腎纖維化動物模型特點與研究進展

1、編號：XXXX時間：2021年x月x日Error! No text of specified style in document.頁碼：第13頁 共13頁腎纖維化動物模型特點與研究進展腎纖維化動物模型特點與研究進展 本文關鍵詞：纖維化，研究進展，模型，動物腎纖維化動物模型特點與研究進展 本文簡介：摘要：腎纖維化為慢性腎病發(fā)展至終末期腎衰所必經(jīng)的相同病理路徑，病理改變分為腎間質(zhì)纖維化和腎小球硬化。腎纖維化的理想動物模型對慢性腎病發(fā)病機制的研究及其治療藥物的研發(fā)等存在現(xiàn)實意義。目前，腎纖維化動物模型制作包括藥物或毒物誘導、手術(shù)模型以及基因敲除等多種模型，不同動物模型腎功能、腎組織病理等方面各具特腎

2、纖維化動物模型特點與研究進展 本文內(nèi)容：摘要：腎纖維化為慢性腎病發(fā)展至終末期腎衰所必經(jīng)的相同病理路徑， 病理改變分為腎間質(zhì)纖維化和腎小球硬化。腎纖維化的理想動物模型對慢性腎病發(fā)病機制的研究及其治療藥物的研發(fā)等存在現(xiàn)實意義。目前， 腎纖維化動物模型制作包括藥物或毒物誘導、手術(shù)模型以及基因敲除等多種模型， 不同動物模型腎功能、腎組織病理等方面各具特點， 尚無法完全模擬人類慢性腎疾病， 這提示慢性腎疾病發(fā)病的復雜性， 對于其病理機制認識與防治具有重要意義。關鍵詞：腎纖維化； 腎間質(zhì)纖維化； 腎小球硬化； 動物模型；腎纖維化是腎單位損壞， 間質(zhì)中成纖維細胞的大量增生及肌成纖維細胞的形成、細胞外基質(zhì)生成

3、過度并沉積發(fā)生的腎小球硬化 （glomerulosclerosis, GS） 、腎間質(zhì)纖維化 （renal interstitial fibrosis, RIF） , 并最終喪失腎功能。確診腎纖維化的金指標為腎組織的病理學檢查， 包括觀察腎小管、間質(zhì)和腎小球基底膜的病理形態(tài)。腎纖維化的大體病理觀察主要是：腎臟明顯硬化、減小， 表面不平整、顆粒樣變；鏡下觀：腎間質(zhì)炎性細胞彌漫性浸潤、間質(zhì)纖維組織增殖、纖維化形成；腎小球大部分發(fā)生硬化、透明樣改變， 毛細血管破壞， 系膜基質(zhì)增生；由于腎小球血流受阻， 而造成腎小管發(fā)生萎縮， 病變輕處， 殘余腎代償性增大；生化檢測主要表現(xiàn)在血清尿素氮 （blood

4、urea nitrogen, BUN） 、血清肌酐 （serum creatinine, SCr） 、24 h尿蛋白定量異常1.誘導腎纖維化的方法主要有藥物或毒物 （氯化汞、環(huán)孢素A、腎毒性藥物、氨基糖苷類藥物等） 、手術(shù) （輸尿管單側(cè)結(jié)扎、5/6腎切除模型、腎缺血-再灌注等） 、單側(cè)腎切除復合Ang等復合因素以及轉(zhuǎn)基因模型等等， 本文對常見模型綜述如下。1 藥物或毒物誘導模型重金屬如汞；抗腫瘤藥物如阿霉素；氨基糖苷類抗生素如鏈脲霉素；含有馬兜鈴酸的中草藥；血管緊張素；器官移植術(shù)后的免疫抑制劑類藥物如環(huán)孢素A等， 均可損害腎功能造成纖維化。1.1 氯化汞模型汞化合物是公害嚴重的環(huán)境污染物， 腎

5、為汞毒性的最主要靶器官之一， 損傷以近曲小管為主。主要機理：Hg Cl2中毒后， 主要與體內(nèi)抗氧化物質(zhì)-還原型谷胱甘肽 （GSH） 結(jié)合， 形成復合物-GSH-HG-GSH, 損耗抗氧化物GSH等， 并產(chǎn)生活性氧自由基ROS, 屬于氧化應激損傷類型2.ROS能使腎小管上皮細胞形成空泡、變性與壞死等改變；另一方面， 過氧化產(chǎn)物如丙二醛 （MDA） 等可直接促使腎ECM生成細胞活化， 使ECM生成增加， 降解減少， 造成腎小管間質(zhì)纖維化。造模方法：大鼠8 mg/ （kg·d） Hg Cl2灌胃， 共9周。腎組織病理可見：腎小管間質(zhì)水腫， 炎性細胞廣泛浸潤， 細胞外基質(zhì)增加， 間質(zhì)發(fā)生

