痛風(fēng)動(dòng)物模型的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

簡(jiǎn)桂林，青玉鳳，張全波

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院a.老年醫(yī)學(xué)科，b.風(fēng)濕免疫科，四川 南充 637000)

痛風(fēng)是一種與高尿酸血癥相關(guān)的炎性疾病，醫(yī)學(xué)之父希波克拉底早在公元前5世紀(jì)就對(duì)其進(jìn)行了描述[1]。痛風(fēng)主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎，并可影響泌尿系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)，若經(jīng)久不愈，有致殘風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響人類生活及健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，全世界約3.9%的人患有痛風(fēng)[2]，中國(guó)痛風(fēng)患病率為1.1%[3]。隨著人們生活水平的提高，我國(guó)居民痛風(fēng)的患病率呈逐年上升趨勢(shì)[4]。痛風(fēng)的發(fā)生與體內(nèi)尿酸生成過(guò)多和(或)排泄減少有關(guān)。尿酸的生成主要有兩方面，一是來(lái)自富含嘌呤的食物的分解，二是來(lái)自體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、核苷酸等物質(zhì)的代謝。尿酸主要通過(guò)腎臟、腸道和肝膽排泄。尿酸生成過(guò)多和(或)排泄減少均會(huì)導(dǎo)致血液尿酸水平過(guò)高，進(jìn)而形成高尿酸血癥，而尿酸鹽在關(guān)節(jié)周圍聚集并析出結(jié)晶，導(dǎo)致痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎。為了研究疾病，而構(gòu)建的理想動(dòng)物模型需要遵循3個(gè)原則，分別是與人類疾病具有相似的發(fā)病機(jī)制、與人類疾病具有相似的行為表象、與人類疾病具有相似的藥物治療反應(yīng)，目前已構(gòu)建的痛風(fēng)動(dòng)物模型主要有高尿酸血癥動(dòng)物模型、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型、痛風(fēng)性結(jié)節(jié)腫動(dòng)物模型等[5]?，F(xiàn)對(duì)目前常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及動(dòng)物模型予以綜述。

1 嚙齒類動(dòng)物模型

嚙齒類動(dòng)物主要選擇大鼠和小鼠。鼠的血尿酸代謝過(guò)程與人體相似，但也存在一定差異。人體嘌呤經(jīng)體內(nèi)代謝后終產(chǎn)物主要為尿酸，而鼠類體內(nèi)存在尿酸氧化酶(urico oxidase，UOX)，可將尿酸氧化成溶解度更高的尿囊素，易于排出體外。

1.1痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型 目前，主要采用單鈉尿酸鹽(monosodium urate，MSU)晶體關(guān)節(jié)穿刺法建立痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎模型。Coderre穿刺法[6-7]是最早用于關(guān)節(jié)建模的方法，但這種建模方法存在一些缺陷，如用藥量有限，穿刺時(shí)易將試劑注入踝前皮下或體外，人為造成踝關(guān)節(jié)破壞而致創(chuàng)傷性炎癥反應(yīng)，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果等[8]。現(xiàn)大多采用改良法建立大鼠踝關(guān)節(jié)痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎模型，其建模方法較多，如可在麻醉大鼠踝關(guān)節(jié)外側(cè)后方，與脛骨呈45°進(jìn)行穿刺并注射MSU晶體混懸液進(jìn)行關(guān)節(jié)建模[9]；也可于大鼠踝關(guān)節(jié)后側(cè)沿跟腱內(nèi)側(cè)30°～40°方向穿刺關(guān)節(jié)腔并注射MSU晶體混懸液進(jìn)行關(guān)節(jié)建模[10]。以上方式均通過(guò)MSU晶體刺激模擬人類急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎，其關(guān)節(jié)表現(xiàn)與人類急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎相似。但有實(shí)驗(yàn)指出，直接關(guān)節(jié)注射MSU晶體混懸液建模法存在不足，該關(guān)節(jié)模型中主要為淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)[11]，而痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎主要為中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)[12]，這與臨床病理特點(diǎn)不符。

