慢性阻塞性肺疾病动物模型研究进展

其力木格 金桃 拉喜那木吉拉

【摘 要】慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种常见病和多发病，建立动物模型研究具有重要的临床意义，本研究对国内外COPD动物模型建立研究进行综述，为优化COPD动物模型研究提供有利条件。

【关键词】慢性阻塞性肺疾病；动物模型

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD），是以持续气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，其气流受限多呈进行性发展，与气道和肺组织对香烟烟雾等有害气体或有害颗粒的异常慢性炎症反应有关。为了研究其发病机制和探索新的临床有效方法，国内外许多学者对其动物模型的建立进行大量研究，建立标准化和符合临床实际的COPD动物模型。笔者通过查阅各类与COPD动物模型相关的国内外文献，总结出几种COPD动物模型。

1 COPD造模方法

1.1大气污染法

1.1.1 吸入二氧化硫（SO2）法：SO2作为刺激性气体，经气道吸入融于水后形成H2SO3后，可损伤气道上皮。吸入SO2是一种经典制作动物慢性支气管炎模型的方法，许建英等[1]研究发现吸入SO2可以形成具有气流阻塞的慢性支气管炎、即COPD模型，而且此类模型应在测定反映气流阻塞的指标后方能确定应用。SO2不能严格控制，稍有不慎就可能使实验动物窒息死亡。

1.1.2 氯化镉诱导法：吸入毒性颗粒介导的肺内炎症反应可致COPD。研究发现通过CdC12建立出来的肺气肿动物模型同人类小叶中央肺气肿的病理改变很相似。因此除了弹性蛋白酶/抗弹性蛋白酶失衡机制以外，该动物模型也可作为研究肺气肿发病机制的动物模型[2]。

1.2 单纯熏香烟法

吸烟是COPD发病的重要危险因素，香烟烟雾中的丙烯醛、氢氰酸和甲醛等，能够损伤呼吸道黏膜纤毛上皮细胞，使纤毛脱落，细胞坏死，继而增生变厚，导致支气管痉挛；烟雾含大量氧自由基，活化的肺泡巨噬细胞和中性粒细胞生成更多的氧自由基，这些自由基可造成组织损伤；烟雾可提高气道上皮和肺泡上皮的通透性，使之更易遭受蛋白酶攻击，造成蛋白酶/抗蛋白酶系统失衡，促使肺气肿形成。烟雾还可增加气道对细菌感染的易感性，下呼吸道感染更加重COPD相关的支气管肺损害，形成恶性循环，致使病理不断进展[3]。

1.3 基因调控法

随着基因组后时代的到来，为了研究疾病相关基因的功能，众多研究者纷纷通过转基因动物和基因敲除动物，构建了多种基因相关性COPD动物模型，为研究COPD易感基因和细胞因子网络提供了很多新线索[4]。

1.3.1 自然基因变异法：目前COPD唯一确立的基因风险因素即为α1-AT的基因代码的变异，在COPD的发展中，不同的基因型对其风险增加程度是不同的。α1-AT缺乏是COPD的风险因素之一，使支气管壁对嗜中性细胞释放的弹性蛋白酶的防护能力降低，导致肺部蛋白酶和抗蛋白酶系统的平衡被破坏，弹性蛋白酶不断水解导致肺损伤。有报道发现易感因素动物的品种不同，对COPD的易感性亦不同。α1-AT的含量与肺气肿的发病有直接的关系，在2周时某些个体会出现肺气肿，进一步筛选可获得相应的动物模型[5]。此方法动物品种和模型制备条件过高，成本昂贵。

1.3.2 基因缺失法：相关研究发现水解酶蛋白家族的成员ABHD2具有水解酶的活性，参与节脂类代谢。ABHD2基因表达于肺泡II型上皮细胞和支气管平滑肌细胞，ABHD2基因敲除小鼠可自然发展成肺气肿。在国内外首次进行了Abhd2基因与肺部功能的相关性研究，并首次发现了Abhd2基因功能与肺表面磷脂代谢有关；首次研究了Abhd2Gt/Gt小鼠年龄相关性肺气肿的发病机制。

1.4 蛋白酶诱导法

研究表明蛋白酶-抗蛋白酶失衡是引起COPD的主要原因。蛋白酶诱导的方法简便且稳定，但它造成的病变与人类常见的由长期吸烟引起的并不完全一致，且病变往往分布不均。而且，气道滴入木瓜蛋白酶造模进行气管内滴注药物、进行呼吸功能评价以及模拟辅助通气时，需要进行气管插管，大鼠的气管直径较小，便于插管操作。