6、纖維化；腎小管擴張或萎縮；腎小球萎縮、硬化， 小球的基底膜變厚等病理改變；腎功能：BUN、SCr均升高約1.2倍3-4.袁繼麗等5也報道， 大鼠20 mg/ （kg·d） Hg Cl2灌胃， 1周即可造成明顯腎功能損壞， 腎間質(zhì)大量炎性細胞浸潤、腎小管膨脹變性， 免疫組化顯示腎小管的上皮細胞及腎間質(zhì)大量表達α-SMA.Hg Cl2短時間染毒盡管顯示有腎間質(zhì)纖維化， 但所用Hg Cl2劑量比較多， 模型以急性腎損傷為主。1.2 阿霉素 （多柔比星） 模型阿霉素 （adriamycin, ADM） 為臨床上用于化療的含醌的蒽環(huán)類藥物。經(jīng)腎代謝后， 阿霉素被還原成半醌型自由

7、基， 氧化后有活性氧生成， 在多種脂質(zhì)介質(zhì)如血小板活化因子等的作用下， 誘導腎小球上皮細胞 （又稱足細胞） 發(fā)生脂質(zhì)過氧化， 腎小球濾過模受損， 通透性增加， 進而影響糖蛋白的代謝；腎小球的濾過屏障由于濾過膜被破壞而受影響， 造成腎損傷。病變前期以微小病變性腎病綜合征為主， 后期可進展至局灶節(jié)段性腎小球硬化6.阿霉素腎病模型為國內(nèi)國外目前一致認同的模擬人類微小病變性和局灶節(jié)段性腎小球硬化腎病綜合征較好的動物模型7.該模型有低蛋白血癥、高脂血癥、大量蛋白尿等表現(xiàn)。造模方法：藺建軍8以4 mg/kg ADR尾靜脈注射， 1周后以2 mg/kg再注射， 3周時間能成功造成阿霉素大鼠的腎病綜合征模型。

8、病理改變， 肉眼可見腎皮質(zhì)為蒼白色， 髓質(zhì)與皮質(zhì)部分分界不明顯。腎組織鏡下可見：腎小球體積變大， 腎小囊囊壁變厚、囊腔擴張， 球囊發(fā)生黏連， 毛細血管管腔縮小， 腎小球表現(xiàn)為局灶節(jié)段性硬化改變。腎小管擴大， 上皮細胞顆粒變性， 蛋白管型多見， 間質(zhì)廣泛炎性細胞浸潤；模型組24 h尿蛋白增加約45倍。亦有報道小鼠尾靜脈以單次注射ADR 10 mg/kg9-10, 6周后病理可見：大部分腎小球呈局灶節(jié)段性硬化， 足突細胞融合變形， 毛細血管袢堵塞、充血。蛋白管型形成， 腎小管顯著擴大， 發(fā)生間質(zhì)纖維化。腎功能：BUN升高1.4倍左右。阿霉素的組織毒性很強， 注射時如果有溢出， 大鼠的尾部則易發(fā)生缺

9、血壞死、潰爛等， 引起感染甚至導致尾部脫落， 造成模型大鼠死亡。1.3 馬兜鈴酸模型馬兜鈴酸 （aristolochic acid, AA） 屬于硝基菲類有機酸化合物， 為細辛、馬兜鈴、廣防己、關木通等中草藥的主要成分。AA誘發(fā)腎小管上皮細胞及間質(zhì)成纖維細胞損傷， 導致腎小管萎縮、間質(zhì)纖維化， 但作用機制尚未完全明確11, 其腎損傷的主要特點表現(xiàn)為腎小管變性、壞死、腎小管周圍毛細血管丟失、間質(zhì)纖維化， 對腎小球影響的報到較少見。造模方法：大鼠5 mg/ （kg·d） AA灌胃， 連續(xù)8周。腎組織病理：腎小球的體積變大， 基底膜呈重度膨大；腎小管上皮細胞明顯腫大；腎間質(zhì)有增生的成纖

10、維細胞和炎性細胞廣泛浸潤。腎功能：Scr升高1.2倍左右， BUN升高1.1倍左右。尿β2-MG升高約1.7倍12.另有報道， 大鼠10 mg/ （kg·d） AA灌胃， 共4周。腎小管上皮細胞發(fā)生凋亡， 腎小球基底膜變厚。腎間質(zhì)出現(xiàn)炎性細胞輕微浸潤， 膠原纖維增生明顯。腎功能：BUN升高1.5倍左右， Scr升高約1.3倍13.1.4 環(huán)孢素A模型鈣調(diào)素抑制劑環(huán)孢素A （cyclosporine A, Cs A） 為強效免疫抑制劑， 臨床上肝、心臟、肺、腎等器官移植術(shù)后應用較多。腎毒性是Cs A最突出的副反應， 主要表現(xiàn)為進行性的腎功能降低以及不可逆性腎小管及血管等組

