡,可在激发前给豚鼠腹腔注射适量抗组胺药。

腹腔注射卵白蛋白致敏豚鼠,致敏后14~21d,再用1%的卵白蛋白给豚鼠雾化吸入

2min或用0.01%的卵白蛋白雾化吸入60min,可诱导豚鼠产生迟发相支气管收缩,在雾化吸入17~24h达峰[2]。

此外,豚鼠还是研究职业性哮喘建立的第一种动物模型[3]。

以豚鼠作为哮喘模型有许多好处,例如:

价格低廉,易处理,变应原诱发的支气管收缩与人类支气管哮喘中的收缩特点相同。

但豚鼠缺乏具有明确基因型的种系,也缺乏相关的免疫学和分子生物学试剂,尽管能产生很好的气道炎症模型,但对于进一步深入研究免疫和遗传机制较困难。

因此,在实验中越来越多地使用大鼠、小鼠等动物进行研究。

2大鼠

大鼠作为哮喘模型动物有许多优点,如来源广、繁殖快、易饲养、生物学试剂易获得等。

主动致敏处于麻醉状态下的BN大鼠,雾化吸入卵白蛋白可诱发迟发相支气管痉挛[4]。

Dong等人[5]用刚断奶的幼年大鼠建立的哮喘模型能较准确地反映小儿免疫系统的发展建立过程。

大鼠也常被用来复制支气管高反应性模型。

BN大鼠在卵蛋白主动致敏后,以5天为间歇进行抗原反复攻击,导致大鼠对吸入乙酰甲胆碱的反应性增高[6]。

BN大鼠通常被用来研究药物对气道嗜酸性粒细胞增多的影响,吸入抗原造成嗜酸性粒细胞向肺组织和气道管腔内流[7],与BN大鼠相比,没有观察到Lewis和Fish大鼠肺内有任何炎症变化,提示BN大鼠的嗜酸性粒细胞增多模型适用于研究抗原诱发的肺内改变以及嗜酸性粒细胞迁移的影响。

3小鼠

以小鼠作为支气管痉挛性收缩的哮喘模型的报道较少见。

国内小鼠哮喘模型研究较晚,唐艳等[8]在国内首次建立了一个较完善的小鼠哮喘模型肺功能检测系统,对BALB/C小鼠进行肺功能测定,为小鼠哮喘模型准确建立开辟了一条新路。

与其他动物相比,小鼠哮喘模型具有许多优势,如成本较低。

近几年随着生物测定技术的提高,有大量相关分子生物学试剂及抗体供选择,小鼠哮喘模型受到越来越多的关注,在国外已成为主要的鼠类哮喘模型。

常用BALB/C小鼠、C57BL/6小鼠。

由于已有大量特异性小鼠细胞因子和黏附分子等免疫学试剂,小鼠模型便于进行变应性反应的机制研究。

在致敏变应原的选择方面,尘螨是最常见的哮喘变应原。

钟南山等[9]使用尘螨的提取液致敏和激发BALB/c小鼠,成功构建了尘螨诱发的小鼠肺部变态反应性炎症的模型,为后来对哮喘发病机制研究和探索新的治疗手段打下了基础。

