單因素誘導的慢性阻塞性肺疾病動物模型研究進展*

李竹英 田春燕 高風麗△

（1.黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫藥大學，黑龍江哈爾濱 150040）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是呼吸系統的常見病與多發病之一，其特征為氣流受限不完全可逆，嚴重危害患者的健康，給社會帶來沉重的經濟負擔［1］。目前中西醫結合治療COPD取得了良好的效果，為了探尋中醫藥治療COPD的作用機制，中醫藥工作者在COPD動物實驗方面做了大量研究。動物模型是開展COPD科研工作的有效工具，建立理想的動物模型對于探尋COPD的發病機制以及研發治療COPD的新方法和新藥物等具有重要意義［2］。本文對近年來單因素誘導的COPD動物模型建立進行相關探討，并介紹一些研究者常用的單因素誘導的COPD造模方法。

1 煙霧吸入型

吸煙是COPD發病的重要危險因素，香煙煙霧能夠損傷呼吸道黏膜纖毛，使其結構和功能發生異常，導致支氣管痙攣，直接損傷肺泡上皮導致肺血管內皮細胞及肺泡巨噬細胞聚集、活化，最終出現一系列病理和生理學改變。張蘭英等［3］通過不同的煙熏時間制備COPD小鼠模型，一組煙熏2周，另一組煙熏4周，實驗結束后對比兩組小鼠發現，煙熏4周組較煙熏2周組的肺泡灌洗液蛋白含量明顯增高，電鏡下顯示單核細胞及淋巴細胞浸潤較煙熏2周組明顯增多，煙熏4周組的肺泡直徑明顯大于煙熏2周組，其結果表明煙熏4周小鼠能夠制備COPD動物模型，符合人類COPD的病理改變。

2 SO2吸入型

空氣污染導致空氣中存在大量的SO2，該氣體隨著人體的呼吸進入氣道而刺激支氣管黏膜，使得氣道清除功能降低。肺組織是SO2污染物進入機體的第一個靶器官，SO2能夠導致肺泡上皮細胞損傷，使得肺組織出現炎癥反應。動物實驗研究表明不同濃度的SO2污染狀況下，運動大鼠肺組織中的炎癥因子水平明顯升高［4］。 國外學者［5］采用不同濃度的 SO2分別進行短期和長期熏大鼠，結果發現僅長期暴露于20 ppm SO2的大鼠能夠出現呼吸道高分泌狀態和氣道炎癥，而濃度低于或高于20 ppm或短期暴露不能造成呼吸道高分泌狀態，其結果顯示長期暴露于20 ppm SO2的造模方法能夠復制COPD動物模型。

3 脂多糖誘導型

利用脂多糖制備COPD動物模型的方法一般為氣管內反復滴入法。研究表明脂多糖動物模型存在肺功能下降、肺氣腫、小氣道重塑、肺部炎癥等現象［6］。劉君波等［7］利用反復氣管內滴入脂多糖的方式制備大鼠COPD模型，造模時間為8周，造模結束后模型組大鼠出現呼吸道阻力升高的現象，肺泡灌洗液中白細胞總數及分類均明顯升高，光鏡下可見支氣管周圍及間質有炎癥細胞浸潤，肺泡結構紊亂、擴張。程羽等［8］分別使用氣管內滴注脂多糖法和煙熏法制備COPD大鼠模型，研究發現脂多糖模型組大鼠的中性粒細胞浸潤情況更為顯著，提示機體炎癥反應明顯，這可能與脂多糖介導了氣道和肺組織的炎癥反應，引起持續性肺部炎癥有關。

4 蛋白酶誘導型

蛋白酶誘導型COPD動物模型的原理為蛋白酶破壞氣道及肺組織中的蛋白酶/抗蛋白酶的平衡進而導致肺氣腫的發生。研究表明彈性蛋白酶可分解肺內纖維蛋白、彈性蛋白和膠原等，使肺的彈性回縮力減弱或喪失［9］。目前研究較多的是基質金屬蛋白酶/組織金屬蛋白酶抑制物的平衡，它被認為是反映氣道組織破壞和修復動態平衡的標志［10］。 楊智等［11］給小型豬的支氣管內注入木瓜蛋白酶和胰蛋白酶進行COPD造模，通過病理學檢查及小動物肺功能測定顯示該方法能夠復制出COPD模型。