1.2高尿酸血癥動(dòng)物模型 鼠體內(nèi)存在的UOX能夠?qū)⒛蛩嵫趸赡蚰宜?。體內(nèi)尿囊素的溶解度高，較尿酸更易溶于水，尿囊素溶于水后隨尿液排出體外，因此，鼠類較少發(fā)生自發(fā)性高尿酸血癥。高尿酸血癥小鼠模型分為基因修飾導(dǎo)致的高尿酸血癥小鼠模型(基因誘導(dǎo)模型)和環(huán)境因素誘發(fā)的高尿酸血癥小鼠模型(環(huán)境誘導(dǎo)模型)兩大類[13]。由于人體內(nèi)編碼尿酸氧化酶的基因失活，而小鼠體內(nèi)該基因未失活，因此小鼠UOX基因修飾是建立“類人”模型，以研究高尿酸血癥的理想方式。通常采用兩種方法敲除UOX基因，以建立血尿酸水平顯著增高的小鼠模型，①UOX基因敲除模型，通過(guò)將新霉素選擇盒插入U(xiǎn)OX基因的第3外顯子介導(dǎo)UOX基因破壞，從而改變開(kāi)放閱讀框。該模型小鼠的血尿酸平均水平是野生型對(duì)照組的12倍左右；通過(guò)敲除UOX基因建立小鼠模型是可行的高尿酸血癥動(dòng)物模型造模方式，但由于嚴(yán)重的腎病(包括尿酸結(jié)晶沉積、多發(fā)性囊腫、腎小管萎縮等)，建模4周時(shí)的模型小鼠死亡率高達(dá)65%；此外，雜合子子代UOX基因敲除小鼠的占比為7.1%，遠(yuǎn)低于預(yù)期的25%，表明UOX基因敲除與胚胎致死率有關(guān)[14]。②利用轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)核素酶技術(shù)刪除了UOX基因第3號(hào)外顯子中28個(gè)堿基對(duì)的一個(gè)區(qū)域，在C57BL/6J背景下產(chǎn)生另一種UOX基因敲除小鼠模型，此種小鼠的血尿酸水平與高尿酸血癥患者相似，約40%的小鼠存活了62周；雜合子子代UOX基因敲除小鼠的活產(chǎn)率為15.9%，遠(yuǎn)低于預(yù)期的25%，同樣涉及胚胎致死率的問(wèn)題，且小鼠可出現(xiàn)腎功能障礙，包括尿酸結(jié)晶沉積和腎小球或腎小管病變；雄性UOX基因敲除小鼠出現(xiàn)的代謝紊亂與胰島素分泌受損和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病敏感性增加有關(guān)，而雌性小鼠出現(xiàn)高血壓伴脂代謝異常[15]。除上述兩個(gè)基因敲除模型外，研究人員還建立了另一個(gè)與UOX基因相關(guān)的小鼠模型，該模型使用銫輻射誘導(dǎo)小鼠第3號(hào)染色體上的副中心倒位，導(dǎo)致UOX基因突變和UOX缺乏，此類模型小鼠的血尿酸水平較高，且多伴發(fā)腎病及腎小球和腎小管擴(kuò)張，63%的小鼠在出生后14 d內(nèi)死亡，這些改變可能與其核三維結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)，且可能對(duì)尿酸代謝產(chǎn)生其他非特異性影響[16]。

此外，還可采用環(huán)境因素誘發(fā)方式建立鼠類高尿酸血癥模型，如應(yīng)用尿酸氧化酶抑制劑氧嗪酸鉀。皮下注射氧嗪酸鉀混懸液[17]或腹腔注射氧嗪酸鉀[18]均可抑制UOX的活性，從而建立小鼠高尿酸血癥模型。體內(nèi)尿酸主要來(lái)自嘌呤代謝，嘌呤進(jìn)入體內(nèi)后，經(jīng)過(guò)一系列代謝生成尿酸，故可通過(guò)增加機(jī)體嘌呤攝入量模擬高尿酸血癥。常見(jiàn)方法為腺嘌呤灌胃[19]和酵母提取糊灌胃[20]。酵母類成本較低，在體內(nèi)可分解為嘌呤和嘧啶，且酵母類食物能上調(diào)體內(nèi)黃嘌呤氧化酶活性，促使嘌呤氧化，提高尿酸水平。嘌呤代謝過(guò)程可被ATP抑制[21]，故建模時(shí)可同時(shí)應(yīng)用ATP，如通過(guò)尾靜脈注射ATP[11]來(lái)提高模型成功率。關(guān)節(jié)及其周圍組織的血供相對(duì)較少，當(dāng)pH值降低時(shí)，可導(dǎo)致尿酸鹽沉積，故可通過(guò)喂食含醋酸溶液建立痛風(fēng)動(dòng)物模型[22]，此建模方法成模時(shí)間短、模型與人體發(fā)病過(guò)程相似，且操作簡(jiǎn)單、成本較低。