1.5呼吸道感染

1.5.1 细菌植入法：文文等[6]推测细菌对CTGF有一定的诱导作用，这一作用可能参与了 COPD 的发病过程。这一研究表明，单纯控制感染并不能阻止 COPD 的进展，还需要对细菌感染后复杂的分子机制进行深入研究和干预。进一步研究CTGF的表达规律、活化方式和作用特点，探索特异且实用的阻滞CTGF效應的治疗方案，可能是有效治疗COPD的新途径。

1.5.2 脂多糖诱导法：LPS为常用的COPD动物模型的诱导材料，LPS是革兰阴性菌的细胞壁的主要成份。刘君波等[7]研究发现此方法简便易行，省时省力，更适用于COPD实验研究，不足之处在于动物死亡率高。

1.6 气管内注入LPS加熏香烟法

目前国内外建立COPD动物模型的方法主要以烟熏合并气管内注入LPS为主，判断该模型是否成功的指标，除了观察病理组织学改变外，还需采用肺功能指标。宋一平等[8]熏香烟联合LPS诱导COPD大鼠模型，与单独熏香烟比较，明显缩短造模时间，减少建立模型过程中大鼠死亡率，提高成功率。

1.7 气管内注入蛋白酶加熏香烟法

高振等[9]研究发现模型组见肺泡扩张，间隔变窄，断裂并融合成较大囊腔，有充血现象，有炎性细胞浸润。

1.8 熏香烟加气管注入脂多糖结合臭氧暴露法

实验研究发现无论是用熏烟加LPS气管注入法复制大鼠COPD模型， 还是在此基础上加臭氧暴露，均可重现COPD组织病理特征，叠加臭氧暴露之后肺部病理损伤更严重，可能更能模拟临床实际情况。

2 评价模型的手段及方法

测定肺组织病理学改变和肺功能的方法评价模型。

3 结语

各种建立COPD模型的方法各有优缺点，尚无一种公认的最优的方法，还有待于进一步的研究和探索。动物模型是进行COPD研究的重要基础，但COPD是一种发病机制和临床病理非常复杂的疾病，这使得建立COPD动物模型非常困难。由于人们对大鼠基因组研究较深入，且大鼠基因组与人较为相似，故而是最常用的模型动物。COPD模型建立有多种方法，但研究发现气管内滴入LPS加熏香烟法广泛使用，不但省时，并且成功率较高，以更好地提高实验效率。

参考文献：

[1]许建英，赵鸣武，廖松林，孟凡农.SO2熏吸法制备大鼠慢性阻塞性肺疾病模型及其病理改变的研究[J].中华结核和呼吸杂志，1999，22（7）：425-426.

[2]刘广明.弹性蛋白酶诱发猪的肺气肿动物模型的建立[J].吉林大学，2010，3.

[3]吴建军.安肺益肾方对慢性阻塞性肺疾病大鼠模型作用的实验研究[J].北京中医药大学，2006，5.

[4]王洪武.慢性阻塞性肺疾病寒饮蕴肺证大鼠模型的建立[J].山东中医药大学，2003，9.

[5]Churg A，Cosio M，Wright JL.Mechanisms of cigarette smoke- induced COPD：insights from animal models[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2008，294（4）：L612-631.

[6]文文，賴国祥，李子龙，柯龙凤，张亚彬.细菌诱导大鼠慢性阻塞性肺疾病中结缔组织生长因子的mRNA表达[J].实用医学杂志，2009，25（4）：530-532.

[7]刘君波，黄梦珊，余晨曦，王砚，唐法娣.气管内反复滴入脂多糖法建立大鼠慢性阻塞性肺疾病模型[J].中国实验动物学报，2011，19（2）：129-133.

[8]宋一平，崔德健，茅培英.慢性阻塞性肺疾病大鼠模型的建立及药物干预的影响[J].中华内科杂志，2000，39（8）：557.

[9]高振，李风森，王晶，徐丹，荆晶，哈木拉提·吾甫尔.寒燥慢性阻塞性肺疾病模型肺部蛋白酶-抗蛋白酶失衡的影响[J].中华中医药杂志（原中国医药学报），2014，29（12）：3773-3776.

通讯作者：

金桃*（1978-），博士，内蒙古民族大学附属医院，研究方向为蒙医呼吸科。