各種宮內(nèi)發(fā)育遲緩動物模型的比較*

段 暢，王曜暉，高 靜，侯拉梅 綜述，李麗娟 審校

(遵義醫(yī)學(xué)院病理生理教研室，貴州遵義 563000)

·綜 述·

各種宮內(nèi)發(fā)育遲緩動物模型的比較*

段 暢，王曜暉，高 靜，侯拉梅 綜述，李麗娟△審校

(遵義醫(yī)學(xué)院病理生理教研室，貴州遵義 563000)

宮內(nèi)發(fā)育遲緩；動物模型；代謝性疾病

宮內(nèi)發(fā)育遲緩(intrauterine growth retardation，IUGR)是指新生兒出生體質(zhì)量在同齡兒正常體質(zhì)量的第10百分位數(shù)以下或低于平均值的2個標(biāo)準(zhǔn)差[1]，是胚胎在母體的子宮內(nèi)由于各種不利因素而導(dǎo)致發(fā)育不良最終出現(xiàn)低出生體質(zhì)量的現(xiàn)象。因此，IUGR都是以新生兒低出生體質(zhì)量的方式表現(xiàn)出來[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，IUGR的發(fā)生率會隨著氣候條件、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的不同而改變，世界范圍的整體發(fā)生率為2.75%～15.53%，在中國，IUGR的平均發(fā)生率大約為6.39%。

1995年，Barker首次提出許多成年疾病具有胚胎發(fā)育不良的基礎(chǔ)，即成人疾病的胚胎起源假說(fetal origins of adult disease，F(xiàn)OAD)[3]。該假說認(rèn)為胚胎出現(xiàn)營養(yǎng)不良時(shí)，其代謝及器官的組織結(jié)構(gòu)均可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，后者可能是成年后某些疾病發(fā)生的根源。另有研究進(jìn)一步表明，IUGR與其成年后的2型糖尿病、肥胖、高血壓、非酒精性脂肪肝等密切相關(guān)[4-6]。可見，從胚胎起源角度來研究上述疾病的發(fā)生和發(fā)展是當(dāng)前醫(yī)學(xué)界的一項(xiàng)重要任務(wù)。通常選取與人類病理特征相似的動物來復(fù)制IUGR模型進(jìn)行相關(guān)研究。目前已有多種動物、多種方法可復(fù)制IUGR模型，本文旨在對各種IUGR動物模型進(jìn)行闡述、比較，分析在研究時(shí)如何選擇復(fù)制IUGR的動物及復(fù)制的模型方法。

1 IUGR模型動物的選擇

理想的IUGR動物模型所選用的動物在生理特征和解剖特點(diǎn)上要與人類盡可能接近；其次，復(fù)制IUGR動物模型要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)、大量檢測。因此，復(fù)制IUGR動物模型要求選擇的動物經(jīng)濟(jì)成本低，容易復(fù)制，且易于檢測。目前，可用于復(fù)制IUGR模型的動物主要有大鼠、小鼠、豚鼠、家兔、豬、綿羊、猴、狒狒、雞、狗等[7-11]，其中大鼠、小鼠、家兔、豬、綿羊等最常用。

鼠由于繁殖快、數(shù)量多、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，其成本低，是最常用的實(shí)驗(yàn)動物，也是IUGR動物模型研究中利用最早、使用最廣泛的動物。Reamon-Buettner等[7]曾經(jīng)利用鼠成功復(fù)制IUGR模型。但鼠屬于嚙齒類動物，生理結(jié)構(gòu)和胚胎發(fā)育過程與人類存在一定程度的差異，當(dāng)研究胎盤功能不全等因素引起的IUGR時(shí)，用大鼠復(fù)制的IUGR動物模型便不合適。