體內(nèi)尿酸水平升高是高尿酸血癥的主要特征之一。應(yīng)用MSU晶體可建立高尿酸血癥動(dòng)物模型，如小鼠腹腔注射MSU晶體混懸液可模擬人體尿酸水平升高后的一系列過(guò)程[23]。臨床上，部分痛風(fēng)的發(fā)生與藥物的使用存在一定相關(guān)性。乙胺丁醇主要為抗結(jié)核藥物，但可用于高尿酸血癥小鼠模型的建立[24]，其機(jī)制可能是通過(guò)干擾嘌呤代謝及提高黃嘌呤氧化酶活性使血尿酸水平升高，常用給藥方法為灌胃。上述建立高尿酸血癥動(dòng)物模型的方法可同時(shí)使用，如給予小鼠高嘌呤飲食同時(shí)腹腔注射氧嗪酸鉀等。但需要注意鼠類尿酸代謝與人體存在一定差異，上述方法適用于建立高尿酸血癥模型，在建立痛風(fēng)關(guān)節(jié)炎模型方面存在一定困難。

1.3痛風(fēng)性結(jié)節(jié)腫動(dòng)物模型 痛風(fēng)性結(jié)節(jié)腫形成是慢性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的重要表現(xiàn)與特征。痛風(fēng)發(fā)展到一定程度可表現(xiàn)為痛風(fēng)性結(jié)節(jié)腫及痛風(fēng)石。建立相應(yīng)的動(dòng)物模型有助于研究痛風(fēng)性結(jié)節(jié)腫及痛風(fēng)石的局部反應(yīng)。大鼠及小鼠均可用于建立痛風(fēng)性結(jié)節(jié)腫模型。一般在雄性大鼠(或小鼠)背部皮下注射經(jīng)處理的消毒空氣，使該部位隆起，3 d內(nèi)若隆起部位縮小再重復(fù)上述方法，第4天在隆起部位注射MSU晶體混懸液，從而建立動(dòng)物模型[25-26]。此種建模方法可模擬機(jī)體局部炎癥反應(yīng)并研究其局部病理生理改變，但該模型不具有高尿酸血癥及痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的特點(diǎn)，因此無(wú)法用于整體尿酸代謝研究。

2 家禽類動(dòng)物模型

家禽類動(dòng)物是最早用于建立痛風(fēng)模型的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之一，常用家禽有雞和鵪鶉。雞與鵪鶉的尿酸代謝與人體相似，體內(nèi)均無(wú)UOX，不能將尿酸轉(zhuǎn)化為尿囊素。因此，雞及鵪鶉模型可用于模擬人體的相應(yīng)過(guò)程。

2.1痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型 雞是建立痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎模型的適宜動(dòng)物，可模擬痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的局部反應(yīng)。通常采用局部關(guān)節(jié)穿刺注射法建立雞的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型，將MSU晶體混懸液通過(guò)膝關(guān)節(jié)后側(cè)韌帶注入雞的膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)，并適度活動(dòng)該關(guān)節(jié)[27]。另外，在進(jìn)行雞的關(guān)節(jié)腔注射建模前，可對(duì)其進(jìn)行飲食調(diào)整，如高鈣和(或)高蛋白食物喂養(yǎng)，以誘導(dǎo)雞體內(nèi)尿酸水平的升高[28]。此方法在一定程度上模擬了痛風(fēng)患者體內(nèi)尿酸水平升高至痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎形成的一系列過(guò)程，較符合痛風(fēng)的臨床病理生理特征。上述方法均可用于建立雞痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型，但由于難以控制動(dòng)物品系，重復(fù)性較差，而且存在管理困難等問(wèn)題，其應(yīng)用受到限制。

