肺气肿是呼吸内科疾病中很常见的一种慢性肺功能不全，是以逐渐破坏肺泡结构，严重者导致通气换气等功能障碍引起缺氧，最终会因肺心病、呼吸功能衰竭致死的疾病。主要是指终末细支气管远端（呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡）的气道弹性降低，过度膨胀、充气和肺容积增大或同时伴有气道壁破坏的病理状态。
其发病机制目前认为是由于多种因素破坏支气管壁，使管腔狭窄，形成不完全阻塞和肺内弹性蛋白酶 / 抗弹性蛋白酶系统失衡；以及肺部的慢性炎症使白细胞和巨噬细胞释放的蛋白分解酶增加，损害肺组织和肺泡壁，致多个肺泡融合成肺大泡或气肿；而肺泡壁的毛细血管受压，血液供应减少，肺组织营养障碍，也引起肺泡壁弹性减退，易促进肺气肿。因此，建立合适的肺气肿动物模型是为研究肺气肿新治疗方法的关键。
实验动物的选择
人们对造成肺气肿的病因以及发病机制的认识不断加深，其动物模型的实验诱导方法也逐渐完善。但目前的问题是仍然不能够复制出与人类肺气肿病变特征完全相似的动物模型，也不能完全模仿人类病变的过程。
常用于研究肺气肿的动物模型有鼠类（小鼠、地鼠、大鼠、豚鼠）、比格犬、小型猪、兔到灵长类的猴。鼠类最适合用于制作单纯的肺气肿模型，鼠类基因与人类基因相近，因其饲养方便，繁殖速度快，饲养费用低，研究时间周期短等优点；小型猪的肺组织与人类较为相似，灵长类的动物肺组织模型更能接近与人类，但是选择动物模型要充分考虑可行性、易操作性、经济性的角度，选择合适的动物，对于实验的顺利进行具有重要的影响。在对动物进行气管插管时，相对于大鼠和豚鼠，小型猪的气管比较粗，利于插管。
肺气肿动物模型的制备
01
ＣＳ暴露诱发的肺气肿模型
根据临床统计，大约９０％的ＣＯＰＤ患者是吸烟者。吸烟是肺气肿的最重要危险因素之一。长期接触CＳ的动物可能导致肺部炎症反应，其主要是由巨噬细胞刺激引起的，肺组织病理表现为支气管腔变窄，支气管软骨组织受损，导致肺泡破裂和（或）融合以及肺气肿的形成，这类似于人类对吸烟产生的反应。ＣＳ暴露诱发的肺气肿可以尽可能模拟人类肺气肿的发病机理，为人类肺气肿的基础和临床研究提供基础。ＣＳ暴露方法因其成本低、操作简单、成功率高而被广大研究者接受，并且可以消除客观环境中的实验差异。肺气肿动物模型的ＣＳ暴露时间长短由于香烟种类不同，暴露方式、持续时间和频率不同，烟气密度不同，动物的物种和年龄不同而有所不同。
部分（仅鼻子或头部）暴露法：
C５７ＢＬ／６Ｊ小鼠通过鼻吸入ＣＳ，２次／ｄ，２支香烟／次，１０支喷雾剂／香 烟，５ｄ／周。暴露４个月后，小鼠肺组织病理结果表明肺泡随着吸烟时间的增加而增大。同时，吸烟小鼠肺组织中的Ｂ淋巴细胞增加，与人类肺气肿相似。
全身暴露法：
将实验动物作为一个整体放置在吸烟盒（装满烟的盒子）中。Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小 鼠 暴 露 于 ＣＳ中，每天吸烟３次，３支香烟／次。８周后，观察到肺部出现肺气肿样变化，并伴有肺泡巨噬细胞增多，细胞外基质变化和 ＭＭＰ－１２表达增加；或 Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小鼠每天吸烟２次，５支香烟／次，每周６天，暴露１２周，观察小鼠肺组织出现肺泡腔增大、肺泡间隔变窄等病理变化。
02
香烟烟雾提取物（ＣＳＥ）腹腔注射
诱导的肺气肿模型
既往研究者发现在小鼠腹腔内注射ＣＳＥ可产生显著的肺气肿，假设ＣＳＥ可以作为抗原，触发免疫反应引起肺气肿样改变，仅用了６周就成功建立肺气肿模型。此外，有研究指出，腹膜内注射 ＣＳＥ 构建肺气肿小鼠模型，建模结束后，对小鼠进行肺功能检测、收集血液，支气管肺泡灌洗液和肺组织形态学检测。结果表明，腹膜内注射 ＣＳＥ 可导致肺功能下降、肺泡间隙增大、肺泡壁破坏、肺组织细胞凋亡、慢性肺部炎症、氧化应激水平增加等。这种建模方法的有效性与ＣＳ暴露诱发的肺气肿动物模型有效性相当，相较于传统的 ＣＳ暴露建模，腹腔注射 ＣＳＥ建模明显缩短了建模周期。
在 Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ或者 ＢＡＬＢ／ｃ小鼠腹腔注射 ＣＳＥ（ＣＳＥ制 备：５支香烟溶 于１０ｍｌ磷酸盐缓冲液里，经滤嘴过滤后使用，每次注射前现配现用），建模为期４周。模型组在第１天、第１１天、第２２天进行ＣＳＥ腹腔注射，对照组则注射生理盐水或磷酸盐缓冲液；第２９天，建模结束，根据研究目的对小鼠进行相应的处理及收集样本。
03
弹性蛋白酶诱导的肺气肿模型