羊和豬也是用于復(fù)制IUGR模型的常見動物。羊和豬的體型較大，適于解剖、采樣等實(shí)驗(yàn)操作。羊和豬在我國農(nóng)村飼養(yǎng)廣泛，某些品種也具有產(chǎn)崽多、性早熟的特點(diǎn)，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對樣本數(shù)量的需求；更重要的是，羊和豬的生理特征與人類具有較好的相似性，其胚胎的生長發(fā)育過程和解剖學(xué)特點(diǎn)也接近人類。因此，與鼠IUGR模型相比，羊和豬的IUGR模型更具優(yōu)勢。但是，羊和豬的價(jià)格比較昂貴，體型也較大，而且孕期也比較長，因此復(fù)制模型的成本較高，復(fù)制模型的技術(shù)難度較大，復(fù)制模型的時(shí)間也比較長。

此外，家兔也具有繁殖快、成本低的特點(diǎn)，由于其具有雙角子宮且胚胎有各自的羊膜腔，使家兔便于在實(shí)驗(yàn)中設(shè)定窩內(nèi)對照。因此，家兔也是常用于復(fù)制IUGR模型的動物。選擇猴作為復(fù)制IUGR模型具有特別的意義，因?yàn)楹飳儆陟`長類動物，在形態(tài)和機(jī)能上與人類最接近，尤其其胎盤結(jié)構(gòu)與人類非常接近，用于研究IUGR對疾病的影響，更為合適。但猴的成本太高，且資源稀少并受到使用限制。

模型動物的選擇大多沒有嚴(yán)格的界限。但選擇模型動物時(shí)需注意，除了已經(jīng)明確提出的部分研究不能采用一些動物的情況外，模型動物的選擇要根據(jù)研究者的研究條件與環(huán)境、具體內(nèi)容、具體要求及研究經(jīng)費(fèi)等方面來綜合考慮并確定。

2 IUGR動物模型

2.1 被動吸煙法 被動吸煙法的復(fù)制原理與臨床情況非常接近，即在動物妊娠期間，將點(diǎn)燃的香煙放入籠中，讓其處于被動吸煙狀態(tài)。吸煙能產(chǎn)生大約4 000多種有毒的化學(xué)物質(zhì)，包括氧化性氣體、重金屬、氰化物等。懷孕期間被動吸煙會對胚胎發(fā)育產(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響，通過臍帶，胚胎也會處于被動吸煙狀態(tài)。煙毒誘使胚胎的脈管系統(tǒng)發(fā)生重塑，如煙毒中的尼古丁會刺激血管收縮，使胎盤血流灌注量降低；煙毒中的一氧化碳進(jìn)入血液后會降低血液的攜氧能力等，可見，煙毒可使胚胎的血液、氧氣和營養(yǎng)供應(yīng)減少，導(dǎo)致IUGR發(fā)生。另外，煙毒中的一些成分還會干擾細(xì)胞的生長及其分化，造成大腦、肝臟等重要器官發(fā)生病變，促進(jìn)IUGR發(fā)生。根據(jù)柯志勇等[12]的總結(jié)分析報(bào)告，認(rèn)為被動吸煙法具有成功率高和仔鼠的成活率高的優(yōu)勢。但是，采用被動吸煙法復(fù)制模型時(shí)需要連續(xù)多日操作，且動物需要安置在一個半封閉的容器內(nèi)被動吸煙，因此，羊、豬等體型較大的動物所需的吸煙量和空間都相對比較大，吸煙量和吸煙時(shí)間不容易掌握，吸煙量過大、時(shí)間過長容易導(dǎo)致流產(chǎn)和畸形兒，吸煙量過小、時(shí)間過短則作用不明顯。目前，孕婦被動吸煙已成為中國的一種嚴(yán)峻形勢，研究孕婦被動吸煙對其子代的影響有著非常重要的意義。使用被動吸煙法復(fù)制IUGR模型主要應(yīng)用于對子代學(xué)習(xí)記憶功能、海馬功能及肺損傷等方面的相關(guān)研究，模型動物的選擇以鼠較多見，不適合體積較大的動物。

