氣管食管瘺模型的研究及應用

王鈺超 許曉儀 楊士芳 崔景華 陳兢兢 李靜

廣東省人民醫(yī)院(廣東省醫(yī)學科學院)呼吸與危重癥醫(yī)學科,廣州510000

氣管食管瘺是目前臨床的一種難治性疾病,致死率極高。目前雖然已有外科手術(shù)和內(nèi)鏡介入等方法針對不同的氣管食管瘺病因進行相關(guān)治療,但遠期效果并不理想,外科手術(shù)的相關(guān)術(shù)后并發(fā)癥和內(nèi)鏡封堵支架的滑脫是導致氣管食管瘺治療不良的主要原因。為了探索氣管食管瘺的新型治療策略,最重要的研究過程即為構(gòu)建氣管食管瘺動物模型。本文收集目前已有的氣管食管瘺模型構(gòu)建方法并作一綜述。

1 氣管食管瘺簡介

氣管食管瘺是由于各種先天性或后天性原因?qū)е碌臍夤苤夤芘c食管之間的病理性瘺道。氣管食管瘺按病因可以分為先天性和后天獲得性,先天性氣管食管瘺主要發(fā)生于新生兒的胚胎發(fā)育時期,由于常與食管閉鎖同時出現(xiàn),因此常合并稱為食管閉鎖-氣管食管瘺;后天性氣管食管瘺的發(fā)病原因較多,主要包括食管癌和肺癌、醫(yī)源性損傷、外傷、異物及食道手術(shù)術(shù)后等[1-6]。氣管食管瘺具有治療困難和致死率高的特點,既往研究顯示氣管食管瘺患者未及時治療者預后極差[7],即使成功接受治療的患者,病死率仍可高達12%[8]。目前針對氣管食管瘺的治療方式較多,但療效普遍較差,因此構(gòu)建氣管食管瘺動物模型、改進目前的治療方式并探索新的氣管食管瘺治療手段就尤為迫切。

2 先天性氣管食管瘺模型

先天性氣管食管瘺是一種新生兒期較為常見的嚴重消化道畸形,由于常合并食管閉鎖出現(xiàn),因此合并稱為食管閉鎖-氣管食管瘺。因獲得完整的早期人類胚胎較為困難,目前食管閉鎖-氣管食管瘺的發(fā)生機制尚不明確,因此需要構(gòu)建一定的動物胚胎模型探究人類胚胎發(fā)育過程中食管閉鎖-氣管食管瘺的影響因素和治療方法。

阿霉素,又名多柔比星,是一種廣譜細胞毒性抗生素,其可以抑制RNA 和DNA 的合成,具有殺滅多種腫瘤細胞的作用,目前主要用于惡性淋巴瘤的一線用藥和急性淋巴細胞性白血病和急性粒細胞白血病的二線用藥,同時對乳腺癌和肺癌等也具有一定療效。阿霉素構(gòu)建動物氣管食管瘺模型主要是通過在胚胎期給動物母體注射一定劑量的阿霉素影響氣管食管的分化發(fā)育而實現(xiàn)的。這種方法適用于不同規(guī)格的大鼠及其胚胎構(gòu)建氣管食管瘺模型,最早由Diez-Pardo等[9]于1996年首次提出并應用到先天性食管閉鎖-氣管食管瘺動物模型中,隨后阿霉素構(gòu)建氣管食管瘺模型開始廣泛地應用于科研研究。目前雖然阿霉素導致食管閉鎖-氣管食管瘺的胚胎學發(fā)育機制尚不清楚,但Pross?gel等[10]在阿霉素誘導的畸胎鼠試驗中發(fā)現(xiàn)阿霉素可以通過影響氣管芽發(fā)出位置下移從而可能導致了食管閉鎖-氣管食管瘺的形成。Cardoso等[11]的研究顯示,阿霉素可以對胚胎氣管和肺組織發(fā)育過程中的關(guān)鍵通路成纖維細胞生長因子7產(chǎn)生抑制作用,干擾了成纖維細胞生長因子10的表達,從而導致食管閉鎖-氣管食管瘺的發(fā)生。

3 后天性氣管食管瘺模型

后天性氣管食管瘺是一種病死率高、治療難度大的常見臨床并發(fā)癥,根據(jù)病因可以分為非惡性和惡性,兩者的病因各異。非惡性氣管食管瘺的病因包括醫(yī)源性插管后損傷[1]、外傷[2]、異物及異源性支架損傷[3]、食道手術(shù)術(shù)后并發(fā)癥[4]及腐蝕性攝入[5]等;惡性氣管食管瘺的發(fā)生則與食管癌與肺癌的關(guān)系密切[6],惡性氣管食管瘺是不可切除的食管癌最嚴重的并發(fā)癥[12],且致死率高,臨床治療效果差。為治療疾病及延長患者生存時間,探索新型氣管食管瘺治療方式、構(gòu)建獲得性氣管食管瘺動物模型就尤為重要。

