泌尿道感染动物模型制作研究现状

顾向晨，王 怡，邵汀汀

（1.上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院肾内科，上海 200437； 2.浙江大学生物医学工程系，杭州 310027）

泌尿道感染是临床常见病和多发病，其发病率根据我国普查统计，占到人口0.91％，在妇女、儿童和老年人、HIV感染者、糖尿病及肿瘤等患者中均有很高的发病率。尽管当今抗菌药物研究迅猛发展，品种不断更新换代，泌尿道感染的发病率仍居高不下，且不断面临新的挑战，抗菌素的滥用、免疫抑制剂的应用等导致一些原来非致病菌引起的感染不断增加。泌尿道感染按照解剖部位的不同，分为尿道炎、膀胱炎和肾盂肾炎。反复不断感染，病情迁延，可发展为慢性肾盂肾炎，是一种较严重的形式，除尿道刺激症状外，还出现全身症状，而且常常由于用药不规则，细菌极易产生多重耐药性。晚期出现肾功能不全，可危及患者生命。据欧洲透析中心统计资料表明，慢性肾盂肾炎占整个慢性尿毒症的19.8％～21.2％。

制作与人类泌尿道感染相似的动物模型，对探讨本病的发病机制和研究的治疗方法十分必要。但是对于泌尿道感染模型的研究仍较少，目前已有一小部分动物实验展开，现将近年来国内外泌尿道感染动物模型制作的研究情况综述如下。

1 模型类型

1.1 急性肾盂肾炎模型

小鼠、大鼠、兔、狗、猴、猪等都可作为制作急性肾盂肾炎模型动物［1］。急性肾盂肾炎是较易制作的模型，包括经尿道逆行性肾盂肾炎，血源性肾盂肾炎等，国内外报道较多。

1.1.1 猪：国外 Majd［2］等运用约克郡猪作为急性肾盂肾炎模型，比较CT、MR、多普勒超声、SPECT在诊断急性肾盂肾炎的差异。其制作方法首先切开输尿管肌层缝至输尿管膀胱交界处，手术后5 d持续予抗生素预防感染，再经皮注入E.choli至膀胱，并注入异物石蜡油1～2 mL来保持感染状态，结果发现该模型有典型急性肾盂肾炎病理表现。猪个体较大，术中易于辨认输尿管，且便于术后不同时期采集血液和尿标本进行观察，是较理想的动物，但价格较贵，不易进行大批试验。

1.1.2 小鼠：小鼠个体小，手术操作及辨认输尿管较困难，不易建立重复性高的逆行性肾盂肾炎动物模型，常作为血源性肾盂肾炎的模型动物［3］。近年有人用小鼠制作逆行性肾盂肾炎模型［1］。Hagberg等［4］，首先报告将病原菌直接注入小鼠膀胱内即可制备成小鼠上行性肾盂肾炎模型，该模型己成为研究泌尿道感染的病理机制和筛选有效药物的重要工具。王旭丹等［5］利用小鼠制作上行性肾盂肾炎模型，研究柴芩通淋片对泌尿道感染的防治作用，模型制作结果示，肾脏和膀胱中均有大量大肠杆菌定居。1.1.3 大鼠：大鼠个体适中，在模型制作过程中，一般多从尿道或直接腹腔内注射，注入各种菌种，并注入异物于膀胱中，而且手术中易于辨认输尿管，特别是大鼠泌尿道解剖特点，容易发生尿液自发性输尿管膀胱反流，注入0.5～1.5 m L细菌悬液，并利用尿道口钳夹的方法制作成机械性的膀胱内静水压增高，来造成逆行性感染，与人类肾盂肾炎的感染方式接近［6］。国外于20世纪70年代制作了大鼠急性肾盂肾炎模型，用于该病发病学和治疗学研究，其后国内亦复制成功并进行了改良［7］。所以急性肾盂肾炎模型［6、8］目前多采用将大鼠单侧输尿管“半结扎”并同时向膀胱内注射大肠杆菌的方法造成病理改变。

不理想的是大鼠不便于在术后不同时间采集血、尿标本，进行病程观察，用代谢笼收集大鼠尿液进行细菌培养，但由于粪便污等原因，收集的尿液细菌培养假阳性率很高。同时注菌量与大鼠体重关系密切，体重较小的大鼠越容易死亡，注菌量越多可引起败血症或血源性肾盂肾炎。

亦有国外报道 Gorur S等［9］采用不结扎单侧输尿管，单纯膀胱内注射大肠埃希氏菌，制作方法如下，排空膀胱，用22G静脉留置针通过尿道，往膀胱内直接注射大肠埃希氏菌0.4 mL（109/m L CFU），拔除留置针后，予火胶棉迅速封闭尿道口，4 h后予丙酮去除火胶棉，结果发现可成功研制急性肾盂肾炎模型。

