1、2022 年 12 月第 30 卷 第 8 期中国实验动物学报ACTA LABORATORIUM ANIMALIS SCIENTIA SINICADecember 2022Vol.30 No.8周利润,崔晓兰.慢性阻塞性肺疾病相关动物模型研究进展 J.中国实验动物学报,2022,30(8):1121-1127.Zhou LR,Cui XL.Development of an animal model for chronic obstructive pulmonary-related disease J.Acta Lab Anim Sci Sin,2022,30(8):1121-1127.Doi
2、:10.3969/j.issn.1005-4847.2022.08.015基金项目国家重点研发计划(2018YFE0102300),中国中医科学院科技创新工程(C12021A04606)。Funded by National Key Research and Development Plan(2018YFE0102300),Science and Technology Innovation Project of Chinese Academy of Chinese Medicine Science(C12021A04606).作者简介周利润(1998),男,硕士,研究方向:中药学。Email:
3、1250414614 通信作者崔晓兰,女,博士,研究员,博士生导师,研究方向:中药抗病毒及抗感染药理研究。Email:xiaolancui2812 慢性阻塞性肺疾病相关动物模型研究进展周利润,崔晓兰(中国中医科学院中药研究所,北京 100700)【摘要】慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD)是指在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的基础上持续恶化,并超出了日常变异范围,目前尚无标准 COPD 及 AEC
4、OPD 动物模型。AECOPD 动物模型是研究 AECOPD 病理机制及寻找有效诊疗手段的基础。COPD 制备方法包括单纯烟熏法、烟熏联合气管滴注脂多糖法、汽车尾气吸入法等。AECOPD 制备方法主要是在 COPD 模型基础上进行细菌病毒感染。该文梳理总结了国内外 COPD 及 AECOPD 动物模型的制备方法、评价指标,力争为科研和医务工作者提供有益参考。【关键词】慢性阻塞性肺疾病;慢性阻塞性肺疾病急性加重期;动物模型建立【中图分类号】Q95-33 【文献标识码】A 【文章编号】1005-4847(2022)08-1121-07Development of an animal model f
5、or chronic obstructive pulmonary-related diseaseZHOU Lirun,CUI Xiaolan(Institute of Traditional Chinese Medicine,Chinese Academy of Chinese Medical Sciences,Beijing 100700,China)Corresponding author:CUI Xiaolan.E-mail:xiaolancui2812 【Abstract】Acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disea
6、se(AECOPD)refers to the continuous deterioration of chronic obstructive pulmonary disease(COPD)beyond the scope of daily variation.At present,there are no standard animal models for COPD or AECOPD.The animal model for AECOPD is applied in studying the pathological mechanisms of AECOPD and determinin
7、g effective diagnosis and treatment method.COPD preparation method include simple passive smoking,passive smoking combined with tracheal instillation of the lipopolysaccharide method,and automobile exhaust inhalation.AECOPD model preparation is usually bacterial or viral infection of the COPD model.
8、This brief review focuses on COPD and AECOPD animal models from the perspectives of model creation and evaluation,providing useful information for researchers and medical practitioners.【Keywords】chronic obstructive pulmonary disease;acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease;establi