根据临床经验,研究者们一直以来认为外界压力与哮喘的发病率密切相关。

为证实这两者之间的关系,Joachim和他的同事们[10]用CBA/J小鼠建立了一种接受压力刺激的哮喘小鼠模型。

结果表明,在过敏性支气管哮喘动物模型中,压力确实能增加气道高反应性和气道炎症。

职业性哮喘在西方工业国家非常普遍,也是各研究机构研究的热点。

早期研究用到鼠科动物模型来证实免疫应答反应参与了职业性哮喘的发病。

SatohT等人[11]的研究发现,局部暴露于二异氰酸酯甲苯（TDI）可导致小鼠产生TDI-特异性IgE抗体并伴气道高反应性。

Matheson等人[12]用

TNF-α缺陷的小鼠进行实验,将TNF-α作为哮喘病程发展过程中推动炎症反应发生的细胞因子成分。

实验结果显示,不论TNF-α是否缺陷,小鼠均产生了TDI-特异性的IgG抗体,这提示,IgG抗体是该种动物模型中更好的标志物。

重塑是机体损伤性刺激的一种修复反应。

哮喘的气道重塑主要在于气道的持续性损伤和结构异常,并影响疾病的转归,增加治疗难度。

Kenyon.NJ等人[13]用BALB/c小鼠建立了一种接近支气管纤维化的动物模型。

实验结果显示,给予TGF-β的小鼠出现上皮粘膜下胶原沉积,给予TGF-β一周后检测到Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白mRNA的表达,给予TGF-β4周后,总胶原蛋白有非常明显的增加,气道高反应性也同时发生。

4家兔

家兔和豚鼠一样,可采用卵白蛋白主动致敏的方法,用抗原攻击主动致敏的家兔可诱发速发型支气管反应。

家兔可出现速发相和迟发相的哮喘反应,并伴有嗜酸性粒细胞的聚集以及BHR。

兔体型较小,性格温顺,价格相对便宜,可以反复使用而不出现脱敏。

El-HashimAZ等人[14]用网状链格孢或豚草抗原氢氧化铝凝胶致敏新生兔,抗原攻击后其BALF中嗜酸性粒细胞和中性粒细胞显著增加。

5猫

主动致敏的猫能出现一些类似于人类哮喘的反应,虽然如此,却较少用于实验研究。

Norris-Reinero等人[15]在猫身上复制了哮喘模型,注射尘螨和BGA（Bermudagrass,百慕岛大群岛草）致敏家猫,并用吸入的方法攻击。

结果显示,家猫体内产生了IgE特异性抗体,血清和BALF中产生了IgA、IgG特异性抗体,显示出气道高反应性,血细胞和BALF中Th2细胞表达增加,气道重塑。

6狗

狗可由于接触蛔虫而被自然致敏,也可被其他抗原致敏,自然致敏的杂种狗是很实用的模型。

由于饮食习惯,大多数狗会感染蛔虫,在体内产生高滴度的特异性蛔虫IgE,用狗的蛔虫提取的蛔虫蛋白为抗原,皮内注射可引起皮肤过敏反应,吸入后可引起狗的急性呼吸道收缩反应。

Hahn.HL等[16]对已被蛔虫致敏的清醒狗进行上呼吸道抗原攻击,发现肺阻力显著增加。

Davis等用阿拉斯加雪橇狗建立了一种新的模型。

运动员在寒冷的冬季接受高强度的训练时,气道炎症和气道高反应性呈现增高的趋势,并导致哮喘样症状,这种症状被称作Skiasthma（滑雪哮喘）。

在研究者早期的研究报告中[17],竞赛雪橇狗就被建议用来作为自发性Ski哮喘的一种模型,最近,Davis等[18]研究了运动训练对阿拉斯加雪橇狗呼吸机械功能的影响。

研究者旨在证实,常规的冬季训练是否会导致呼吸机械功能的异常以及这种异

常是否会一直延续到下一轮训练开始。

实验对19只健康成年的阿拉斯加雪橇狗和5只固定房舍喂养的实验室杂种狗进行了比较。

结果显示,即使在休息4个月以上后,阿拉斯加雪橇狗对吸入组胺的反应性仍高于实验室杂种狗;呼吸顺应性降低值超过了杂种狗,但呼吸阻力的变化,两种狗并无明显差异,提示冬季训练确实会导致运动员呼吸机械功能某种程度的改变。