气管内滴注弹性蛋白酶破坏了肺组织中蛋白酶－抗蛋白酶之间的平衡，不仅破坏了保护肺组织免受损伤的主要因素，而且还产生了大量的炎症因子，加速了肺泡壁的破裂与融合，从而诱发肺气肿。常用的弹性蛋白酶包括：木瓜蛋白酶、猪胰弹性蛋白酶（PPE）等。用弹性蛋白酶构建肺气肿动物模型的方法具有操作简单和建模周期较短等优点。因此，直接气管内滴入弹性蛋白酶是诱导肺气肿动物模型的常见有效方法之一。
木瓜蛋白酶是一种来自植物的蛋白水解酶，是最早用于诱导肺气肿模型的弹性蛋白酶。２ｍｇ／ｋｇ木瓜蛋白酶溶液一次性经气管滴入建立稳定肺气肿模型，为期１周。
ＰＰＥ不仅可以充当蛋白酶来破坏蛋白酶－抗蛋白酶失衡，还可以作为氧化剂来诱导氧化应激，在二者共同作用下，动物模型中的肺泡显著增大。因此，ＰＰＥ 常被用来诱发肺气肿。ＰＰＥ诱导途径主要包括气管内滴注、气管切开注射、雾化吸入。ＰＰＥ浓度为0.6ＩＵ 左右，为期４～６周。
气管内滴入酶液直接作用于肺部，较静脉途径直接且避免了血液成分的干扰；酶液定量准确，避免了雾化吸入剂量不准、操作复杂的缺点。总体来说，蛋白水解酶法制作的模型适应性强，能根据需要在不同时间接受不同的干预措施，因此可用于肺气肿和肺心病的发病机制、病理改变、药物疗效观察及相关疾病手术的有关研究。
04
化学物质刺激诱导的肺气肿模型
许多化学物质，包括 NO２、脂多糖（LPS）、氯化铬（CdC12）等都可能引起炎症和肺气肿。小鼠长期暴露于 NO２（NO２ 体积分数20*106，每天14ｈ，持续25ｄ）后，通过促 进氧化应激可引起小鼠肺气肿；LPS（１mg/kg的50μｌ无菌生理盐水溶液稀释）主要通过刺激嗜中性粒细胞、单核细胞和内皮细胞引起气道和肺组织炎症，释放出一系列炎症介质，包括肿瘤坏死因子－α（TNF－α）、白细胞介素－１（IL-１）等，引发蛋白酶－蛋白酶失衡，最终发生肺气肿。将0.5ｍ10.025％ CdC12溶液一次性滴入小鼠的气管中可以诱导出肺气肿的动物模型。
05
与基因相关诱导的肺气肿模型
随着分子生物学的发展，基因敲除诱导的肺气肿动物模型已被广泛用于肺气肿的研究。利用基因靶向和（或）转基因小鼠已经成为研究不同疾病的细胞和分子基础的主要技术方法。有研究指出，Ａｂｈｄ２ 基因敲除小鼠由于炎性细胞因子和蛋白酶基因的过度表达、巨噬细胞增多、细胞凋亡异常，以及缺乏对蛋白酶抑制剂的抵抗力，导致小鼠肺部出现肺气肿样变化。并且这些改变与临床上肺气肿发生发展具有相似之处。血小板源性生长因子－β（ＰＤＧＦ－β）和 ＴＮＦ－α等可能干扰肺泡的正常发育，且既往研究发现，这些基因的过度表达可能破坏肺泡受损和修复两者之间的平衡，导致肺气肿的形成。
血小板源性生长因子-β( PDGF-β) ，肿瘤坏死因子- α( TNF-α) ，IL -6，IL-11 等均能干扰肺泡组织的正常发育，研究发现如果在小鼠的体内转入一些相应基因使造成其在体内过量表达，在小鼠的生长发育的过程中，肺泡就会出现发育障碍，导致肺气肿的形成。此外，某些基因如果过量的表达，就会造成肺泡损伤与修复之间的平衡被打破，而发生肺气肿。TNF-α 是一种免疫调节因子，由单核细胞和巨噬细胞分泌，具有引发炎症细胞的作用，同时还具有参与 IL － 6、IL － 8、前列腺素、白三烯等次级炎症介质合成的作用，适量的表达是保护机体反应所必需的，但如果过量表达就会加剧炎症反应。
对肺气肿动物模型的评价和展望
肺气肿动物模型建立后还需要有相应的评估方法来证实是否造模成功，这涉及各类评估方法及其标准化问题。目前，主要通过肺功能检测如呼吸阻力、血气分析如动脉血氧分压( PaO2 ) 、肺泡灌洗液如细胞计数及分类、炎症指标如 TGF-β、肺形态学与气道重塑参数如气道炎症病理评分、氧化抗氧化指标如核因子相关因子，基质金属蛋白酶指标如 MMP－2 等评价来确定模型建立成功与否。
从目前的研究来说，尚不能复制出一种完美的完全符合人类肺气肿发病过程及发病特征的稳定性较好的肺气肿实验动物模型。但随着学者们的不断深入研究，可供选择的诱导方法越来越多，因此我们不仅可以根据实验目的需求来诱导相对应的肺气肿实验动物模型，也可以通过多种方法复制模型来探索其发病机制。相信随着科学技术的发展，不久的将来我们会找到更为合理的肺气肿动物模型并且能更好的应用于实验研究。
参考文献：
[1]罗丽娟,陈燕.肺气肿动物模型研究进展[J].结核与肺部疾病杂志,2022,3(01):60-64.DOI:10.19983/j.issn.2096-8493.20210157.
[2]吴白芬,苏慧敏,尚建华,周志宏.肺气肿实验动物模型建立的概况及研究进展[J].云南民族大学学报(自然科学版),2018,27(02):108-112.
转自：“MDL科研助手”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