3.1 手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺動物模型 手術(shù)法構(gòu)建后天獲得性氣管食管瘺動物模型最早開始于Wagner等[13],他們?yōu)榱搜芯渴彻苤Ъ苁中g(shù)治療氣管食管瘺的療效,使用小型豬建立了獲得性氣管食管瘺模型。具體的手術(shù)方式為:在實驗動物的左頸部平行于胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)緣切開皮膚及皮下組織,切開頸闊肌,游離周圍組織暴露氣管和食管后反轉(zhuǎn)氣管和食管90°以暴露氣管和食管相近部位,用電刀切除氣管和食管組織后,形成氣管和食管相近部位的對應切口,縫合兩切口緣使之形成一交通的氣管和食管瘺道。這種手術(shù)方式是后續(xù)手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺的主要方式。此后Yang等[14]為研究氣管食管瘺的食管雙瓣修補術(shù),使用這種方法構(gòu)建了比格犬氣管食管瘺動物模型并獲得成功。鐘志成[15]為研究先心病雙圓盤狀封堵器對氣管食管瘺的治療作用,也使用此法成功構(gòu)建了小型豬的獲得性氣管食管瘺模型。

但是手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺的動物模型的成功僅局限于大型動物,諸如比格犬和小型豬,在中型和小型動物上未能成功復制。唯一小型動物的案例為2003 年,Kiyan等[16]為研究雙氣囊導管對氣管食管瘺的診斷作用,用新西蘭白兔作為實驗對象,通過上述手術(shù)法打開相關(guān)入路后,使用電刀燒灼實驗兔氣管和食管相近部位并縫合,14 d后雙氣囊導管檢測出氣管食管瘺的形成。此后對實驗兔和實驗鼠的手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺動物模型一直未獲成功。

3.2 無創(chuàng)式構(gòu)建氣管食管瘺動物模型 由于手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺對于動物的損傷較大,對操作者的要求過高,因此這種構(gòu)建方式始終未能得到批準,加上手術(shù)法對動物的要求較高,實驗動物被局限于實驗比格犬和小型豬,實驗成本較高,限制了氣管食管瘺動物模型的構(gòu)建和后續(xù)研究的推進。目前氣管插管后損傷已經(jīng)成為氣管食管瘺醫(yī)源性損傷的主要原因[17],通過對氣管及食管管壁的壓迫作用導致組織壞死以構(gòu)建氣管食管瘺開始成為一個新的模型構(gòu)建方向。

3.3 磁壓迫方法構(gòu)建氣管食管瘺動物模型 磁體壓迫方式是使用2塊大小相近的釹鐵硼磁塊,放置于動物體內(nèi)的管道組織中,利用磁體本身的吸引壓迫作用使局部缺血壞死制造瘺管以達到管腔分流及腔體吻合作用的過程。在早期,外科醫(yī)師就已經(jīng)觀察到誤吞磁體的小兒消化道瘺的發(fā)病率比正常群體高幾倍。基于此,開始有研究嘗試使用磁體構(gòu)建消化道瘺道以及使用環(huán)形磁體來進行體內(nèi)腔道的吻合,最早的報道見于Obora等[18]使用環(huán)形結(jié)構(gòu)的釤鈷磁體進行大鼠和犬的血管吻合。有研究[19]將環(huán)形磁壓縮吻合術(shù)和機械吻合術(shù) (釘釘縫合和縫線縫合)的腸道吻合結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)磁壓縮環(huán)形成的腸道吻合口較機械縫合的完整性更佳,吻合口的狹窄率更低,同時由于磁體具備增強吸引強度的趨勢和更早的通道通暢時間,同時磁體的方式更加適用于內(nèi)窺鏡操作,可以有效降低各類手術(shù)的風險和強度。基于磁體對于腔道吻合通道構(gòu)建的有效作用,因此磁外科開始在各種吻合口研究中廣泛開展,并在小鼠模型上取得成功[20]。隨后,在實驗犬模型上成功使用磁體構(gòu)建門腔分流結(jié)構(gòu)[21]。2018年,在臨床膽管空腸吻合術(shù)中開始應用磁壓迫技術(shù)[22],由于瘺道的性質(zhì)屬于氣管和食管的病理性通道,因此對于氣管食管瘺的構(gòu)建,開始有研究使用磁體壓迫技術(shù)。高慧敏等[23]使用雙磁體分別放置于氣管和食管的相近部位,通過磁體的吸引作用構(gòu)建了氣管食管瘺的實驗兔動物模型,成功獲得了穩(wěn)定的氣管和食管之間的病理性瘺道。這一研究證實壓力構(gòu)建氣管食管瘺方法的可行性。

