急性肺損傷動物模型建立方法的研究進(jìn)展

王佳佳，曲英敏，王 瑩，謝 瑩

（長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院，吉林 長春 130022）

急性肺損傷（Acute lung injury，ALI）是一種具有高發(fā)病率和高死亡率的臨床呼吸綜合征，其是由各種直接或間接非心源性致病因素誘發(fā)的肺泡上皮細(xì)胞、肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，可造成廣泛的肺間質(zhì)及肺泡水腫，在臨床上主要表現(xiàn)為低氧血癥和呼吸窘迫[1-3]。

急性肺損傷的基本特征是各種感染性和非感染性損傷在短時間內(nèi)爆發(fā)而引起的不受控制的炎性肺損傷[1]。當(dāng)其發(fā)展至比較嚴(yán)重的階段即成為急性呼吸窘迫綜合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS），甚至?xí)M(jìn)一步發(fā)展為急性呼吸衰竭[4]。

急性肺損傷具有起病急、發(fā)展迅猛、死亡率高的特點(diǎn)，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，治療手段有限，給社會造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前，臨床上常采用機(jī)械通氣、激素和抗炎藥物治療急性肺損傷，盡管它們具有一定的治療作用，但也具有許多副作用，并存在著明顯的缺陷[1,4]。

動物模型能從個體水平、器官水平、細(xì)胞水平反映疾病發(fā)病機(jī)制和預(yù)防治療方法的有效性和局限性，是研究疾病發(fā)病機(jī)制及預(yù)防治療方法的重要實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭弧Ｄ壳?，急性肺損傷動物模型的建模方式主要分為原發(fā)誘導(dǎo)和繼發(fā)誘導(dǎo)兩種[5]。原發(fā)誘導(dǎo)是用誘導(dǎo)因素直接誘發(fā)急性肺損傷，例如：向氣管內(nèi)滴注脂多糖[1,4-6]、博來霉素[2,7]、海水[8-10]，對肺部進(jìn)行X射線照射[11-13]，將動物置于高氧環(huán)境中[3,14-15]等；而繼發(fā)誘導(dǎo)則是用誘導(dǎo)因素通過誘導(dǎo)其他疾病進(jìn)而誘發(fā)急性肺損傷，包括：盲腸結(jié)扎穿孔[16-19]、向氣管之外其他部位注射脂多糖[20-21]、胰膽管逆行注入?；悄懰徕c[22-24]等。本文對急性肺損傷動物模型的構(gòu)建方法進(jìn)行了綜述，以期為急性肺損傷動物模型的構(gòu)建提供參考，便于科研工作者根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)需要，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法構(gòu)建急性肺損傷動物模型，進(jìn)而研究不同因素導(dǎo)致的急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制和預(yù)防治療方法。

1 常見的急性肺損傷動物模型構(gòu)建方法

1.1 盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)誘導(dǎo)的急性肺損傷

膿毒癥是最為復(fù)雜的綜合征之一，是由于機(jī)體的感染反應(yīng)失衡所致的危及生命的器官功能障礙[16]。根據(jù)嚴(yán)重程度，膿毒癥可以分為膿毒癥、嚴(yán)重膿毒癥和膿毒性休克，可進(jìn)一步發(fā)展為多器官功能障礙綜合征等。在膿毒癥發(fā)生發(fā)展過程中，肺臟極易受累，由膿毒癥誘發(fā)的急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征是常見相關(guān)并發(fā)癥，也是導(dǎo)致危重癥患者死亡的主要原因之一[16-17]。利用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)（Cecal ligation and perforation，CLP）構(gòu)建膿毒癥模型的大致方法是：剖開腹部，結(jié)扎遠(yuǎn)端盲腸，刺破盲腸使得帶細(xì)菌的腸內(nèi)容物進(jìn)入腹腔。剖腹會損傷軟組織，盲腸結(jié)扎會引起組織壞死，腸內(nèi)容物進(jìn)入腹腔會導(dǎo)致感染，進(jìn)而會引起膿毒癥、嚴(yán)重膿毒癥、膿毒性休克，甚至死亡。由于其發(fā)病特點(diǎn)、病理過程與人體膿毒癥發(fā)病非常相似，因此該方法是進(jìn)行膿毒癥相關(guān)研究時制作模型的“金標(biāo)準(zhǔn)”[18,25]。謝璨燦等[16]采用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)構(gòu)建膿毒癥致急性肺損傷大鼠模型，并成功研究了電針對膿毒癥大鼠急性肺損傷的影響及相關(guān)作用機(jī)制。劉楊等[17]使用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)建立了膿毒癥誘發(fā)急性肺損傷小鼠模型，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞釋放肝素結(jié)合蛋白的量與其細(xì)胞表面β2整合素的表達(dá)量具有正相關(guān)性，且二者的作用關(guān)系能夠加重急性肺損傷。何招輝等[18]采用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)制備了膿毒癥所致急性肺損傷大鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素是通過抑制炎癥通路來發(fā)揮對膿毒癥大鼠急性肺損傷的保護(hù)作用的。李淵等[19]利用脂多糖誘導(dǎo)人肺腺癌肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞系A(chǔ)549 細(xì)胞建立急性肺損傷細(xì)胞模型，采用盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)建立膿毒癥致急性肺損傷小鼠動物模型，研究發(fā)現(xiàn)miR-181a 可以瞄向沉默信號調(diào)控因子1，從而發(fā)揮其對膿毒癥致急性肺損傷小鼠的保護(hù)作用。

