間質(zhì)性膀胱炎動物模型的研究進(jìn)展

昂小杰，李淼，周峰，蔡宗強(qiáng)，陳衛(wèi)國

(蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院泌尿外科，江蘇 蘇州 215006)

間質(zhì)性膀胱炎(interstitial cystitis，IC)，又稱為膀胱疼痛綜合征(bladder pain syndrome，BPS)，是一種慢性炎癥性膀胱病變，臨床表現(xiàn)為與膀胱充盈相關(guān)的疼痛或盆腔不適，伴下尿路癥狀，如尿頻或尿急[1]。其好發(fā)于女性，女性發(fā)病率大約為男性的5倍，甚至更高。通常伴發(fā)睡眠功能障礙、焦慮、抑郁和性功能障礙，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[2]。IC/BPS的發(fā)病機(jī)制尚未明確，目前僅提出糖胺聚糖層(glycosaminoglycan，GAG)的損害、肥大細(xì)胞活化、神經(jīng)源性炎及自身免疫性炎等相關(guān)假說[3]?；谶@些假說，研究人員建立了化學(xué)藥物膀胱內(nèi)滴注、腹腔注射環(huán)磷酰胺(cyclophosphamide，CYP)、自身免疫性膀胱炎和神經(jīng)源性炎癥及心理和生理壓力/自然模型等IC動物模型[4]。本文綜述了近年來各種IC動物模型，并分析了不同動物模型的特點(diǎn)和不足之處。

1 動物模型分類和特點(diǎn)

IC/BPS的病因未明，目前沒有標(biāo)準(zhǔn)的動物模型。基于各類假說，大約20多種動物模型已經(jīng)在過去的幾十年制備出來。從1980年到2000年，IC模型通常是通過膀胱內(nèi)滴注化學(xué)刺激物(如鹽酸、乙酸或丙酮等[5-7])誘導(dǎo)膀胱炎癥；2000年以后，CYP的全身給藥、自身免疫或全身性誘導(dǎo)的動物模型越來越多。目前常用模型大致分為以下五類，各類模型優(yōu)缺點(diǎn)歸納如下。見表1。

1.1 膀胱內(nèi)藥物滴注模型

自發(fā)現(xiàn)IC/BPS起，研究人員就一直圍繞著膀胱區(qū)疼痛或不適及下尿路癥狀來建模。早期通常非選擇性的向動物膀胱內(nèi)滴注酸性刺激物引起膀胱的急性炎癥。Song等[8]向8周齡雌性SD大鼠膀胱內(nèi)滴注0.1 mol/L鹽酸，觀察到大鼠排尿間隔縮短、膀胱黏膜腐蝕及肥大細(xì)胞浸潤。但這些模型一般誘導(dǎo)急性膀胱炎癥，表型維持時間短，目前已較少使用。

后來，研究發(fā)現(xiàn)通過選擇性損傷GAG層，改變尿路上皮滲透率，也可以用來建立IC模型。Ryu等[9]通過向8周齡雌性SD大鼠膀胱灌注10 mg硫酸魚精蛋白，并且每周灌注2次750 μg脂多糖，5周后發(fā)現(xiàn)大鼠排尿間隔明顯縮短，且伴有膀胱尿路上皮剝脫、肥大細(xì)胞浸潤和細(xì)胞凋亡的顯著增加。Lv等[10]每周向兩組雌性SD大鼠膀胱內(nèi)分別灌注低劑量透明質(zhì)酸酶(1 mg/mL)及高劑量透明質(zhì)酸酶(4 mg/mL)3次，持續(xù)4周，觀察發(fā)現(xiàn)大鼠均呈現(xiàn)膀胱慢性炎癥和纖維化、肥大細(xì)胞活化及膀胱上皮缺失，而且高劑量透明質(zhì)酸酶組大鼠膀胱病理改變更顯著。