9、shment of animal modelConflicts of Interest:The authors declare no conflict of interest.慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种进行性、以持续性呼吸症状和气流受限为特征的慢性呼吸系统疾病,并与气道和肺部对氮氧化物颗粒或有害气体的慢性炎症反应增强有关,慢性气流受限由小气道阻塞、慢性支气管炎和肺实质破坏(肺气肿)共同作用所致,可影响日常活动和总体生活质量1-2。在全球范围内受影响人口约 3.28 亿,且高龄时患病率更高,约 10%为中年人、25%是大于 70 岁的老年中国实验动物学报 2022 年 12 月第 30
10、卷第 8 期 Acta Lab Anim Sci Sin,December 2022,Vol.30,No.8人3。COPD 目前是第三大死亡原因,死亡人数超过 300 万人/年4。由于人口老龄化日益严重以及历史和当前的吸烟率较大,导致 COPD 的全球死亡率正在逐年上升,并且世界卫生组织预测到 2030 年COPD 的患病率和死亡率将总体上升 30%5-6。吸烟每年导致约 500 万例死亡,是 COPD 发生的主要内在风险因素,但也有其他外部风险因素,包括暴露于烟草烟雾环境下的二级和三级吸烟,以及职业暴露于灰尘、有毒烟雾和蒸汽、燃烧生物燃料造成的室内空气污染和室外空气污染7-9。COPD 与破
11、坏肺实质组织有关,破坏正常的修复和防御机制,这种肺损伤导致慢性空气潴留、进行性气流受限和对入侵病原体的易感性增加10。研究表明,COPD 患者的肺部可能比健康肺部更容易感染更多的致病菌,46%72%的 COPD 患者的痰液中发现了细菌,并且大约 50%的 COPD 的恶化由细菌引起,细菌过度生长可能是 COPD 加重的诱因1,11。气道细菌感染使大多数 COPD 患者的病程复杂化,导致症状加重、肺功能进一步受限、急性发作以 及 生 活 质 量 下 降5。COPD 的 急 性 加 重(AECOPD)是指患者咳嗽、咳痰、呼吸困难持续恶化并超出了日常变异范围,随着病情进展而不断加剧,降低了机体的气体
12、交换能力,导致低血氧症、高碳酸血症、肺组织纤维化等,最终发展为肺源性心脏病,导致全身多器官衰竭,最后造成生活质量下降甚至会引起死亡。在疾病进行过程中可能出现发热、炎痛等明显合并加重症状,其主要诱因是细菌病毒感染12。细菌病毒感染 COPD 患者所致AECOPD 会使病情进一步加重,临床治疗难度进一步加大,死亡率进一步增加13。本文将分析 COPD 以及 AECOPD 动物模型的建立方法,以期为构建适宜稳定的 AECOPD 动物模型,为深入研究 AECOPD 的致病机理、耐药菌感染相关机制及开发新的抗 AECOPD 药物奠定基础。1 慢性阻塞性肺疾病动物模型建立方法与评价指标1.1 常见慢性阻塞
13、性肺疾病动物模型目前 COPD 动物模型常用的实验动物包括:小鼠、大鼠、豚鼠、果蝇、犬、猪、雪貂、猴等,其中应用最为广泛的为啮齿类动物14。1.1.1 慢性阻塞性肺疾病鼠类模型鼠类与人有大约 90%的相似基因,许多生理通路和过程在临床上是相关的8。鼠类品种繁多包括大小鼠、豚鼠、仓鼠、金黄地鼠等15,繁殖周期短、利于繁殖、饲养简单、成本较低以及目前对鼠类基因组的研究比较透彻16。豚鼠的肺部解剖结构类似于人的呼吸道结构,呼吸上皮细胞排列均匀,可建立与人类相似 COPD 的疾病发作特点17。临床上 COPD 患者多由于吸烟引起的,大小鼠为专属性用鼻呼吸动物,对烟的滤过效率较低,建模方便快捷18,炎症
14、反应明显,造模稳定性高。某些品种经过基因修饰后对烟雾更为敏感,可用于研究参与COPD 病理生理过程性病变的某些特定基因和蛋白的变化19。1.1.2 慢性阻塞性肺疾病小型猪模型小型猪的肺组织比鼠类动物更为发达,是目前建立 COPD 模型较为理想的动物,其肺叶明显,左二右三的结构与人类类似,具有呼吸性的细支气管,呼吸道黏膜下腺体较为丰富,容易感染呼吸道的相关疾病,气管较为粗大,易于相关操作和评价,诱导COPD 模型相对容易20-21。1.1.3 慢性阻塞性肺疾病果蝇模型果蝇的呼吸系统与哺乳动物的肺部系统相似,在发育和功能方面有很多相似之处,可以很清晰地观察到气道的早期结构损伤,可以对其所涉及的信号
15、通路和细胞过程进行相关遗传和药理学操作,其可以关联人类疾病基因,可通过果蝇筛选人 COPD的相关基因22。可以研究气道上皮屏障功能和先天性免疫的异常23。1.1.4 慢性阻塞性肺疾病犬模型犬极易发生自发性过敏反应,受到刺激后支气管收缩反应的时间过程与患者相似,并且支气管痉挛的程度与刺激的持续时间和强度成正比24。人类吸烟是导致 COPD 的主要原因,犬暴露于香烟烟雾后出现的肺部病变与人类 COPD 中出现的病变类似25-26。目前犬已被广泛用于 COPD 领域的研究,长期研究显示这些肺功能参数随着时间的推移具有显著的稳定性27-29。因此,可以在 COPD 的慢性犬模型中评估肺功能的变化,包括
16、评估气道高反应性。犬像小型猪一样体型相对较大且易于操作。1.1.5 慢性阻塞性肺疾病雪貂模型雪貂作为十分适合研究呼吸系统疾病的动物,有数据表明它们与人类气道生理学和粘膜下腺体的分布十分相似。研究表明将雪貂暴露于香烟烟雾中后,发现它们与人类 COPD 的复杂临床特征接近,暴露在烟雾中的雪貂表现出较高水平的气道阻2211中国实验动物学报 2022 年 12 月第 30 卷第 8 期 Acta Lab Anim Sci Sin,December 2022,Vol.30,No.8塞,伴有杯状细胞化生、增生和小气道粘液表达增加30,具有明显的慢性支气管炎和肺气肿的特征。1.1.6 慢性阻塞性肺疾病猴模型灵长类动物在生理学、遗传学、解剖学、肺部免疫系统等方面都与人有着高度的一致性,猴常被用作实验动物,其中恒河猴具有与人类及其相似的肺部结构,具有二分支的细支气管,肺泡分布广泛,纤毛、杯状细胞排列顺序与人类极为类似,在吸入香烟烟雾后可表现出慢性细支性支气管炎、肺气肿以及其他气道病理学改变,所具备的独特优势用于建立 COPD 最为合适31-33。1.2 慢性阻塞性肺疾病动物模型常见建立方法COPD 临床