1.2 脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷

脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）是革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，作為內(nèi)毒素的重要成分，其可以導(dǎo)致炎癥因子大量分泌、炎性細(xì)胞大量聚集，引起嚴(yán)重的機(jī)體炎癥反應(yīng)。脂多糖誘導(dǎo)急性肺損傷由于具有簡單、可重復(fù)、快速、高度可控等優(yōu)點(diǎn)而成為構(gòu)建急性肺損傷動物模型的標(biāo)準(zhǔn)、常用方法[25]。張偉等[1]通過氣管內(nèi)滴注脂多糖溶液建立小鼠急性肺損傷模型，并成功研究了N- 乙酰半胱氨酸對膿毒癥急性肺損傷的作用及相關(guān)機(jī)制。皮娜等[4]通過氣管滴注脂多糖建立急性肺損傷小鼠模型，并成功研究了黃藤素對脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷是否具有保護(hù)作用。張毅等[5]向氣管內(nèi)滴注脂多糖制備急性肺損傷大鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)脂多糖滴注時長為3 h 時，構(gòu)建急性肺損傷大鼠模型的效果最好。董年等[6]采用氣道滴注脂多糖建立急性肺損傷小鼠動物模型，給予氣道上皮細(xì)胞16HBE 脂多糖刺激誘導(dǎo)急性肺損傷細(xì)胞模型，并通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)成功研究了富半胱氨酸蛋白61 在脂多糖誘導(dǎo)急性肺損傷中的表達(dá)調(diào)控和在炎癥反應(yīng)中的作用。楊敏華等[20]采用腹腔注射脂多糖的途徑制備小鼠急性肺損傷動物模型，并成功研究了姜油酮是通過何種機(jī)制起到減輕脂多糖所誘發(fā)急性肺損傷作用的。陳加寶等[21]采用向大鼠尾靜脈注射脂多糖的方式制作急性肺損傷模型，研究發(fā)現(xiàn)2, 3, 5, 4’- 四羥基二苯乙烯-2-O-β-D- 葡萄糖苷可能是通過提高機(jī)體抗氧化能力，并降低炎癥因子水平來起到對脂多糖所致急性肺損傷的保護(hù)作用的。

1.3 博來霉素誘導(dǎo)的急性肺損傷

筆者在文獻(xiàn)收集過程中發(fā)現(xiàn)，博來霉素除了可以被用來誘導(dǎo)急性肺損傷動物模型外，還可以用來建立肺纖維化動物模型。周易等[2]將博來霉素注入大鼠肺內(nèi)，制備急性肺損傷肺纖維化大鼠動物模型，來研究黃芪注射液和阿托伐他汀對該大鼠模型的保護(hù)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相較于二者單獨(dú)應(yīng)用，二者聯(lián)合應(yīng)用減輕急性肺損傷大鼠肺纖維化的效果更顯著。方閱等[7]采用一次性氣管內(nèi)滴注博來霉素的方式構(gòu)建急性肺損傷大鼠動物模型，并成功研究了轉(zhuǎn)化血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2基因的人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞對急性肺損傷大鼠的干預(yù)作用。陳騁[26]將脂多糖注入氣管，建立急性肺損傷小鼠動物模型；向氣管內(nèi)注射博來霉素，建立慢性肺纖維化小鼠動物模型；并利用上述兩種動物模型成功研究了龍膽苦苷對急性肺損傷及慢性肺纖維化的防治作用。