何立群、龚学忠等［10］也采用不结扎单侧输尿管、单纯膀胱内注射一定量大肠杆菌 O111B4的方法，成功制备了急性肾盂肾炎大鼠模型。同时他们［11］又比较了与单侧输尿管结扎模型的异同，研究结果发现，前种模型病理改变相对较轻，不会出现明显化脓灶，但急性肾盂炎症过程典型。后种模型均可产生单侧肾实质化脓性病变；常伴有肾小管毁损、并可有肾小球累及；同时，前种模型未显示有某一侧肾脏易感性，而后种模型病变主要在结扎侧。

亦有国外学者Ichino M等［12、13］直接打开腹腔，予0.1 m L 109/m L大肠埃希氏菌悬液，通过26G针头，单次直接注射至大鼠双侧肾脏皮质制作急性肾盂肾炎，病理提示术后3-4周出现肾脏损伤。此模型主要适用于研究肾间质损害，与单侧输尿管“半结扎”同时膀胱内灌注细菌大树相比，操作方法简单，病理显示感染表现较恒定，可复制性强，但其缺陷为不能真实模拟人类上行性肾盂肾炎。

1.2 慢性肾盂肾炎模型

国外研究证实，有多种方法能够造成慢性肾盂肾炎动物模型，但有些方法周期太长，或者为猪、兔，比较昂贵［14］。

1.2.1 大鼠：王俊生等［15］在国内首先利用尿道直接接种细菌的方法，报道了CPN大鼠模型，该方法并不能诱导肾脏外观出现瘢痕和固缩，严格讲并不成功。龚学忠等［16］按照Bitz等的方法，延长观察时间创建一种慢性肾盂肾炎大鼠模型，用不同浓度致病性大肠杆菌株膀胱内注射，并短暂结扎左侧输尿管，观察90天内肾脏形态学动态变化，结果发现随着感染性炎症的修复，左肾外观有皮质瘢痕及相关肾乳头收缩和肾盏的扩张，镜下慢性肾间质性肾炎改变和纤维化；细胞培养阳性结果主要在左肾和尿； 1.2.2 小鼠：孙建实、栗德林等［17］运用 C57BL小鼠模型制作慢性肾盂肾炎模型，进一步证实上述方法。结果发现尿细菌培养从6 h起即为阳性，持续到30天转为阴性，以后一直未培养出细菌。但在肾脏病理学上有明显变化，在第90天时患肾极度萎缩，肾组织持续破坏。

1.3 腺性膀胱炎模型

腺性膀胱炎是一种在膀胱粘膜和粘膜下层发生粘液腺增生的疾病，是由膀胱尿路上皮受慢性刺激诱导产生的一种化生性改变。位志峰及易憬等［18-19］先后选取 SD 雌性大鼠，往膀胱内灌注DH5α大肠埃希氏菌（浓度为108～109CFU/μL）或脂多糖（1μg/μL），然后用无菌硬膜外导管用无菌液体石蜡润滑后，提起尿道外口的皮肤，沿尿道后壁插入尿道3 cm以上，用1 m L注射器注入0.2 m L左右，2～3 d注射一次，持续6周左右。研究表明膀胱内灌注大肠杆菌或脂多糖均可导致腺性膀胱炎，证实了大肠杆菌和脂多糖的慢性感染是导致腺性膀胱炎的病因之一。但是此种动物模型制作时间较长，对于导尿管留置也需要一定技术，反复操练，否则易引起尿道损伤，同时需反复麻醉，安全性较低，较易引起大鼠死亡。

1.4 糖尿病大鼠泌尿道感染模型

国外有学者［20］研究制作糖尿病合并泌尿道感染大鼠模型，利用链尿菌素腹腔内注射诱导经典糖尿病大鼠模型，再经尿道至膀胱内灌注菌液，结果发现膀胱和肾脏均有菌群生长，成功制成泌尿道感染模型，与人类糖尿病患者合并泌尿道感染特点基本符合，并通过该模型进一步阐释糖尿病患者易患泌尿道感染因素。

1.5 尿路异物相关泌尿道感染大鼠模型

有国外学者 Kurosaka及 Mikuniya等［21，22］通过非手术法，将螺旋聚乙烯管经尿道置于大鼠膀胱中，同时注入绿脓杆菌，制成非手术异物相关泌尿道感染大鼠模型。与未置入聚乙烯管大鼠相比较，前者感染维持时间较长，在感染早期，PT聚乙烯管周围包裹较多细菌，同时细菌从膀胱上行至肾脏，病理早期表现为急性肾盂肾炎，后期为慢性肾盂肾炎，以及持续中性粒细胞浸润，伴盆腔及周围组织充血。该模型能够较好模拟人类导尿管留置相关泌尿道感染。

