研究与评论:动物科学杂雷竞技苹果下载志
菜单e-ISSN: 2321-6190 p-ISSN: 2347-2294
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部门动物学，德里大学Deen Dayal Upadhyaya学院，Shivaji Marg, Karampura，新德里-110015，印度
收到日期:21/03/2016接受日期:14/05/2016发表日期:18/05/2016
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炎症是机体对外源性和内源性病原体采取的一种保护措施。这是一种瞬态机制，随着病原体的清除而消失，从而重新获得机体内稳态。但这种短暂的保护机制如果失调，就会转化为破坏性的组织损伤反应。这种情况被称为全身炎症反应综合征，如果不及时治疗，会进一步导致多器官衰竭，最终死亡。为了了解脓毒症的生理机制，并测试其治疗的潜在疗法，需要一个合适的动物模型。已经开发了各种实验室动物模型来在实验室中模拟人类败血症，主要是啮齿动物。其中一些常用的模型包括可注射模型，即毒血症模型和细菌感染模型，以及外科“免疫屏障破坏模型”，即盲肠结扎和穿刺(CLP)和结肠上升管支架腹膜炎(CASP)。本文综述了这些模型在模拟人类败血症方面的优缺点。
败血症、毒血症、盲肠结扎穿刺(CLP)、结肠升支支架腹膜炎(CASP)、全身炎症反应综合征(SIRS)、代偿性抗炎反应综合征(CARS)。
脓毒症
脓毒症是一种严重的病理疾病，其特征是免疫反应失调，然后是免疫抑制[1，2］．免疫反应在本质上是保护性的，在病原性攻击后维持机体内稳态。但如果不严格调节，免疫系统的这种保护功能就会转变为组织损伤反应。一旦感染源被去除，正常的炎症过程就会消失。然而，如果免疫反应持续失调，则会导致全身炎症反应综合征(SIRS)或败血症。SIRS之后是另一个阶段的脓毒症即代偿性抗炎反应综合征(即CARS) [3.］．SIRS和CARS之间的平衡影响着宿主的存活[4］．定义人类败血症的标准概述在表1［3.］．
| 医学术语 | 临床症状 | 脓毒症相关术语 |
|---|---|---|
| 海波/高热 | 核心体温<36℃或> < 38℃ | 先生们 |
| 心动过速 | 心脏每分钟跳动90次 | |
| 呼吸急促 | 心跳>每分钟呼吸20次或PaCO2<32 mmHg | |
| 白细胞增多/白血球减少症 | 白细胞计数>12000/mm3或<4000/mm3或存在>10%未成熟/带状形成 | |
| 众位+感染 | 脓毒症 | |
| 脓毒症+器官衰竭 | 严重脓毒症 | |
| 严重脓毒症+低血压 | 感染性休克 | |
| 不育导致的SIRS +器官衰竭 | 严重的先生们 | |
| 众位+严重低血压 | 冲击 | |
表1。定义脓毒症和相关术语的标准。
脓毒症动物模型
已经开发了各种动物模型来模拟人类败血症，目前正在检查这些模型是否适合临床前试验[5-7］．合适的动物模型旨在研究正常和病理过程的生物学，了解疾病的机制，对潜在的治疗药物进行临床前试验，并测试任何干预措施中断正常或病理过程的能力[7］．小鼠是脓毒症临床前最常用的动物模型研究．与狗、猫、马和非人类灵长类动物等大型动物相比，小鼠的一些主要特点是体积小、易于饲养、对实验室人员几乎或没有伤害以及可获得近交系菌株和诊断/免疫检测试剂盒。[8］．本文综述了几种常用的脓毒症动物模型的优缺点。但在此之前，我们将讨论一些常用的动物模型概念，以模拟像败血症这样的综合征。
所有动物模型的中心目标是忠实地再现与人类疾病相似的临床相关发病机制。人类败血症具有多种临床特征，这些临床特征可用于验证动物模型的相关性[5］．人类脓毒症的这些特征将脓毒症的临床序列分为两个不同的阶段:脓毒症早期和晚期。早期被称为高动力期，其特征是系统血管阻力(SVR)低且增加心脏输出量(CO) [9-11］．随着脓毒症的进展，CO下降而SVR没有变化，导致血流动力学休克。低CO和SVR的结合是脓毒症休克的标志，并定义了脓毒症的后期/第二低动力阶段[9］．不能紧密模拟人类败血症血流动力学变化的模型不被认为具有临床相关性[6，7，12) (表2）.