2.2 子宮動脈結(jié)扎法 子宮動脈結(jié)扎法是模擬人類子宮胎盤血液灌注量不足而引起IUGR的發(fā)生機(jī)制，通過對動物子宮動脈進(jìn)行結(jié)扎來達(dá)到減少子宮胎盤血流灌注量、胎盤營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的供應(yīng)，最終導(dǎo)致IUGR的發(fā)生。1964年，Wigglesworth[13]首先應(yīng)用結(jié)扎子宮動脈的方法成功復(fù)制了IUGR動物模型，因此，結(jié)扎子宮動脈的方法也被稱為Wigglesworth法，此后，這種方法被迅速推廣。但是這種方法存在死胎率高且IUGR發(fā)生率低的問題。為了更好地采用子宮動脈結(jié)扎法復(fù)制IUGR模型，潘石蕾等[14]改良了Wigglesworth法，對雙側(cè)子宮動靜脈進(jìn)行部分結(jié)扎，將IUGR發(fā)生率提高到33.33%，并將實(shí)驗(yàn)組胎鼠的病死率降低到4.94%。隨后，有學(xué)者基于卵巢動脈是子宮動脈一個分支的解剖學(xué)特點(diǎn)，解決了子宮動脈結(jié)扎法復(fù)制IUGR動物模型技術(shù)要求高、推廣困難的問題，成功復(fù)制了IUGR大鼠模型[15-16]。盡管子宮動脈結(jié)扎法已經(jīng)有明顯改善，但其技術(shù)操作難度仍然比較大，結(jié)扎過緊會因血液供應(yīng)完全中斷導(dǎo)致胚胎得不到營養(yǎng)而胎死宮中，結(jié)扎過松則IUGR發(fā)生率不高，因此，這種復(fù)制模型的方法總體成功率還不夠理想。子宮動脈結(jié)扎法復(fù)制模型的研究表明，由子宮胎盤功能不全導(dǎo)致的IUGR將影響子代肝臟、胰腺和腎臟的正常發(fā)育，造成相關(guān)疾病的發(fā)生。子宮動脈結(jié)扎法主要適合于研究由于子宮胎盤缺氧所造成的對胎盤的結(jié)構(gòu)和功能及胚胎宮內(nèi)狀況改變的影響，可以選擇鼠、家兔等嚙齒類動物復(fù)制模型。

2.3 營養(yǎng)不良法 胚胎的營養(yǎng)供應(yīng)是影響妊娠結(jié)局最重要的環(huán)境因素之一，在妊娠期間母體的營養(yǎng)與胚胎的生長發(fā)育有密切的關(guān)系。營養(yǎng)不良法的模型復(fù)制機(jī)制主要是通過在母體妊娠期間，減少母體對蛋白質(zhì)、能量、硫胺素、鈉等營養(yǎng)物質(zhì)的攝入量，以此來達(dá)到限制母體對胚胎的營養(yǎng)供應(yīng)、限制胎盤生長、影響胎盤功能發(fā)揮的目的，從而影響胚胎的生長發(fā)育，最終導(dǎo)致IUGR的發(fā)生。營養(yǎng)不良法是目前非常常用的一種復(fù)制IUGR模型的方法，目前，營養(yǎng)不良法主要有低蛋白飲食法和低能量飲食法。Snoeck等[17]首先用低蛋白飲食法復(fù)制了IUGR大鼠模型，采用低蛋白(8%)等熱量的飲食對所試動物的生殖力和胎盤的重量無顯著影響，但子代的出生體質(zhì)量降低。除低出生體質(zhì)量外，妊娠期給予低蛋白飲食還可造成其他損害，如對子代的細(xì)胞增殖、胰島大小和胰島素水平等均有損害，甚至可發(fā)生糖尿病[18]。鄭銳丹等[19]采用低能量飲食法也成功復(fù)制了IUGR大鼠模型，該方法在妊娠期間僅給予動物正常飲食的30%，即獲得較為理想的IUGR動物模型。目前采用低蛋白飲食法和低能量飲食法均可較好復(fù)制出IUGR模型，在實(shí)際應(yīng)用中以前者居多。但在國內(nèi)由于飼料合成技術(shù)要求較高導(dǎo)致后者應(yīng)用較多一些。與其他復(fù)制方法相比，營養(yǎng)不良法的IUGR發(fā)生率較高，且可以產(chǎn)生較多的IUGR胎仔，但在對飼料的營養(yǎng)水平和限飼時(shí)間的控制上不易掌握。不同的營養(yǎng)水平與不同的限飼時(shí)間都會影響IUGR的發(fā)生及表現(xiàn)程度。經(jīng)大量學(xué)者論證表明，營養(yǎng)不良法比較適用于對胚胎的生長發(fā)育、胎盤的功能及妊娠期母體的營養(yǎng)狀況之間的關(guān)系進(jìn)行研究，如研究IUGR個體發(fā)生胎盤表觀遺傳改變、心血管疾病、胰島素抵抗、高血脂、肥胖、神經(jīng)變性病等[7,20-23]潛在分子機(jī)制。此外，也便于限制某種單一營養(yǎng)素的攝取，研究單一營養(yǎng)素缺乏對機(jī)體的影響。營養(yǎng)不良法基本可適用于各種動物，文獻(xiàn)報(bào)道中主要以鼠為主。