1.6 解脲棒状杆菌介导的泌尿道感染合并鸟粪结石形成模型

Reyes L等［23］研究发现鸟粪结石虽只组成了所有结石成分的2％～3％，但与其他结石相比会导致更加严重并发症，例如严重败血症及肾脏疾病等。作者认为产尿素酶的棒状杆菌、克雷伯氏杆菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌，是易于引起鸟粪结石等常见细菌，但不同品系的大鼠对解脲棒杆菌的易感性有很大差别。通过此研究表明鸟粪结石生成是机体的炎症应激反应，可进一步加重周围组织的损伤。

2 不足与展望

目前研究较多侧重于肾盂肾炎模型的研究，例如运用大鼠单侧输尿管“半结扎”并向膀胱内注射大肠杆菌制作急性肾盂肾炎模型方法已十分成熟，模型制作过程简单，重复性尚可，是研究人类肾盂肾炎合适的动物模型。也有运用单纯膀胱内注射不结扎输尿管制备急性肾盂肾炎大鼠模型，方法较简单，但稳定性较差。对于腺性膀胱炎以及其他类型的泌尿道感染模型也在进一步研究中。

同时许多学者发现在泌尿道感染模型制作与动物的品系，细菌菌种及浓度更是密切相关，并对此进行了深入研究。例如 Schaeffer等［25］发现不同品系小鼠泌尿道感染的易感性不同，细菌清除率也不同。常规小鼠膀胱内注入细菌，其感染时间一般持续在14 d之内。但结果发现，在 BALB/c、C3H/HeN、C57BL/6、DBA.1、DBA.2、以及AKR小鼠可观察到中等程度感染，在14天内缓解，而在SWR和SJL小鼠可观察到较低程度感染，在C3H/HeJ和C3H/OuJ小鼠可观察到较高程度感染，多持续在14 d以上。该作者认为在绝大多数小鼠品系感染可自行缓解，但是由于某些小鼠特殊遗传背景，导致泌尿道感染可持续更长时间。亦有学者［23］比较F344、LEW，SD及W IS大鼠对解脲棒状杆菌的易感性及结石生成情况，予膀胱内注入解脲棒状杆菌，2周后处死，发现100％F344大鼠合并下尿路感染，64％F344大鼠膀胱内产生鸟粪结石及严重感染，而其他品系大鼠感染缓解，并无鸟粪结石形成。以上研究也提示在泌尿道感染造模过程中，不同模型可表现出不同易感性，品系选择十分重要。

Hopkins和Schaeffer等［26，27］在研究小鼠泌尿道感染模型制作中，还关注了不同剂量与浓度的细菌和不同大小和材质的插管，并经不同途径（尿道内或经尿道至膀胱内）注入细菌悬液对模型制作的影响。结果发现除了小剂量尿道内注入细菌悬液不易引起感染外，其他均可引起膀胱及肾脏的感染，浓度越高，感染程度越重。在前人的工作基础上，Hung等［28］对小鼠泌尿道感染模型制作步骤及各种条件进行探讨，详细记录小鼠泌尿道感染模型制定过程，通过细化菌群浓度及调整观察时间，研制出可定量调控泌尿道感染模型。所以在泌尿道感染模型制作中，菌种浓度的选择和材质选择亦十分重要，甚至细节可决定成败。

因为引起泌尿道感染的常见病菌为大肠埃希氏菌，目前用于模型制作的菌种主要为大肠埃希氏菌。但很多研究也涉足了其他各种菌种，也包括其他常见细菌及微生物等，例如绿脓杆菌、克雷伯杆菌、变形杆菌、解脲支原体［25］。而大肠埃希氏菌种最常见选用大肠杆菌O111B4标准菌株［6-8，10］，或者有从临床泌尿道感染患者身上分离获得的大肠杆菌菌株［5］，亦有选用DH-5α［19］大肠杆菌克隆菌株作为菌株。所目前就有研究对不同菌株对模型的上行感染性差异进行了探讨。例如郑铃、洪新如等［24］比较2株具有不同P菌毛粘附素的同血清型UPEC和1株无菌毛大肠埃希菌对小鼠泌尿道上行感染性的差异，结果发现具有P菌毛的UPEC菌株感染之小鼠，病理表现感染较重；无菌毛大肠埃希菌感染之小鼠，病理表现感染较轻。由此可以发现在泌尿道感染模型制作中，菌种及菌株选择也十分重要，不同菌种及菌株种类，感染程度也不相同。

综上所述，目前对于泌尿道感染模型制作的研究已全面展开，尤其国外的研究十分深入，运用不同模型制作与人类相似的泌尿道感染模型，并进一步探讨了品系、菌种以及浓度等模型制作细节探讨。但是目前缺乏成熟的慢性膀胱炎制作模型，作者正尝试改良腺性膀胱炎的模型制作过程，来探讨单纯慢性膀胱炎制作，为下一步实验打下基础。

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