4 比較各種模型的優(yōu)劣

4.1 阿霉素構(gòu)建方式 阿霉素對于氣管食管瘺模型的構(gòu)建優(yōu)勢在于:(1)這是一種最大程度模擬氣管食管分化異常的實驗構(gòu)建方法,可以有效地構(gòu)建出胚胎因分化異常導致的食管閉鎖-氣管食管瘺模型;(2)實驗的方法簡單,實驗效率高,可以增加實驗動物的數(shù)量以保證實驗的可信度;(3)可以通過控制阿霉素的注射劑量來得到不同發(fā)育程度的食管閉鎖-氣管食管瘺動物模型[24-26],可以動態(tài)地模擬食管閉鎖-氣管食管瘺的發(fā)病機制,對于整個研究是尤為重要的。但阿霉素的構(gòu)建模型也存在一定的問題:(1)阿霉素本身對于胚胎具有致畸作用[27],可能會影響胚胎其他組織的發(fā)育[28-30],使實驗結(jié)果偏倚;(2)胚胎之間不同的發(fā)育速度決定了在注射等量的阿霉素后實驗動物的氣管食管分化發(fā)育程度也不同[25],會造成獲得的動物模型的病理進展不一致;(3)阿霉素構(gòu)建的氣管食管瘺動物模型適用于機制相關(guān)研究,而對后續(xù)治療作用的研究價值較小。

4.2 手術(shù)法構(gòu)建方式 手術(shù)法作為目前應用最多的氣管食管瘺模型構(gòu)建方法,其優(yōu)點包括:手術(shù)操作的結(jié)果明確,在手術(shù)方式正確的情況下,動物之間的個體差異不會對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響,所得到的動物模型穩(wěn)定,對于后續(xù)治療作用的研究也較為適合。但手術(shù)方式對于模型的構(gòu)建也存在一定的局限性:(1)手術(shù)本身對于動物是一種較為強烈的應激損傷,這使得手術(shù)目前僅在實驗犬和小型豬動物上獲得成功[13-14],后續(xù)研究中雖然Kiyan等[16]使用手術(shù)電刀燒灼方式構(gòu)建了實驗兔的氣管食管瘺模型,但這一模型的瘺口較小 (2 mm),僅適用于氣管食管瘺的診斷,而無法用于治療的研究,這一點也是目前手術(shù)法局限于大型動物模型構(gòu)建的原因; (2)手術(shù)在術(shù)后的護理要求較高,存在傷口感染的風險,相對提高了模型的死亡率,增加了實驗的操作難度;(3)相較于內(nèi)窺鏡下的氣管食管瘺治療方式研究,手術(shù)方式構(gòu)建的模型配合外科的治療方式更好。

4.3 壓力壓迫法構(gòu)建方式 壓力壓迫法構(gòu)建氣管食管瘺是目前新興的一種氣管食管瘺模型構(gòu)建方式。相較于手術(shù)法,其優(yōu)勢在于:(1)可以在微創(chuàng)甚至無創(chuàng)的情況下,使用磁體之間的壓迫方式構(gòu)建氣管食管瘺,對實驗動物的本體損傷較小,適用的動物范圍廣;(2)在操作方式正確的情況下,獲得所需的模型后,漏口周圍組織的炎癥反應較輕,減少了感染的風險和死亡率;(3)模型的構(gòu)建過程可以使用X 線成像儀檢測,同時由于構(gòu)建方式較為溫和,可以優(yōu)化和簡便后續(xù)動物的飼養(yǎng)和護理方式,減少動物因術(shù)后護理失誤而出現(xiàn)吸入性肺炎和營養(yǎng)不良的比例[23];(4)壓迫構(gòu)建方式相對于手術(shù)方式,更便于內(nèi)鏡介入和監(jiān)測。但由于目前磁體壓迫方式的模型構(gòu)建研究仍然較少,這一技術(shù)仍需更多研究來驗證構(gòu)建方式的成功率和不良反應率。

5 總結(jié)及展望

本文系統(tǒng)性回顧了目前針對氣管食管瘺的模型構(gòu)建方式,阿霉素可以較為穩(wěn)定地得到胚胎的食管閉鎖-氣管食管瘺模型,但卻不能用于對治療作用的研究;在過去針對各類氣管及食管支架對氣管食管瘺的治療作用研究中,經(jīng)常使用手術(shù)方式構(gòu)建氣管食管瘺,這一操作雖然有效,但也存在一定的問題;新型的磁體壓迫法的出現(xiàn),使模型構(gòu)建可以不再依賴外科手術(shù),同時便于內(nèi)鏡監(jiān)測,這在一定程度上可以保證實驗研究的穩(wěn)定性和準確性,但也應正視,目前磁體壓迫法作為一種新興實驗方法其成功率和對實驗動物的損傷的相關(guān)研究仍然較少,需要更多的研究來驗證該方法的穩(wěn)定性。仍需繼續(xù)開發(fā)損傷小、穩(wěn)定性高的氣管食管瘺的動物模型。人類氣管食管瘺與醫(yī)源性損傷等因素密切相關(guān),研究者可適當了解醫(yī)療技術(shù)操作等措施,使動物模型更接近于人類的疾病狀態(tài)。在研究醫(yī)學外科技術(shù)的同時,還應關(guān)注其他技術(shù)方法,充分利用各疾病模型的方法,高效便捷地分析,實現(xiàn)模型互補。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突