2.2高尿酸血癥動(dòng)物模型 雞的嘌呤代謝過(guò)程與人體相似，故可用于建立高尿酸血癥動(dòng)物模型，可選用的建模方法主要有高鈣高蛋白食物喂養(yǎng)[29]。根據(jù)尿酸溶解性較差的特點(diǎn)，在高鈣高蛋白食物喂養(yǎng)的同時(shí)限制其飲水量，以達(dá)到增加體內(nèi)血尿酸水平的目的。此外，可通過(guò)喂食腺嘌呤混懸液[30]或酵母類[31]構(gòu)建鵪鶉高尿酸血癥模型，以增加體內(nèi)嘌呤含量并提高尿酸水平，模擬人體尿酸代謝過(guò)程。真菌產(chǎn)物也可誘發(fā)高尿酸血癥。在雞飼料中可添加卵孢霉素[32]或赭曲霉素及丹寧酸[33]等，可促使雞體內(nèi)尿酸水平升高，并可使尿酸鹽在心臟、腎臟等器官組織沉積。由于雞與鵪鶉體內(nèi)尿酸代謝過(guò)程與人相似，故采用上述方法構(gòu)建模型的血尿酸水平在一定時(shí)間內(nèi)處于較高水平，有利于相關(guān)研究的進(jìn)行。

3 哺乳類動(dòng)物

哺乳類動(dòng)物體內(nèi)尿酸代謝過(guò)程與人體存在一定差異。由于體內(nèi)UOX的存在，嘌呤經(jīng)過(guò)體內(nèi)代謝后生成尿囊素后排出體外，故哺乳類動(dòng)物一般不會(huì)發(fā)生自發(fā)性高尿酸血癥及痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎。兔是常用于建立急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎模型的哺乳動(dòng)物，主要有經(jīng)典和改良兩種建模方式。經(jīng)典建模方式[34]：在麻醉后兔膝關(guān)節(jié)注射一定量的MSU晶體混懸液，建模后兔表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)腫脹、行動(dòng)困難；實(shí)驗(yàn)室檢查顯示炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子水平的改變。該方法可模擬MSU晶體對(duì)刺激機(jī)體后產(chǎn)生的局部生理病理改變。改良建模方式[35]：麻醉后，手術(shù)取出兔大網(wǎng)膜，將MSU晶體用大網(wǎng)膜包裹并植入兔的膝關(guān)節(jié)，術(shù)后可見(jiàn)兔的關(guān)節(jié)改變，并可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢查驗(yàn)證相應(yīng)炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子的改變。由于人體關(guān)節(jié)內(nèi)痛風(fēng)結(jié)節(jié)和痛風(fēng)石主要以固體形式存在，經(jīng)典方式建模時(shí)一般采用的是MSU晶體混懸液，不能準(zhǔn)確模擬人體生理病理過(guò)程，故對(duì)經(jīng)典模型進(jìn)行了改良，改良建模方式克服了經(jīng)典建模方式的不足，兔的膝關(guān)節(jié)中MSU晶體以固體形式存在，能夠更好地模擬急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的反應(yīng)過(guò)程，模型持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，有利于長(zhǎng)效控制痛風(fēng)藥物的研究。將MSU晶體注入犬的關(guān)節(jié)后，成功誘發(fā)其急性關(guān)節(jié)炎，這是痛風(fēng)研究史上的里程碑[36]。由于樹(shù)鼩與人類關(guān)系密切，醫(yī)學(xué)研究亦可使用這些小型哺乳動(dòng)物作為替代動(dòng)物模型。腹腔注射氧酸鉀可引起樹(shù)鼩急性高尿酸血癥[37]，但樹(shù)鼩是否可以用來(lái)模擬自發(fā)痛風(fēng)還有待觀察。頸靜脈注射MSU晶體混懸液可引起豬的高尿酸血癥，故可用于構(gòu)建痛風(fēng)模型，且該模型還驗(yàn)證了尿酸可通過(guò)腸道排出這一結(jié)論[38]。