5 細菌感染型

細菌感染是導致COPD發生及反復加重和死亡的主要原因。有研究表明在COPD患者下呼吸道中定植的細菌對患者外周血中的免疫指標、炎癥因子、氣道重塑相關因子有一定的影響［12］。下呼吸道的細菌感染通過多途徑、多種機制引起氣道炎癥，而COPD的發生和發展多是在慢性氣道炎癥的基礎上反復發作、遷延日久而形成。李建生等［13］采用肺炎克雷伯桿菌滴鼻的方法制備COPD大鼠模型，連續滴鼻16周后，大鼠外周血及肺泡灌洗液中的白細胞及中性粒細胞計數明顯升高，肺功能結果顯示模型組大鼠潮氣量及呼氣峰流速明顯低于對照組，血氣分析顯示PaO2降低及PaCO2升高，光鏡下顯示肺泡腔內有大量中性粒細胞浸潤，并分泌大量黏液，說明該法可以建立COPD急性加重期的動物模型。文文等［14］采用銅綠假單胞菌反復感染大鼠氣道的方式制備動物模型，其結果表明該造模方式可致大鼠產生COPD的病理學改變，能夠建立COPD大鼠模型。

6 基因相關型

研究表明COPD的發病具有家族聚集性的特點［15］。目前研究已經發現基因和分子通路參與了COPD的發病機理［16］。在COPD患者中的一項基因檢測發現，62個基因組區域中發現共有889個單核苷酸多態與COPD發病、肺功能變化有關聯［17］。目前在基因多態性的研究中蛋白酶/抗蛋白酶失衡和氧化物/抗氧化物失衡備受關注，它們能夠導致炎癥反應和組織破壞。隨著基因組分析技術的發展，基因敲除、轉基因技術等已被應用到COPD動物模型的制備過程中［18］。

7 PM2.5誘導型

空氣污染導致空氣中存在大量的顆粒物質，這些顆粒物質能夠隨著人體的呼吸進入氣道而刺激支氣管黏膜，使得氣道清除功能降低，可增加發生COPD的風險。近年來研究發現室內外PM2.5污染水平對COPD患者呼出氣炎癥指標存在一定的影響［19］。施凱等［20］研究發現PM2.5的濃度與外周血中單核細胞、巨噬細胞存活率呈負相關性，這說明PM2.5影響著巨噬細胞吞噬細菌的能力。劉菁等［21］對兩組大鼠分別使用吸入PM2.5顆粒和氣管內滴注PM2.5混懸液的方法制備COPD模型，造模后比較兩組大鼠，結果顯示吸入PM2.5顆粒組大鼠肺功能下降，并出現典型的COPD病理改變。

8 評價及展望

煙霧吸入型建立的動物模型是目前應用較廣泛的造模方法，該造模方法最接近人類COPD的發病情況，但本方法仍然存在煙霧濃度、暴露頻率及時間等因素的不同影響造模結果的問題。SO2吸入型的方法適用于建造氣道重塑及黏液高分泌的COPD模型，但由于SO2吸入型的造模因素較單一，因此在實踐中很少應用本方法。脂多糖誘導型建立的動物模型病理變化呈慢性支氣管炎及肺氣腫樣改變，該病理改變符合COPD的病理特征，且方法簡便易行，在實踐中脂多糖多與煙熏聯合應用制備COPD氣道黏液高分泌的大鼠模型［22］。蛋白酶誘導型的造模方法是模擬COPD發病時蛋白酶/抗蛋白酶失衡，本方法可以成功復制肺氣腫動物模型，但本方法所形成的全小葉型肺氣腫，與人類長期吸煙所導致的小葉中央型肺氣腫的病理變化不完全一致［23］，因此在實踐中多與煙霧吸入型聯合應用［24］。細菌感染型建立的動物模型較適用于COPD急性加重期，此模型對于研究細菌感染導致肺組織損傷的機理是較合適的模型，但實踐中要注意選取細菌的種類及控制細菌的數量。通過基因手段獲得的動物模型具有遺傳穩定性和來源的可重復性，對人類疾病的研究更具有重要的作用，但對技術水平要求較高，因此相對其他造模方法，本方法在實踐中應用相對較少。PM2.5誘導型建立動物模型的方法尚在初步研究階段，因此對本方法的研究仍需更進一步的探索。COPD的防治是中醫藥重點研究領域之一，在COPD動物模型制備過程中煙霧吸入型為其常用方法，中醫動物模型的制備是以中醫理論為指導，研究中多采用病證結合的方式進行造模［25］。

COPD發病機制復雜，由于實驗動物與人類存在較大的差別，造模方法各異等，共同影響著動物模型的制備。單因素誘導的COPD動物模型簡單易行，但存在造模時間長等問題，目前多因素誘導的COPD動物模型正在廣泛發展，但是仍然無統一的動物模型評價標準。COPD動物模型的發展已為COPD的發病及治療方法的研究作出了巨大的貢獻，促進了人類對COPD發病機制的理解和新的中西醫治療藥物的發展，期望未來能早日探究出標準的COPD造模方法，以利于COPD更廣闊的研究。

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