11、織結(jié)構(gòu)損傷， 包括腎小管基底膜萎縮， 上皮細胞腫脹、變性甚至壞死或脫落等， 腎間質(zhì)炎性細胞廣泛浸潤， 腎慢性缺血， 間質(zhì)纖維化呈條帶狀或灶狀， 腎小球硬化等14.造模方法：大鼠15 mg/ （kg·d） Cs A皮下注射， 共4周；或30 mg/ （kg·d） 灌胃， 4周。腎組織病理：腎小管萎縮和間質(zhì)炎性細胞彌漫性浸潤并發(fā)生纖維化；腎小球硬化， 小球動脈內(nèi)膜顯著增生， 管腔接近閉塞。腎功能：BUN升高約1.9倍， SCr升高約1.4倍15-16.造模費用昂貴， 且Cs A具有肝毒性， 另外因服用Cs A所致的RIF在臨床上所占比例有限等， 限制了該模型的應用。1.

12、5 腺嘌呤模型腺嘌呤屬于嘌呤類含氮雜環(huán)化合物， 主要用在化療藥物造成的白細胞減少癥。有研究顯示17, 腺嘌呤于黃嘌呤氧化酶的催化下生成2, 8-二羥基腺嘌呤， 后者使腎小管發(fā)生堵塞， 氮質(zhì)化合物的排出受影響， 造成血清尿素氮、肌酐、尿酸顯著升高；過飽和的尿酸在血中生成結(jié)晶， 在腎小管、間質(zhì)及腎小球部位沉積， 形成異物使局部發(fā)生肉芽腫性炎癥， 大量腎單位損傷， 最終發(fā)生腎間質(zhì)纖維化。造模方法：大鼠以0.75%腺嘌呤飼料喂養(yǎng)46周。結(jié)果：腎小管腫大或萎縮甚至有壞死， 腎間質(zhì)炎性細胞彌漫性浸潤并出現(xiàn)廣泛纖維化。BUN、SCr均升高超過10倍18-19.連琦等20報道：250 mg/kg腺嘌呤灌胃，

13、前2周每天1次， 后2周以相同濃度采取2 d 1次灌胃。4周可復制出腎損傷較重， 腎間質(zhì)纖維化的大鼠模型。該模型造模時間如果小于4周， 容易發(fā)生腎功能復常。該模型為腺嘌呤復合物沉積于腎小管及間質(zhì)引起堵塞， 類似于臨床上腎后性梗阻形成的慢性腎衰。主要用于腎間質(zhì)纖維化、慢性間質(zhì)性腎炎及局灶節(jié)段性腎小球硬化的研究。1.6 血管緊張素模型腎是高血壓損傷的重要靶器官之一， 高血壓引起腎損傷進一步發(fā)展為腎功能衰竭。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng) （renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS） 激活及腎局部血管緊張素 （Ang） 產(chǎn)生增多為腎纖維化的形成與發(fā)展的始因。

14、Ang作為RAAS激活的產(chǎn)物， 升高全身血壓及腎小球毛細血管內(nèi)壓， 作用于腎的AT1、AT2受體， 可調(diào)節(jié)細胞增殖， 肥大， 炎性細胞活化以及纖維化， 形成腎小動脈硬化或腎實質(zhì)損害。造模方法：15 mg/m L血管緊張素溶液灌進膠囊滲透壓泵， 手術(shù)將泵塞入小鼠背部皮下， 2000 ng/ （kg·min） 泵出， 共6周。腎組織病理：腎小球硬化， 伴腎小管擴大， 刷狀緣脫落， 蛋白管型形成， 腎間質(zhì)增多， 小動脈增粗硬化21-23.1.7 鏈脲霉素模型鏈脲霉素是一種從鏈霉菌中提取的抗生素， 能特異性破壞胰島β細胞， 誘發(fā)糖尿病， 高血糖介導代謝失常及血流動力學改變， 造

15、成糖尿病性腎病。造模方法：鏈脲霉素200 mg/ （kg·d） 小鼠腹腔注射， 連續(xù)8周。病理結(jié)果：腎小球體積增大， 系膜基質(zhì)明顯增生， 腎小囊與腎小球上皮細胞發(fā)生粘連， 出現(xiàn)腎小球硬化。生化結(jié)果：血糖、BUN、SCr、24 h尿白蛋白/尿肌酐比值明顯升高24-25.2 手術(shù)模型手術(shù)模型通過減少腎單位， 造成殘余腎的血流量和GRF增加， 從而導致腎的壓力增大， 腎實質(zhì)內(nèi)炎性細胞浸潤， 并引起高血壓、蛋白尿， 最終形成腎纖維化。目前應用較多的有單側(cè)輸尿管梗阻模型、5/6腎切除模型、缺血再灌注模型等， 分述如下：2.1 單側(cè)輸尿管梗阻 （unilateral ureteral obs

