慢性阻塞性肺疾病模型復(fù)制研究進(jìn)展

黃曉芬,李金田

(甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

?

慢性阻塞性肺疾病模型復(fù)制研究進(jìn)展

黃曉芬,李金田

(甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是呼吸系統(tǒng)疾病中常見(jiàn)病和多發(fā)病，造成巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。加強(qiáng)對(duì)COPD發(fā)病機(jī)制研究，尋找安全有效的藥物來(lái)防治COPD具有重要的臨床意義，選擇正確合理的COPD模型復(fù)制方法是研究COPD發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵。對(duì)COPD模型復(fù)制方法做一綜述。

COPD；吸煙；蛋白酶；脂多糖

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease， COPD)，簡(jiǎn)稱(chēng)慢阻肺，是一種以不完全氣流受限呈進(jìn)行性發(fā)展為特征的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，與有害氣體和有害顆粒對(duì)肺部的炎癥反應(yīng)有關(guān)。吸煙是導(dǎo)致COPD氣流受限的最主要誘因，而細(xì)菌、病毒感染、小氣道炎癥、吸入刺激性氣體等是引發(fā)COPD急性加重的原因。目前，研究證實(shí)影響COPD患者氣道重構(gòu)和進(jìn)行性氣道阻塞的最主要原因是慢性反復(fù)的氣道炎癥。許多炎性細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等)、細(xì)胞因子(如IL-8、TNF-α等)及炎癥介質(zhì)(白三烯)都參與了COPD的發(fā)生發(fā)展。

在過(guò)去的幾十年里，動(dòng)物模型已發(fā)展到模擬人類(lèi)COPD的各個(gè)方面，用于更好地了解COPD相關(guān)病理生理機(jī)制、探索有效的治療方法。然而，目前，COPD的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，可以徹底根除COPD的藥物及治療方法也尚未明確。基于這種情況，急需重?cái)MCOPD動(dòng)物模型和治療策略。在此，對(duì)現(xiàn)有COPD動(dòng)物模型進(jìn)行概述，以期進(jìn)一步改進(jìn)動(dòng)物模型并深入認(rèn)識(shí)COPD找到更好的治療方法。

1 COPD動(dòng)物模型

雖然大型動(dòng)物更接近于人類(lèi)生理狀態(tài)，但鼠類(lèi)由于成本低、體積小、方便操作、便于標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)而常用于COPD的研究。COPD動(dòng)物模型的制備方法多種多樣，目前，多見(jiàn)的COPD模型復(fù)制方法有被動(dòng)吸煙法、蛋白酶誘導(dǎo)的COPD動(dòng)物模型法和化學(xué)藥物誘導(dǎo)的動(dòng)物模型法等。

1.1 被動(dòng)吸煙復(fù)制COPD動(dòng)物模型

吸煙是COPD最主要的誘因，吸煙危害健康也是眾所周知的事實(shí)，煙是人類(lèi)第一殺手，全世界每年因吸煙死亡達(dá)250萬(wàn)人。香煙煙霧能導(dǎo)致黏膜纖毛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能異常，引起支氣管痙攣，直接損傷肺泡上皮導(dǎo)致肺血管內(nèi)皮細(xì)胞及肺泡巨噬細(xì)胞聚集、活化，逐漸呈現(xiàn)相應(yīng)的病理和生理學(xué)改變[1]。因此采用被動(dòng)吸煙法復(fù)制COPD動(dòng)物模型。

李若葆等[2]采用長(zhǎng)期吸煙法建立COPD大鼠模型。他們將模型組雄性Wistar大鼠放置于自制煙熏箱中，每次燃燒10支八喜牌香煙，1.5h/次，2次/天，5天/周，連續(xù)6個(gè)月。結(jié)果顯示正常組大鼠肺部組織正常，而吸煙組大鼠細(xì)支氣管上皮增生肥大、排列紊亂，細(xì)支氣管壁增厚，并伴有淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)。模型成功建立。

甘麗杏等[3]將COPD組雄性SD大鼠置于熏箱中，每次燃燒大前門(mén)香煙5支，2次/天，中間間歇4h以上，連續(xù)90天。結(jié)果COPD組存在不同程度炎性改變，包括氣道上皮破壞，細(xì)支氣管上皮肥大、排列紊亂，細(xì)支氣管壁增厚，并伴有炎性細(xì)胞侵潤(rùn)，氣道平滑肌增生等。