2.4 手術(shù)摘除子宮肉阜法 子宮肉阜作為唯一能與胚胎細(xì)胞直接接觸的母體免疫系統(tǒng)，對胚胎的生長發(fā)育有著重要的影響。子宮肉阜在母體懷孕時(shí)構(gòu)成母體的胎盤。手術(shù)摘除子宮肉阜會降低胎盤細(xì)胞的數(shù)量，從而影響胎盤的生長及其功能的發(fā)揮，導(dǎo)致胎盤難以輸送給胚胎足夠的營養(yǎng)物質(zhì)和氧。Morrison等[24]利用羊采用手術(shù)摘除子宮肉阜法復(fù)制了IUGR模型，研究發(fā)現(xiàn)新生胚胎的子葉數(shù)會隨著子宮肉阜數(shù)量等因素的變化而變化，而新生胚胎的出生體質(zhì)量則與胎兒子葉的完整性及其質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系。因此，通過手術(shù)摘除子宮肉阜復(fù)制IUGR動物模型是可行的。手術(shù)摘除子宮肉阜的方法也比較簡單，以羊?yàn)槔谀秆蚪慌淦谇暗?0周左右，切除覆蓋在表層的絨毛，并盡量切除肉蒂到子葉之間的肉阜。手術(shù)摘除子宮肉阜法對母體的懷孕率有較大影響，子宮肉阜的切除導(dǎo)致懷孕率降低；且母體在手術(shù)后恢復(fù)的時(shí)間增長，實(shí)驗(yàn)周期較長。手術(shù)摘除子宮肉阜的方法僅適用于體型較大的動物，體型較小的動物不適用于此種方法，因而實(shí)驗(yàn)成本亦較高。這種方法復(fù)制的IUGR模型以綿羊多見，因此，可進(jìn)行各項(xiàng)手術(shù)操作和各種導(dǎo)管的植入，如研究心臟的發(fā)育和功能改變的情況，比較適用于研究長期和短期胎盤功能不足對胚胎的影響。