4 靈長(zhǎng)類

在哺乳類動(dòng)物中，具有功能型尿酸氧化酶的物種占較高比例，而大型猿類、人類等部分靈長(zhǎng)類物種的尿酸氧化酶基因在進(jìn)化(基因突變等)過(guò)程成為假基因，不能表達(dá)功能型尿酸氧化酶，導(dǎo)致血清尿酸水平升高[39]。猴屬于靈長(zhǎng)類動(dòng)物，且與人類基因具有高度相似性，理論上是研究人類疾病的理想實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。獼猴經(jīng)含黃曲霉素飲食喂養(yǎng)后，可檢測(cè)到炎癥細(xì)胞周圍的尿酸鹽結(jié)晶[40]，提示可利用猴建立痛風(fēng)動(dòng)物模型，但使用非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物建立疾病模型存在一定困難。首先，猴本身屬于國(guó)家保護(hù)動(dòng)物，使用成本很高；其次，猴主要來(lái)源于野生，難以做到精確品系控制；再次，目前對(duì)猴的生理及病理等的研究尚不深入，難以避免建立模型時(shí)的隨機(jī)誤差。

5 其他動(dòng)物

其他動(dòng)物也用于建立痛風(fēng)模型。斑馬魚的繁殖周期短，與人類基因組具有同質(zhì)性，故可用于人類疾病的建模，現(xiàn)已用于一些遺傳變異和尿酸調(diào)節(jié)之間分子機(jī)制的研究，如使用氧酸鉀和黃嘌呤鈉鹽處理幼魚可產(chǎn)生斑馬魚高尿酸血癥模型[41]，斑馬魚也可用于研究急性痛風(fēng)性炎癥[42]，但目前尚缺乏大規(guī)模研究，故難以對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。與人類一樣，鳥(niǎo)類編碼尿酸氧化酶的基因也不活躍。通過(guò)喂食富含嘌呤食物建立的高尿酸血癥鳥(niǎo)類模型已經(jīng)建立，包括紅尾鷹[43]。但建立鳥(niǎo)類痛風(fēng)模型存在一定困難，首先，鳥(niǎo)類難以達(dá)到規(guī)?；B(yǎng)殖，成本較高；其次，鳥(niǎo)類尿酸水平不穩(wěn)定；最后，鳥(niǎo)類與人類的基本生物學(xué)信息存在差異，限制了該模型的廣泛應(yīng)用。骨骼證據(jù)表明，暴龍患有痛風(fēng)，但不可能將其用于模擬痛風(fēng)的研究[44]。

6 小 結(jié)

目前已發(fā)現(xiàn)多種動(dòng)物的疾病與人類相似，并已實(shí)際用于人類疾病的研究。用于人類痛風(fēng)研究并成功建立動(dòng)物模型的動(dòng)物包括大鼠、小鼠、雞、鵪鶉、兔等。動(dòng)物模型的建立有利于痛風(fēng)發(fā)病機(jī)制、臨床特點(diǎn)、藥物治療等的研究，但由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人體存在異質(zhì)性，各種模型均在某一個(gè)方面模擬痛風(fēng)，但并不具有整體性，目前尚無(wú)能夠完整模擬人體內(nèi)尿酸升高導(dǎo)致高尿酸血癥及痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的一系列過(guò)程的模型。理想的痛風(fēng)模型應(yīng)該同時(shí)具有高尿酸血癥和痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎兩大特點(diǎn)，采用氧嗪酸鉀腹腔注射和MSU晶體混懸液踝關(guān)節(jié)注射可建立高尿酸血癥并急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的大鼠模型[45]。此外，可通過(guò)敲除基因建立動(dòng)物模型，但此類模型動(dòng)物的壽命一般較短，不利于較長(zhǎng)時(shí)間的研究。目前建模標(biāo)準(zhǔn)的建立存在困難，由于動(dòng)物與人類的差異，實(shí)際操作中尿酸水平的測(cè)定有一定難度，且難以準(zhǔn)確界定動(dòng)物高尿酸血癥標(biāo)準(zhǔn)。雖然痛風(fēng)動(dòng)物模型的建立能夠在一定程度上模擬人體的疾病過(guò)程，但目前建模成功率較低，動(dòng)物死亡率偏高，相關(guān)問(wèn)題仍需進(jìn)一步研究。