這類模型直接作用于膀胱，機(jī)理簡單，成本較低，能夠很好地還原人類IC/BPS的表型。但是，此法需尿道插管，特別是對于小鼠存在一定的技術(shù)要求，需反復(fù)操作，容易損傷尿道，引起小鼠尿道狹窄及炎癥的可能性?？偟膩碚f，此類模型符合目前人們對于IC/BPS的認(rèn)知，應(yīng)用較為廣泛。

1.2 腹腔內(nèi)注射CYP模型

CYP作為一種氮芥類衍生物，可由脫氫酶轉(zhuǎn)變?yōu)轸攘柞０范Щ?，或以丙烯醛形式排出。丙烯醛是一種刺激性化合物，通過腎臟過濾清除，在膀胱中積聚導(dǎo)致組織損傷。Hu等[11]將成年雌性Wistar大鼠隨機(jī)分為CYP-4 h、CYP-48 h和CYP-10 d組，CYP-4 h和CYP-48 h組的大鼠接受單次高劑量給藥(150 mg/kg，腹膜內(nèi))，而CYP-10 d第1、4、7和10天重復(fù)接受低劑量CYP(75 mg/kg，腹膜內(nèi))給藥，結(jié)果顯示重復(fù)低劑量CYP治療產(chǎn)生了更明顯的炎癥反應(yīng)、粘膜侵蝕、潰瘍、水腫區(qū)域及瘀點(diǎn)出血，而高劑量較低劑量組發(fā)生了明顯的自身行為改變及活動度的降低。為了觀察在小鼠中是否同樣如此，Golubeva等[12]向8周齡C57BL/6J雌性小鼠第0、2、4及6天重復(fù)低劑量CYP(80 mg/kg，腹膜內(nèi))給藥，發(fā)現(xiàn)小鼠膀胱組織中炎癥因子表達(dá)和肥大細(xì)胞數(shù)量的輕度增加，卻沒有出現(xiàn)大量炎性浸潤、組織出血和尿路上皮損傷的表現(xiàn)，且CYP誘導(dǎo)后尿路上皮呈增生改變。

CYP誘導(dǎo)的動物模型經(jīng)濟(jì)且給藥方便，通常單次高劑量CYP 24 h內(nèi)就誘發(fā)IC/BPS的許多典型特征，如疼痛相關(guān)行為、膀胱水腫、大量炎性細(xì)胞浸潤、出血和粘膜破壞。如反復(fù)給予低劑量CYP，可以很好地誘發(fā)IC/BPS患者的疼痛癥狀及下尿路癥狀。通常認(rèn)為單次高劑量給藥誘導(dǎo)出急性出血性膀胱炎，而重復(fù)多次低劑量給藥誘導(dǎo)出慢性膀胱炎，且小鼠與大鼠不同，長期注射CYP后可引起小鼠膀胱尿路上皮增生改變，不符合潰瘍型IC/BPS的特征，目前更主張將其應(yīng)用到非潰瘍型IC/BPS中。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)報道，此類模型應(yīng)用最多，是一種經(jīng)過充分研究的模型，其在穩(wěn)定性及可操作性上具備獨(dú)特優(yōu)勢。

1.3 自身免疫模型

尿溶蛋白(uroplakin，UPK)屬于異二聚體整合膜蛋白家族，是終末分化的尿路上皮細(xì)胞形成的不對稱單位膜的一部分，可通過刺激CD4+促炎性Th1樣T細(xì)胞產(chǎn)生自身免疫性炎癥[13]。因此，Song等[8]將200 μg UPK2皮下注射到8周齡雌性SD大鼠的腹側(cè)區(qū)域，2周后大鼠的排尿間隔明顯縮短、排尿容量減低且膀胱內(nèi)肥大細(xì)胞活化及炎癥因子明顯升高，但未表現(xiàn)出骨盆區(qū)慢性疼痛。Izgi等[14]向6 ～ 8周齡雌性BALB/c小鼠腹部皮下注射200 μg UPK3A 65-84肽，5周后發(fā)現(xiàn)UPK3A 65-84肽可以誘發(fā)主要的IC表型，包括骨盆區(qū)慢性疼痛，并且可以維持此慢性疼痛。另外，Liu等[15]開發(fā)了一種名為URO-OVA轉(zhuǎn)基因小鼠，其表達(dá)模型抗原卵白蛋白(OVA)的膜形式，作為膀胱上皮細(xì)胞上的自身抗原，其在第7天自發(fā)IC樣組織學(xué)膀胱炎癥，包括肥大細(xì)胞浸潤和炎癥因子的增加。