2.5 熱應(yīng)激法 熱應(yīng)激法是復(fù)制IUGR模型的又一種方法，此種方法較少見。其原理主要是熱應(yīng)激導(dǎo)致的胎盤縮小，母體傳輸給胎兒的氧和營養(yǎng)均減少，從而造成低血氧和低血糖誘導(dǎo)IUGR發(fā)生[25]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，通過提高周圍環(huán)境的溫度并把母羊置于其中而誘導(dǎo)的IUGR可導(dǎo)致兩種有區(qū)別的IUGR類型：一種是嚴(yán)重型的IUGR，患有低氧血癥、低血糖癥且腦/肝比例增加，胎盤和胎兒體質(zhì)量分別低于對照組40%和47%；另一種是輕微型的IUGR，同對照組相比，胎盤和胎兒體質(zhì)量分別降低74%和77%，而腦/肝比、血氧水平和糖攝取量均正常[9]。熱應(yīng)激法操作簡便，但易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動物本身耐受性低、子代成活率低和并發(fā)癥多，高溫對于研究者自身亦可造成損害。目前，文獻(xiàn)報(bào)道熱應(yīng)激法多以綿羊來復(fù)制IUGR動物模型，主要應(yīng)用于糖代謝紊亂、胎盤功能變化等方面的相關(guān)研究。

2.6 自然選擇法 自然選擇法一般適用于多胎動物。自然選擇法就是在自然生產(chǎn)的情況下，選擇其中的體質(zhì)量較低者。多胎動物產(chǎn)仔數(shù)量多，其中大多會存在幾只體質(zhì)量較低者。有學(xué)者利用自然選擇法成功復(fù)制了兔和豬的IUGR模型[26-27]。自然選擇法選出的IUGR動物是自然生產(chǎn)的，排除了藥物、煙毒、手術(shù)、營養(yǎng)不良等方面的人工影響，使動物免受傷害的同時(shí)也提高了成活率。自然選擇法復(fù)制的IUGR模型能更好地接近人類實(shí)際臨床上的IUGR；其成本低、操作簡便，只需在動物自然生產(chǎn)之后進(jìn)行體質(zhì)量的區(qū)分即可。自然選擇法不僅適用于豬等體型較大的動物，也同樣適用于大鼠、小鼠和兔等嚙齒類動物。由于通過自然選擇法獲得的IUGR動物數(shù)量不多，且其病因可能較為復(fù)雜，因此，此種方法目前應(yīng)用較少。

2.7 其他IUGR復(fù)制方法 更生霉素腹腔注射法近年來也比較常用[28]。更生霉素作為一種化療藥物具有胚胎毒性，可抑制細(xì)胞的分化及發(fā)育，對母體和胚胎均有一定的不良反應(yīng)。現(xiàn)代室內(nèi)裝修材料、殺蟲劑等的廣泛使用會損害染色體并引發(fā)遺傳物質(zhì)的突變，而更生霉素法比較適用于研究這些物質(zhì)對孕婦及胎兒的危害。此外，一氧化氮合成酶抑制法、孕母乙醇攝入法、低氧法、血小板活化因子法、糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)法(如注射倍他米松、丙酸睪酮等)也被一些研究者應(yīng)用[8,11,29]。

3 展 望

理想的IUGR動物模型要求成本低、操作簡單、周期短、成功率高，除此之外盡量與在解剖、病理及臨床表現(xiàn)上更接近于人類。目前，IUGR動物模型的復(fù)制方法都存在一定的缺陷，每種方法均有優(yōu)劣之分，需要在對動物充分了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求比如取材的需要以及實(shí)驗(yàn)室條件的許可范圍內(nèi)選擇合適的方法和動物，同時(shí)可聯(lián)合應(yīng)用其他的復(fù)制方法來提高實(shí)驗(yàn)的精確度和可信度。此外，在實(shí)驗(yàn)研究中，應(yīng)遵循實(shí)驗(yàn)動物的倫理原則[30]，善待動物，減少不必要的傷亡。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.05.042

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81260131)；貴州省優(yōu)秀科技人才省長專項(xiàng)資金項(xiàng)目[黔省專合字(2011)58]。 作者簡介：段暢(1989-)，在讀碩士研究生，主要從事表觀遺傳學(xué)與疾病關(guān)系的研究。△

，Tel：(0851)28609547;E-mail:fdhllj@sohu.com。

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1671-8348(2016)05-0696-04

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