1.4 牛磺膽酸鈉誘導(dǎo)的急性肺損傷

急性胰腺炎（Acute pancreatitis，AP）是指由于胰酶異常激活，對胰腺自身及周圍器官產(chǎn)生消化作用，胰腺局部炎癥反應(yīng)為其典型特征，嚴(yán)重時甚至可導(dǎo)致器官功能障礙[27]。根據(jù)嚴(yán)重程度，急性胰腺炎可以分為：輕癥急性胰腺炎、中重癥急性胰腺炎和重癥急性胰腺炎，其中重癥急性胰腺炎占急性胰腺炎的5% ～10%，病死率非常高[27]。肺臟是除胰腺外急性胰腺炎患者最易受到損害的器官[27-28]。重癥急性胰腺炎相關(guān)急性肺損傷的發(fā)生率為15%～55%。研究發(fā)現(xiàn)，重癥急性胰腺炎伴有急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征是目前導(dǎo)致重癥急性胰腺炎病死率較高的主要原因之一，患者在發(fā)病第1 周的病死率就高達(dá)60%[29]。牛磺膽酸鈉常被用來構(gòu)建重癥急性胰腺炎并發(fā)急性肺損傷動物模型。唐興娟等[22]通過胰管逆行注入5% ?；悄懰徕c構(gòu)建重癥急性胰腺炎并發(fā)急性肺損傷動物模型，并成功研究了丙泊酚對重癥急性胰腺炎大鼠肺損傷是否具有保護(hù)作用。張春等[23]向大鼠胰膽管逆行注入4% 牛磺膽酸鈉溶液制備重癥急性胰腺炎相關(guān)急性肺損傷模型，并成功研究了糖皮質(zhì)激素對重癥急性胰腺炎大鼠急性肺損傷的保護(hù)作用。王澤普等[24]采用逆行胰膽管注入4% ?；悄懰徕c溶液的方法構(gòu)建大鼠重癥急性胰腺炎并發(fā)急性肺損傷動物模型，并成功研究了紫草素對大鼠重癥急性胰腺炎并發(fā)急性肺損傷的抑制作用。

1.5 海水淹溺誘導(dǎo)的急性肺損傷

海洋約占地球表面積的71%，蘊(yùn)含著豐富的資源。由于科技的不斷進(jìn)步，人類活動逐步從陸地轉(zhuǎn)向海洋，但是伴隨而來的海上事故也頻繁發(fā)生，其中海水淹溺是常見的海上事故。肺臟是淹溺發(fā)生時最易受到侵害的器官[30-31]。由于海水具有高滲透壓、偏堿性的特性，導(dǎo)致海水淹溺型急性肺損傷（Seawater drowning induced acute lung injury，SWD-ALI）具有病情嚴(yán)重、救治困難的特點(diǎn)，這使其成為海水淹溺的主要死亡原因[10,30-32]。因此，研究海水淹溺型急性肺損傷具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。李聰聰?shù)萚8]向大鼠氣管內(nèi)滴入海水建立海水吸入型急性肺損傷動物模型，并成功研究了海水對肺部炎癥反應(yīng)、病理改變和蛋白激酶SPAK表達(dá)等的影響。鐘旺旺等[9]在大鼠創(chuàng)傷性腦損傷模型的基礎(chǔ)上，使用微量泵向大鼠氣管泵入配方海水，成功建立了大鼠創(chuàng)傷性腦損傷并發(fā)海水淹溺型急性肺損傷模型。韓璐瑤等[10]采用配制海水刺激人肺腺癌肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞系A(chǔ)549 細(xì)胞的方式建立海水淹溺致急性肺損傷細(xì)胞模型；采用向大鼠氣管滴注海水的方式構(gòu)建海水淹溺型急性肺損傷動物模型；并利用上述兩種模型成功研究了肌肽和地塞米松對海水淹溺型急性肺損傷是否具有聯(lián)合治療作用。