16、truction, UUO） 模型造模方法：大鼠左側(cè)輸尿管中上1/3處離斷， 兩端結(jié)扎， 24周。病理結(jié)果：腎間質(zhì)膠原纖維增生、炎性細胞彌漫性浸潤， 腎小管萎縮或擴張；腎小球基底膜變厚、小球玻璃樣改變。血生化：BUN升高1-1.5倍， SCr升高2倍左右。該模型腎纖維化特征明顯， 死亡率低， 較適用于對腎間質(zhì)纖維化的研究26-28.該模型模擬臨床輸尿管梗阻導致腎間質(zhì)損傷， 是研究較成熟的理想腎間質(zhì)纖維化模型。2.2 5/6腎切除模型切除大鼠左側(cè)腎外緣及上、下極共約2/3左腎；1周后再切除整個右側(cè)腎， 2次一共切約5/6腎。動態(tài)觀察512周。病理結(jié)果：腎小球系膜外基質(zhì)增加， 系膜細胞增生， 毛細

17、血管擴張或閉塞， 腎小球局灶性或全部硬化， 腎小管萎縮或擴張， 大量蛋白管型， 腎間質(zhì)增多， 炎性細胞彌漫性浸潤29-31.殘存腎單位高灌注、高壓力、高濾過引起蛋白尿， 加速腎功能缺失；殘腎代償， 纖維化形成。該模型因造模技術(shù)較簡單， 手術(shù)操作時間短， 操作器械易獲取， 模型成功率高等而被廣泛采用。2.3 缺血再灌注模型缺血再灌注損傷為臨床上腎移植發(fā)病的主要病因。短時間缺血引起的損傷可逆， 但長時間缺血再灌注后會造成腎組織、細胞結(jié)構(gòu)的不可逆性損傷， 導致腎組織纖維化的發(fā)生32.該模型與臨床腎移植、腎部分切除術(shù)、休克、血管阻塞后再通等缺血再灌注損傷相似。造模方法：動脈夾夾閉大鼠左腎動脈3045

18、min, 切除右腎， 再去掉動脈夾， 使血流灌注恢復， 共4周。病理結(jié)果：腎小管萎縮或消失， 并伴有間質(zhì)纖維化， 小球硬化表現(xiàn)。腎功能：SCr升高2倍左右， BUN升高約1.5倍33-34.3. 復合模型3.1 葉酸合Phd14基因敲除模型Phd14基因敲除小鼠復合250 mg/kg葉酸腹腔注射， 4周。病理結(jié)果：腎間質(zhì)發(fā)生多灶狀纖維化， 伴炎性細胞浸潤， 腎小管管腔擴大， 上皮細胞萎縮、變性。腎功能：SCr升高1.32.6倍， BUN增高1.33.2倍。研究表明Phd14基因敲除小鼠腎、肺、肝多器官發(fā)生纖維化。葉酸刺激誘導發(fā)生腎損傷是藥物腎毒性造成急性腎損傷類型， 葉酸損傷腎小管上皮細胞，

19、引發(fā)一系列炎癥及免疫反應；Phd14基因?qū)w維化起保護作用， 敲除后促進纖維化形成。此復合模型誘導腎纖維化比例高， 混和因素少35-36.3.2 單側(cè)腎切除合Ang模型切除整個左腎， 1周后行微滲透泵置入手術(shù)， 灌注Ang， 共4周。病理表現(xiàn)：近曲小管上皮細胞渾濁腫大， 間質(zhì)炎性細胞廣泛浸潤及膠原纖維顯著增多。腎功能：SCr升高約1.3倍， BUN升高1.2倍左右。尿蛋白增高約6倍37.本方法中灌注外源性Ang， 引起小鼠血壓上升， 切除單側(cè)腎， 則高血壓作用在孤立腎上， 增加腎損傷， 因此縮短成模時間， 同時加重纖維化的程度， 可用于原發(fā)性高血壓腎病的研究。4 轉(zhuǎn)基因模型KIM-1rec-tg小鼠模型腎損傷因子-1 （KIM-1） 由甲肝病毒受體-1 （HAVCR-1） 基因編碼。正常腎幾乎不產(chǎn)生KIM-l蛋白， 研究發(fā)現(xiàn)， KIM-l的持續(xù)表達是急性腎損傷 （acute kidney inju