| 早期脓毒症 | 晚期败血症 |
|---|---|
| 一个¢ª超-动态心血管状态 (心输出量升高，系统阻力降低) 一个¢ª超-代谢状态 (超-胰岛素血症，糖异生作用增加) |
Ã①——低动力心血管状态 (心输出量低，全身阻力低) Ãⅱ ª低代谢状态 (Hypo-insulinaemia Hypo-glycaemia) |
表2。模拟脓毒症动物模型的验证标准。
由于以下原因，动物模型研究结果也难以外推到人类身上:在设计模型时在活的有机体内实验设置，考虑的前提是调节潜在的混杂变量。为了达到这个目的，健康的近亲繁殖动物选择相同的性别、年龄和体重来限制基线变异性。同时，实验侮辱保持不变，确保为每只动物提供相同的刺激，以比较结果。但众所周知的临床现实是，这些患者是近亲繁殖的;年龄、性别、体重不等;有不同的健康参数和不同的败血症原因[13］．脓毒症的临床现实和现有的动物模型之间的差异总结在表3［14］．因此，为了模拟人类脓毒症进行治疗干预，应该使用不同的动物脓毒症模型。换句话说，成功的临床试验可以通过使用多种不同动物模型的临床前试验的成功来预测[7］．
| 因素 | 临床状况 | 实验条件 |
|---|---|---|
| 性别基因库 | 两性异质的 | 单一性别的同质的 |
| 年龄 | 变量(新生儿和老年人较多) | 通常年轻 |
| 物种 | 单身，也就是人类 | 变量，即老鼠，大鼠，猪，狗等。 |
| 治疗的差异 | 积极治疗，包括复苏、抗生素、器官支持等。 | 没有器官支持，没有或有限的抗生素和复苏 |
| 感染 | 自然 | 诱导 |
| 微生物类型 | 通常是致命的 | 通常无毒 |
| 侮辱程度 | 变量 | 统一的 |
| 时间进程 | 自然 | 实施 |
表3。败血症的临床和实验条件的区别。
根据引起脓毒症的起始剂，模型可分为外源性给药毒素(如LPS)、外源性给药活菌(如细菌)，改变动物的内源性保护屏障(诱导结肠通透性，允许细菌移位)。这些不同的脓毒症模型(图1)将在下一节详细讨论。
图1所示。常用的小鼠败血症模型，如注射毒血症、细菌感染模型和手术盲肠结扎穿刺(CLP)、结肠悬空支架腹膜炎(CASP)模型。
血毒症模型
毒血症模型基本上是注射模式的败血症诱导，其中外源性毒素是腹腔内给药[15，16］．大剂量注射内毒素中毒模型的免疫病理表现为炎性的压倒性先天免疫反应细胞因子如TNF-α代表关键的介质[17-19］．但是，大量注射LPS通常会立即诱导低动力心血管状态，并且不会再现在人类败血症中观察到的血液动力学变化[6，7］．
基于注射的脓毒症模型与人类脓毒症的不同之处在于，它显示了系统细胞因子水平的快速和短暂的增加，这与人类脓毒症的情况不同。人类败血症的特征是系统细胞因子的长期升高，比内毒素中毒模型低几个数量级[6，7］．此外，小鼠和人类对内毒素的反应比较表明，小鼠对内毒素的抗性相对更强[20.］．导致小鼠50%死亡率的内毒素剂量(即LD50)约为1-25 mg/kg [21-23]而人类则为2-4纳克/公斤[24，25］．的生物导致小鼠和人类对LPS反应性差异的机制尚未完全阐明，但Warren和同事们认为，一些存在于小鼠血清而不存在于人类血清的因素可能具有相同的作用[26］．这些因子能够抑制促炎细胞因子的产生。其中一种因子是血凝蛋白，即铁结合急性期蛋白[27］．这种差异进一步限制了这些跨物种实验研究的外推。
细菌感染模型
细菌感染模式是指将活细菌注入体内，引起免疫反应的注射模式。虽然该模型未能概括脓毒症的许多重要临床特征，但它提供了对宿主对病原体反应机制的深入了解。用纯菌群或混合菌群接种动物是研究败血性机制的常用工具[5-7］．大剂量接种的细菌不会在体内定植和复制，而是被补体系统迅速溶解[28］．因此，它导致了一个潜在的模型中毒用内毒素而不是真正的脓毒性模型[28］．根据细菌负荷、菌株类型、给药方式、宿主等，观察不同的反应。此外，所产生的结果并没有模拟真实的人类化粪池条件。
宿主屏障破坏模型
在这些模型中，维持体内无菌室的内源性保护屏障被操纵，从而导致脓毒症。肠道中有许多微生物种类，它们被特化的肠上皮限制在肠内。随着屏障的破坏，微生物菌群可以渗出腹腔引起免疫反应。盲肠结扎穿刺(CLP)模型和结肠上升支架腹膜炎(CASP)模型是这类化脓性模型的例子[4］．这些模型已在下面详细描述，但概述肠道如何维持这种无菌室，以及它所拥有的先天和适应性免疫专门化是在下一小节中首先讨论的。