孔令雯等[4]將雄性SD大鼠在每天上下午各被動(dòng)吸煙1次，每次放置5支黃果樹(shù)牌過(guò)濾嘴香煙，燃盡后更換，持續(xù)30min，6d/周，連續(xù)2個(gè)月，第60天吸完煙后將雄性SD大鼠處死。光鏡下見(jiàn)COPD組氣管周?chē)把苤車(chē)交≡錾?，氣管粘膜下腺體增生肥大，周?chē)罅康牧馨图?xì)胞、中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，大量肺泡壁缺損、融合形成肺大泡。

甘桂香等[5]每日將雄性Wistar大鼠置于自制染毒箱內(nèi)暴露于10支芙蓉牌香煙中2次(對(duì)照組大鼠也置于染毒箱內(nèi)做偽暴露)，每次1h，2次之間相隔不少于4h；第1次燃燒4支香煙隨后每次2支香煙，每支香煙燃燒約12min，換煙間歇3min。吸煙組大鼠肺泡結(jié)構(gòu)紊亂，支氣管肺內(nèi)出現(xiàn)以淋巴細(xì)胞為主的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。

段珊等[6]用香煙熏吸建立豚鼠COPD模型。病理形態(tài)學(xué)檢查符合COPD表現(xiàn)，模型復(fù)制成功。

1.2 蛋白酶誘導(dǎo)COPD動(dòng)物模型

研究表明蛋白酶-抗蛋白酶失衡是引起COPD的主要原因，蛋白酶進(jìn)入肺內(nèi)后引起肺內(nèi)彈性蛋白及膠原降解、中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞積聚，導(dǎo)致肺彈性回縮力下降、肺容積增大及肺實(shí)質(zhì)炎癥反應(yīng)、氣腔擴(kuò)大和肺泡壁破壞等[7]。目前主要的蛋白酶有木瓜蛋白酶、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶和豬胰蛋白酶。

毛旻等[8]采用支氣管鏡下左肺葉內(nèi)注入木瓜蛋白酶的方法復(fù)制COPD模型。結(jié)果顯示肺總量、功能殘氣量、吸氣氣道阻力、呼氣氣道阻力均升高。

汪電雷等[9]采用《實(shí)用中醫(yī)證候動(dòng)物模型學(xué)》之煙熏法及復(fù)合木瓜蛋白酶霧化吸入法復(fù)制Wistar大鼠COPD模型，即采用煙、二氧化硫定量熏吸并復(fù)合木瓜蛋白酶霧化吸入法，建立COPD大鼠模型。

涂小華等[10]以彈性蛋白酶誘發(fā)大鼠COPD模型。滴入彈性蛋白酶5周后，隨機(jī)抽取6只動(dòng)物進(jìn)行肺部組織病理學(xué)觀(guān)察，所檢測(cè)動(dòng)物出現(xiàn)COPD病理?yè)p傷特征，已形成COPD模型。

高振等[11]利用氣管滴注彈性蛋白酶結(jié)合熏煙的方法建立COPD模型。模型組見(jiàn)大片狀肺大泡，有充血現(xiàn)象；淋巴細(xì)胞為主的炎癥增生，杯狀細(xì)胞增多；黏膜平滑肌增厚。

吳升等[12]用豬胰蛋白酶制作大鼠COPD動(dòng)物模型。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物造模后，出現(xiàn)呼吸道分泌物增加，呼吸困難，有明顯缺氧等大鼠COPD病癥。

1.3 化學(xué)藥物誘導(dǎo)COPD動(dòng)物模型

許多化學(xué)藥物都可以引起肺炎和COPD，這些藥物主要有氯化鎘、二氧化硫、脂多糖(LPS)和臭氧等。其進(jìn)入肺臟后可以刺激中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞，合成與釋放一系列炎性介質(zhì)并介導(dǎo)肺組織及氣道的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白酶平衡破壞，從而形成COPD。張煒等[13]采用二氧化硫氣體熏吸聯(lián)合腺嘌呤飼料喂飼成功制造出慢阻肺復(fù)合腎虛證模型。

近年來(lái)，內(nèi)毒素脂多糖(LPS)聯(lián)合煙熏誘導(dǎo)的動(dòng)物模型已被廣泛使用?，F(xiàn)代研究證實(shí)LPS不但可以激活巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞等一些免疫細(xì)胞，還可以促進(jìn)細(xì)胞因子生成、活化補(bǔ)體、以及增強(qiáng)免疫活性。LPS還可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡，其誘因除了LPS能激活PKC、NF-κB，啟動(dòng)多種凋亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)外，還與LPS刺激引起細(xì)胞分泌NO等多種生物活性物質(zhì)的介導(dǎo)有關(guān)[14]。Stolk等[15]將金黃地鼠分為3組，每周向動(dòng)物氣管內(nèi)滴入200μg LPS，分別給藥3.5周(7次)，4周(8次)，5周(10次)，在最后一次給藥4周后處死動(dòng)物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組地鼠均出現(xiàn)了肺氣腫病變和支氣管黏液細(xì)胞增生(BMCH)[16]。宋一平等[17]使用氣管內(nèi)滴注LPS聯(lián)合煙熏的辦法復(fù)制COPD模型，既實(shí)驗(yàn)第1天、第14天于氣管內(nèi)滴注LPS，第2～28天于自制玻璃染毒箱內(nèi)被動(dòng)吸煙(滴注LPS當(dāng)天不煙熏)。結(jié)果表明該模型符合COPD模型的形態(tài)學(xué)和病理生理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，模型制備成功。