1.6 X 射線誘導(dǎo)的急性肺損傷

放射治療是多種胸部腫瘤疾病最主要的治療方式之一，但是在治療過程中會引起患者不同程度的肺損傷[12-13]。放射性肺損傷在早期表現(xiàn)為急性放射性肺炎，后期表現(xiàn)為慢性放射性肺纖維化[12-13]。慢性肺纖維化一旦形成將難以逆轉(zhuǎn)，甚至?xí)?dǎo)致死亡[12]。孫慧勤等[11]采用胸部單次照射14 Gy X 射線的方式制備了放射性肺損傷小鼠動物模型，并在照射前采用粒細(xì)胞集落刺激因子行小鼠自體干細(xì)胞動員，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該粒細(xì)胞集落刺激因子預(yù)處理可減輕放射性肺損傷，對放射性肺損傷有防治作用。張潔旻等[12]對小鼠全肺進(jìn)行單次16 Gy X 射線照射，制備了急性放射性肺損傷模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素水楊酰單酯可通過減輕小鼠肺組織輻射誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來發(fā)揮其對急性放射性肺損傷的防護(hù)作用。亓潤智等[13]采用大鼠單次全胸照射20 Gy X射線的方法制作了急性放射性肺損傷大鼠模型，并成功探究了沙參桔梗湯對放射性肺損傷的治療作用。

1.7 高氧誘導(dǎo)的急性肺損傷

在臨床上，醫(yī)生經(jīng)常會要求患有某些疾病的重癥患者通過吸入高濃度氧氣來維持其生理需求，但高濃度氧氣吸入時間過長容易引起高氧急性肺損傷，這會嚴(yán)重影響患者的救治成功率和未來的生活質(zhì)量，因此高氧導(dǎo)致的高氧性急性肺損傷逐漸受到人們的關(guān)注[14]。劉國躍等[3]將大鼠在高氧箱中飼養(yǎng)（氧濃度90% 以上，CO2濃度＜0.5%）48 h，建立了高氧急性肺損傷大鼠模型，隨后提取大鼠肺組織中的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞，成功研究了血紅素加氧酶-1 對高氧性急性肺損傷大鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞凋亡的預(yù)防作用。梅鴻等[14]將大鼠置于高氧箱中飼養(yǎng)（氧濃度≥90%，CO2濃度＜0.5%），制備了高氧急性肺損傷大鼠模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在高氧箱中飼養(yǎng)60 h 時造模效果最佳，此外還發(fā)現(xiàn)沙丁胺醇對高氧性急性肺損傷具有治療作用。張偉等[15]采用給大鼠吸入90% 以上高濃度氧氣的方法制備高氧性急性肺損傷動物模型，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-21-5p 過表達(dá)可抑制高氧性急性肺損傷大鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞的早期凋亡。

2 急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制

急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制還沒有完全被闡明。除了誘導(dǎo)因素對肺泡上皮細(xì)胞、肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞等的直接傷害，氧化/ 抗氧化失衡、促炎/ 抗炎失衡等分子機(jī)制也是公認(rèn)的急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制。這些因素會破壞肺泡上皮細(xì)胞、肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致肺泡上皮細(xì)胞- 肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成的肺基底膜屏障被破壞，大量富含蛋白質(zhì)的液體從肺毛細(xì)血管腔進(jìn)入肺泡，導(dǎo)致肺水腫、肺氣體交換功能下降，出現(xiàn)頑固性低氧血癥，進(jìn)而發(fā)展為急性肺損傷，嚴(yán)重者可以進(jìn)展為急性呼吸窘迫綜合征，甚至呼吸衰竭[2,5,17,28,31]。

3 總結(jié)

肺作為人體最重要的器官之一，是人體與外界環(huán)境進(jìn)行氣體交換的場所，肺臟的健康與否對機(jī)體的健康至關(guān)重要。急性肺損傷是一種常見的臨床疾病，其發(fā)病率高、死亡率高，且尚無特別有效的治療手段。臨床上通常采用機(jī)械通氣和藥物治療相結(jié)合的方式來進(jìn)行治療，但效果有限，且有一定的副作用。從分子機(jī)制上看，氧化/ 抗氧化失衡、促炎/ 抗炎失衡等是其主要發(fā)病機(jī)制，但是其具體發(fā)病機(jī)制還有待進(jìn)一步闡明。動物模型能在個體水平、器官水平、細(xì)胞水平上為研究者提供良好的實(shí)驗(yàn)材料，因此本文整理了幾種常見的急性肺損傷動物模型制備方法，旨在幫助研究者選擇恰當(dāng)?shù)姆绞皆炷?，這有助于揭示急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制，并為發(fā)現(xiàn)有效的預(yù)防治療方法奠定基礎(chǔ)。