相較于其他模型，自身免疫模型能夠很好地誘發(fā)IC/BPS的典型癥狀，無需導(dǎo)尿，操作相對簡單，避免損傷實(shí)驗(yàn)動物的尿道，減少因尿道損傷導(dǎo)致炎癥而引起尿道疼痛及炎癥，但其制備成本較高，故不宜大面積推廣，目前仍作為免疫學(xué)說的研究模型。

1.4 神經(jīng)炎癥模型

基于神經(jīng)炎癥理論基礎(chǔ)，Yang等[16]通過向10 ～ 14周齡的BALB/c雌性小鼠外展肌尾側(cè)肌注射2.29×106pfu的偽狂犬病毒(pseudorabies virus，PRV)，并注射等量滅活PRV作為對照，結(jié)果顯示PRV感染的小鼠的膀胱中炎癥因子TNF及肥大細(xì)胞細(xì)胞數(shù)量明顯升高。通過PRV誘導(dǎo)的神經(jīng)源性膀胱炎是一種特異性骨盆疼痛模型，對模擬內(nèi)臟疼痛行為有獨(dú)特優(yōu)勢[17]。

神經(jīng)炎癥模型不直接作用于膀胱，能模擬IC/BPS患者主要癥狀，特別是對于神經(jīng)源性炎癥的研究至關(guān)重要。不過，研究發(fā)現(xiàn)動物膀胱在注射病毒5 d后就會失去張力，因此其穩(wěn)定性仍需驗(yàn)證。

1.5 心理和生理壓力/自然模型

此類模型包括各種壓力模型、貓科動物IC模型、注射苯腎上腺素和控制環(huán)境溫度或光線的模型。雖然目前機(jī)制尚未闡明，但自主神經(jīng)系統(tǒng)中交感神經(jīng)的激活可能起關(guān)鍵作用。

Wang等[18]將實(shí)驗(yàn)組雌性Wistar-Kyoto大鼠暴露于避水應(yīng)激(water avoidance stress，WAS)下10 d，對照組不施加干涉，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組較對照組膀胱充盈期間內(nèi)臟發(fā)生超敏反應(yīng)、膀胱收縮增強(qiáng)及排尿次數(shù)增加，但實(shí)驗(yàn)組大鼠的膀胱容量未發(fā)生明顯變化。貓科動物IC模型雖然與人類疾病最相似，是IC的自然發(fā)生模型，但由于其未知的病因，以及維持和處理貓的高成本，目前較少使用[19]。Charrua等[20]連續(xù)每日向雌性Wistar大鼠皮下注射苯腎上腺素14 d，劑量為2.5 mg/kg，發(fā)現(xiàn)其誘發(fā)了內(nèi)臟疼痛、膀胱反射活動增加及肥大細(xì)胞活化等。

表1 各種類型IC動物模型比較Table 1 Comparison of different types of IC animal models

WAS模型反映了人類狀況的壓力變化，并且表現(xiàn)出患者中出現(xiàn)的許多關(guān)鍵癥狀，較為新穎，可作為動物模型來闡明導(dǎo)致IC/BPS患者的內(nèi)臟敏感性腦表型的機(jī)制。此外，采用多學(xué)科的方法，評估了該模型來研究泌尿系統(tǒng)慢性骨盆疼痛綜合征的可行性[21]。WAS模型和苯腎上腺素模型不僅重現(xiàn)了IC/BPS膀胱的變化，而且還誘導(dǎo)了可能在IC/BPS患者中發(fā)現(xiàn)的全身性改變，為IC/BPS提供了新的研究方向。