2 COPD動(dòng)物模型評(píng)價(jià)

雖然吸煙是COPD的重要誘因，這種方法可以復(fù)制COPD模型，但其部分病例尚缺乏典型的氣道結(jié)構(gòu)重塑特征，并且研究者用到的香煙類(lèi)型都不盡相同，因此不能完全代表COPD模型。同時(shí)，單純吸煙模式造模時(shí)間長(zhǎng)，煙霧量不易控制，所造成的COPD模型不穩(wěn)定，不易被復(fù)制。另外，研究中的動(dòng)物品種和性別都不同，各種動(dòng)物、甚至不同種系的大鼠對(duì)香煙易感性有很大差異。宋小蓮等[18]比較SD大鼠和Wistar大鼠發(fā)現(xiàn)，后者對(duì)香煙的耐受性不及前者，熏煙如果過(guò)濃過(guò)久(>10支/次，每次1h)，Wistar大鼠更易出現(xiàn)COPD癥狀。所以，筆者認(rèn)為被動(dòng)吸煙法并不合理。

蛋白酶誘導(dǎo)的方法簡(jiǎn)便且穩(wěn)定，但它造成的病變與人類(lèi)常見(jiàn)的由長(zhǎng)期吸煙引起的并不完全一致，且病變往往分布不均。而且，氣道滴入木瓜蛋白造模進(jìn)行氣管內(nèi)滴注藥物、進(jìn)行呼吸功能評(píng)價(jià)以及模擬輔助通氣時(shí)，需要進(jìn)行氣管插管，大鼠的氣管直徑較小，不便于插管操作。改良后的煙、二氧化硫定量熏吸并復(fù)合木瓜蛋白酶霧化吸入造模法，二氧化硫量不能?chē)?yán)格控制，稍有不慎就可能使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物窒息死亡。

單純氣管內(nèi)滴注LPS只可短時(shí)間內(nèi)復(fù)制出與COPD所造成的相似呼吸道損傷，并不能復(fù)制出漸進(jìn)性慢性的病理過(guò)程。LPS聯(lián)合煙熏的造模方法更符合COPD發(fā)生過(guò)程中感染和吸煙的兩重要誘因，而且操作簡(jiǎn)單，可明顯縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。但是，盡管氣管內(nèi)滴注LPS是以肺組織病理?yè)p傷為主，避免了全身炎癥反應(yīng)，適合研究干預(yù)因素對(duì)肺組織的保護(hù)作用，不足的是這種方法需要進(jìn)行氣管插管，這種創(chuàng)傷性手術(shù)給實(shí)驗(yàn)鼠帶來(lái)的疼痛無(wú)法避免，且手術(shù)環(huán)境及操作人員等因素會(huì)增加實(shí)驗(yàn)鼠感染的機(jī)會(huì)，有些實(shí)驗(yàn)鼠會(huì)立即死亡，更重要的是藥物滴入時(shí)如果液滴過(guò)大會(huì)使動(dòng)物存在窒息死亡的風(fēng)險(xiǎn)[19]。

3 結(jié)語(yǔ)

COPD模型的建立方法仍然在探索中。被動(dòng)吸煙法由于香煙類(lèi)型、不同種系和不同性別的大鼠對(duì)香煙易感性不同等因素的影響而不建議使用；蛋白酶誘導(dǎo)法僅是導(dǎo)致大鼠體內(nèi)蛋白酶-抗蛋白酶失衡而誘發(fā)大鼠COPD的形成，由于不全面而不建議采納；氣管內(nèi)滴注脂多糖聯(lián)合煙熏法雖然已被廣泛使用，但是它依然存在問(wèn)題，因此，創(chuàng)傷更小、更簡(jiǎn)單合理的造模方法有待進(jìn)一步深入研究和探索，以更好地提高實(shí)驗(yàn)效率。

[1] WRIGHT JL,CHURGA.A model of tobacco smoke-induced airflow obstruction in the guinea pig[J].Chest,2002,121(15):188-191.