7猴

在研究抗炎性平喘药方面,灵长类动物模型应用逐渐增加,自然致敏的猴和被动致敏的猴具有很高的价值。

自然致敏的特应性猕猴,在多次蛔虫抗原攻击后出现BHR,并伴有BALF中大量的嗜酸性粒细胞浸润[19]。

特应性恒河猴或猕猴经蛔虫蛋白或尘螨致敏攻击后24小时,肺内嗜酸性粒细胞数量增加[20]。

猴对抗原表现出的IgE介导的速发相和迟发相哮喘反应以及BHR,与小鼠、大鼠和豚鼠相比,其免疫系统和人非常相似,但缺点是实验费用太高。

8其他动物

羊对抗原的反应包括速发相和迟发相的支气管收缩。

利用羊建立模型的优势在于羊较温顺,实验时甚至不需要麻醉,使用相对没有****。

蛔虫蛋白自然致敏的羊可在第一次抗原攻击后间歇14天后再次进行攻击,可反复攻击多次[21]。

哮喘的研究中,大量证据表明猪的气道与人类气道极为相似,彭权国等[22]以雄性迷你猪为研究对象,探讨了三氯乙烯和全氯乙烯对平滑肌收缩以及对猪气管释放前列腺素类物质的影响。

结果显示,二者不改变气管平滑肌基础收缩值,但能提高乙酰胆碱和高钾离子诱发的平滑肌收缩。

9利用基因技术制作哮喘动物模型

组胺在致敏原诱发的哮喘中起到关键作用,能激发平滑肌细胞的收缩,血管舒张,增加微血管通透性以及刺激粘液分泌增加等。

在体内,组胺抑制剂很难取得长期的组胺消除效应。

基于此,建立合成组胺缺陷的小鼠是一种重要的研究方向。

Kozma等人[23]用一种组胺酸脱羧酶基因敲除的小鼠研究了哮喘模型中组胺缺乏的影响。

其早期的研究表明,HDC-

KO（histidinedecarboxylase-knockout）小鼠较正常小鼠的肥大细胞数量少,且肥大细胞的脱颗粒功能缺陷,卵白蛋白致敏并攻击的HDC-KO小鼠与用相同途径致敏攻击的野生型小鼠相比,其气道高反应性、肺部炎症反应、BALF中嗜酸性粒细胞增多以及卵白蛋白-特异性IgE抗体的量等均有明显的降低或减轻,同时,各种细胞因子如IL-1（α）、IL-1（β）、IL-4、IL-5、IL-6、INF-γ的表达水平在HDC-KO小鼠的哮喘迟发相与野生型小鼠相比有明显的降低,实验结果提示HDC-KO小鼠对由OVA致敏攻击产生的免疫应答反应有了明显的改变。

用于治疗支气管哮喘的药物中,β2肾上腺素能受体（β2AR）激动剂能迅速缓解哮喘症状。

但临床观察发现,长期使用β2AR激动剂引起的所谓“反常性支气管收缩”、气道反应性增加、快速耐药性都可能与肺部β2AR下调有关。

研究证明,β2AR激动剂在激活β2AR,产生生物效应的同时,与G蛋白相偶联的β肾上腺素能受体激酶（βARK1）也被同时激活,后者同活化的G蛋白脱

落的β、γ亚基相结合,可磷酸化β2AR,阻断β2AR的信号传递,从而形成重要的反馈机制。

黄茂等[24]用脂质体将携带β-ARK1抑制剂的基因质粒转入BALB/c小鼠呼吸道,使其细胞内合成βARKct,阻断肺组织β2AR的磷酸化过程以及β2AR的下调,增加β2AR的表达和维持β2AR的信号传递,保持

β2AR对其激动剂的敏感性,为哮喘治疗探索了新途径。

基因技术的优点在于能准确地发现其他动物模型中难以发现的问题,缺点是技术难度太大,成功率低,模型太理论化,与疾病发生发展过程的复杂因素难以完全吻合,不能复制出真实状况,有待进一步探索。

10小结

支气管哮喘的发病机制比较复杂,与其他疾病（如癫痫,心功能不全等）相比,动物并不会自发产生哮喘,有关变应性疾病动物模型的相关文献报道很多,这些模型中的发病机制与人类哮喘有关,每种模型都各有优缺点,但迄今为止还没有一种动物模型与人类哮喘的状况完全相同