2 模型評估標(biāo)準(zhǔn)

IC/BPS的主要癥狀為尿頻、尿急及膀胱區(qū)疼痛。因此，是否能表達(dá)所有表型成為IC動物模型評估的標(biāo)準(zhǔn)。

為了觀察膀胱活動，徐曦等[22]將PE-50導(dǎo)管置入大鼠膀胱，連接多通道生理信號采集處理系統(tǒng)，以速度為10 mL/h灌注生理鹽水，記錄大鼠膀胱收縮間歇及排尿頻率。Lai等[23]將小鼠置于單獨(dú)的定制排尿籠中，以12 h光照和12 h黑暗循環(huán)24 h實(shí)時記錄排尿習(xí)慣。關(guān)于疼痛的評估，Governo等[24]使用一組尺寸為1.65 ～ 5.07的von Frey細(xì)絲，通過垂直于膀胱表面施加von Frey細(xì)絲并記錄動物的反應(yīng)來評估恥骨上骨盆區(qū)域的觸覺敏感性。陽性行為是：①腹部急劇收縮，②即時舔和刮擦，③跳躍。從最小的細(xì)絲開始，每個細(xì)絲總共施加10次，持續(xù)3 s，每次刺激之間間隔為8 s。記錄每根單絲的陽性反應(yīng)百分比(響應(yīng)頻率)，通過響應(yīng)頻率對應(yīng)對數(shù)圖的線性部分繪制的回歸線計算每只小鼠的von Frey力。

3 總結(jié)與展望

IC/BPS是一種病因未明的慢性疼痛疾病。為了更好地了解其病理生理學(xué)，已經(jīng)付出許多努力來創(chuàng)建IC動物模型。大多數(shù)現(xiàn)有的IC模型是通過對健康動物施以有害物質(zhì)，引起膀胱內(nèi)或全身刺激，來重現(xiàn)人類患者的癥狀和全身變化。這些模型雖然有助于理解各種機(jī)制，但是僅限于證明膀胱和神經(jīng)系統(tǒng)如何對傷害性刺激做出反應(yīng)，并不能反映IC/BPS復(fù)雜的相互作用和病理生理學(xué)。

目前，關(guān)于構(gòu)建IC模型的所有方法中，任何單一模型都無法模擬人類疾病的所有方面。因此，在后續(xù)的研究工作中應(yīng)著重對以下方面進(jìn)行改進(jìn)：①膀胱內(nèi)藥物滴注作為常用方法，能很好地還原人類IC/BPS的表型，但需反復(fù)灌注，特別對于小鼠有一定的操作難度及尿道狹窄的可能；②腹腔內(nèi)注射CYP作為應(yīng)用最多的方法，是一種方便且經(jīng)過充分研究的模型，但針對小鼠造模，其膀胱黏膜呈增生改變，不符合人類潰瘍型IC/BPS改變，需要聯(lián)合其他方法共同造模；③自身免疫模型兼顧了IC/BPS全身癥狀，但其制備成本高，需進(jìn)一步優(yōu)化劑量；④其他造模方法目前較為新穎，更加關(guān)注模擬患者的全身癥狀，為研究提供可新方向，但需長期觀察其其穩(wěn)定性。

綜上所述，IC/BPS現(xiàn)病因未明，模型多樣，各具優(yōu)缺點(diǎn)，尚沒有標(biāo)準(zhǔn)的動物模型，但是可以改良現(xiàn)有的模型適應(yīng)不同的研究需求。構(gòu)建理想的IC模型將隨著對疾病的認(rèn)識不斷加深，相信在不久的將來會實(shí)現(xiàn)。