哺乳动物的肠道内有密集而活跃的微生物群落。这些常驻种群主要以细菌为代表，尽管病毒[29]甚至古生菌[30.也有报道。微生物剖面研究表明，肠道常驻细菌种类的个体差异非常高，尽管在门水平上出现了共同的模式。革兰氏阴性拟杆菌门和革兰氏阳性厚壁菌门是最常见的肠道细菌门[30.，31]其次是放线菌门、变形菌门[32)等。这些细菌有助于宿主的消化效率，免疫系统发展和病原体定植限制。反过来，它们得到了营养丰富、受保护的栖息地。这样，宿主与微生物之间就形成了一种相互的共生关系。但如果肠道粘膜表面的微生物渗透不受控制，这种互惠作用就可能转变为致病性。肠粘膜屏障的这一特性在脓毒症的手术模型(即CLP和CASP)中被破坏，详情如下。
结肠上升支架腹膜炎(CASP)模型
在该模型中，在实验模型的升结肠中植入一个直径确定的支架，导致粪便内容物持续漏入腹膜腔，并感染肠道微生物菌群[33-35］．该模型可以通过改变所使用的支架的直径来控制结果。CASP模型伴有多器官衰竭[36］．它代表了一个急性多微生物感染性腹膜炎模型，观察到SIRS和CARS反应。该模型在使用上仍有局限性，因此，混淆变量还不清楚。同时，置入支架的手术过程也非常具有挑战性。
盲肠结扎穿刺(CLP)模型
CLP模型是最严格的脓毒症模型之一，许多研究人员认为它是任何人类脓毒症新疗法的关键临床前测试[5］．与其他模型相比，CLP能更好地反映人类败血症的复杂性。CLP涉及三种损伤:剖腹手术引起的组织损伤、盲肠结扎引起的坏死和微生物渗漏引起的感染。后者导致腹膜炎，随后细菌进入血液，引发炎症反应。CLP的优点是病原体是内源性的，因此模仿创伤性损伤导致人类腹膜炎。CLP技术变得容易接受和流行，因为它满足了一个强有力的脓毒症模型所需的许多基本标准:简单的程序，多微生物性质，局部感染焦点等。[1］．此外，败血症表现出与人类败血症进展的高度相似，并同时表现出高水平和低水平炎症人类败血症的反应[5］．作为人类败血症的最佳代表之一，它已被公认为败血症研究的金标准[1］．CLP模型和人类败血症仍有许多差异，任何治疗方法都必须考虑这些差异[1］．
各种啮齿动物脓毒症模型的比较表4．根据脓毒症诱导类型(即注射或手术)、可能导致结果差异的因素以及使用各自模型的优缺点对这些模型进行比较。
| 脓毒症模型 | 类型 | 变化的因素 | 优势 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 内毒素血症/中毒模型 | 可注射的 | •使用的毒素类型 •剂量 •管理途径 •液体复苏 •宿主物种和菌株 |
•简单且可复制 诱导反应是急性的 •高度控制和标准化的模型 |
•LPS介导的信号严格依赖于TLR-4 •在细胞因子特征方面不模仿人类败血症 •剂量、毒素和给药途径的可变性 |
| 细菌感染模型 | 可注射的 | •细菌负荷 •管理途径 •注射时间 •细菌和宿主菌株 •抗生素/液体复苏 |
•细菌的存在可以深入了解宿主对病原体的反应机制 | •给药前需要细菌的生长和定量 •单个细菌模型不能反映真实的人类败血症 •细菌负荷、给药途径和菌株的可变性 •高剂量引起内毒性休克而不是感染性休克 |
| 结肠上升支架腹膜炎(CASP) | 外科手术 | 针的尺寸和穿刺次数 盲肠结扎/坏死的数量 •细菌负荷不受控制 •抗生素/液体复苏 •性别、年龄和压力 |
•Polymicrobial •存在感染病灶 |
•手术难度更大 •没有定义冒号的长度 •较少特征的血流动力学阶段 |
| 盲肠结扎及穿刺(CLP) | 外科手术 | •支架管腔直径 •大量粪便转移至腹膜 •性别、年龄和压力 |
•操作简单 •存在感染病灶 •Polymicrobial •最能模仿人类败血症 与人类一样，细胞因子升高时间延长且较低 |
•脓肿形成 •由于实验程序的不同而导致严重程度的可变性 |
表4。几种常用脓毒症动物模型的比较。
败血症的非人灵长类动物模型
考虑到啮齿动物败血症模型和人类败血症模型之间的差距，对非人灵长类动物模型进行了模拟人类败血症的测试。活体静脉注射大肠杆菌狒狒体内的LPS已被用作脓毒症的模型系统[37，38］．但由于伦理委员会的限制和重症监护设施的缺乏，这些模型没有得到推广。
已经开发了许多动物模型来忠实地模拟人类败血症，但不幸的是，在动物败血症中显示出保护作用的干预措施在人类临床试验中失败了。这一失败并不意味着动物模型无关紧要。这可能是因为我们还没有完全理解败血症的复杂性，或者我们还没有能够在一个令人满意的临床前模型中模拟这种复杂性。虽然这些动物模型并没有真正和完全地模拟人类败血症的临床复杂性和内在异质性，但它们仍然提供了对这种综合征的特定组成部分的深入了解。因此，尽管这些模型存在种种限制，但我们需要将其用于药代动力学研究，因为目前还没有其他替代品。未来的前景在于开发新的啮齿动物模型，对现有模型进行即兴创作，并考虑到临床现实与实验模型之间存在的差异，寻找更成功的非人灵长类动物模型的可行性。
德里大学动物学系教授Madan Mohan Chaturvedi教授的指导和智力支持受到高度赞扬。我还要感谢德里科学和工业研究理事会提供的财政援助。