[2] 李若葆,王箐,李洪先.COPD模型大鼠肺組織TGF-β1mRNA的表達(dá)及意義[J]. 山東醫(yī)藥，2008,43(18):7-8.

[3] 甘麗杏,李成業(yè).組蛋白修飾對(duì)COPD大鼠肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞趨化因子表達(dá)的影響[J].中國(guó)呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志，2010,9(4):361.

[4] 孔令雯,葛正行. Survivin蛋白在COPD模型大鼠組織中的表達(dá)及意義[J]. 貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011,33(3):95-96.

[5] 甘桂香,胡瑞成. 吸煙慢性阻塞性肺疾病大鼠肺組織內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)凋亡基因Caspase-12的表達(dá)[J]. 中國(guó)呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志，2011,10(1):33-35.

[6] 段珊,鄧立普. 豚鼠COPD模型中MMP-9和TIMP-9的表達(dá)及布地奈德干預(yù)后的變化[J].實(shí)用醫(yī)藥雜志，2012,29(6):545-546.

[7] 趙偉,郝青林.蛋白酶與抗蛋白酶失衡在COPD中的研究進(jìn)展[J].臨床肺科雜志，2011,16 (3):437-440.

[8] 毛旻,張鈺,章樂(lè)堯.木瓜蛋白酶誘導(dǎo)豬肺氣腫模型的建立[J].臨床肺科雜志，2012,17(6):1022-1024.

[9] 汪電雷,張弦,陶秀華.化痰降氣膠囊對(duì)COPD 模型大鼠支氣管上皮細(xì)胞中多藥耐藥相關(guān)蛋白1功能和表達(dá)的影響[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合雜志，2012,32(7):955-958.

[10] 涂小華,黃麗平. 通肺膠囊對(duì)彈性蛋白酶誘發(fā)大鼠慢性阻塞性肺疾病模型的影響[J].廣州中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,29(2):159.

[11] 高振,李鳳森. 血清TNF-α、MMP-9和骨組織MMP-1 mRNA在慢性阻塞性肺病西北寒燥證中的表達(dá)[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合雜志，2012,32(8):1103.

[12] 吳升,沈亞偉. 豬胰蛋白酶致大鼠COPD氧化應(yīng)激與動(dòng)脈血?dú)忾g的相關(guān)性研究[J]. 東南國(guó)防醫(yī)藥，2015,14(3):219.

[13] 張煒,畢小利.慢性阻塞性肺病復(fù)合腎虛證大鼠模型的建立[J].實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與比較醫(yī)學(xué),2005,25(3):157.

[14] 黎庶,汪正清. LPS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡的研究[J].中華微生物學(xué)和免疫學(xué)雜志，2003,23(7):543.

[15] STOLK J,RRDOLPHUS A,DAVIES P,et al. Inducing of emphysema and bronchial mucus cell hyperplasia by intratracheal instillation of lipopolysaccharide in the hamster[J]. J Pathol，1992(167)：349-356.

[16] 姜威.慢性阻塞性肺病及呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷新動(dòng)物模型的建立和相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[D].西安：第四軍醫(yī)大學(xué)，2008.

[17] 宋一平,崔德健,茅培英.慢性阻塞性肺疾病大鼠模型的建立及藥物干預(yù)的影響[J].中華內(nèi)科雜志，2000,39(8):557.

[18] 宋小蓮,王昌惠. 脂多糖結(jié)合熏煙法和單純熏煙法建立慢性阻塞性肺病大鼠模型的比較[J]. 第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,31(3):248.

[19] 黃建華,李理,袁偉鋒.脂多糖經(jīng)不同給藥方式致急性肺損傷小鼠模型的比較研究[J]. 中國(guó)呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志，2013,12(3):265.

(責(zé)任編輯：余 婷)

Research Progress of Model Replication of Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Huang Xiaofen,Li Jintian

(Gansu College of Traditional Chinese Medical,Lanzhou 730000,China)

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a common disease and encountered frequently disease in respiratory system,and cause huge social and economic burden.It is very significant to strengthen the research on the pathogenesis of COPD and looking for a safe and effective treatment to the prevention and treatment of COPD. To select the correct and reasonable COPD model replication method is the key to study the pathogenesis of COPD.We introduce model replication method of COPD in this paper.

COPD;Smoking; Protease;LPS

2015-04-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(H2708：中醫(yī)內(nèi)科)

黃曉芬(1989-)，女，甘肅中醫(yī)藥大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)榻?jīng)方治療肺系疾病。

李金田(1967-)，碩士，甘肅中醫(yī)藥大學(xué)博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹嗅t(yī)藥防治呼吸系統(tǒng)疾病。

R256.1

A

1673-2197(2015)17-0040-03

10.11954/ytctyy.201517020