慢性阻塞性肺疾病模型复制研究进展

黄晓芬,李金田

(甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000)



慢性阻塞性肺疾病模型复制研究进展

黄晓芬,李金田

(甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是呼吸系统疾病中常见病和多发病，造成巨大的社会、经济负担。加强对COPD发病机制研究，寻找安全有效的药物来防治COPD具有重要的临床意义，选择正确合理的COPD模型复制方法是研究COPD发病机制的关键。对COPD模型复制方法做一综述。

COPD；吸烟；蛋白酶；脂多糖

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease， COPD)，简称慢阻肺，是一种以不完全气流受限呈进行性发展为特征的慢性呼吸系统疾病，与有害气体和有害颗粒对肺部的炎症反应有关。吸烟是导致COPD气流受限的最主要诱因，而细菌、病毒感染、小气道炎症、吸入刺激性气体等是引发COPD急性加重的原因。目前，研究证实影响COPD患者气道重构和进行性气道阻塞的最主要原因是慢性反复的气道炎症。许多炎性细胞(如中性粒细胞、T淋巴细胞及巨噬细胞等)、细胞因子(如IL-8、TNF-α等)及炎症介质(白三烯)都参与了COPD的发生发展。

在过去的几十年里，动物模型已发展到模拟人类COPD的各个方面，用于更好地了解COPD相关病理生理机制、探索有效的治疗方法。然而，目前，COPD的发病机制尚不清楚，可以彻底根除COPD的药物及治疗方法也尚未明确。基于这种情况，急需重拟COPD动物模型和治疗策略。在此，对现有COPD动物模型进行概述，以期进一步改进动物模型并深入认识COPD找到更好的治疗方法。

1 COPD动物模型

虽然大型动物更接近于人类生理状态，但鼠类由于成本低、体积小、方便操作、便于标准化测量等优点而常用于COPD的研究。COPD动物模型的制备方法多种多样，目前，多见的COPD模型复制方法有被动吸烟法、蛋白酶诱导的COPD动物模型法和化学药物诱导的动物模型法等。

1.1 被动吸烟复制COPD动物模型

吸烟是COPD最主要的诱因，吸烟危害健康也是众所周知的事实，烟是人类第一杀手，全世界每年因吸烟死亡达250万人。香烟烟雾能导致黏膜纤毛系统结构和功能异常，引起支气管痉挛，直接损伤肺泡上皮导致肺血管内皮细胞及肺泡巨噬细胞聚集、活化，逐渐呈现相应的病理和生理学改变[1]。因此采用被动吸烟法复制COPD动物模型。

李若葆等[2]采用长期吸烟法建立COPD大鼠模型。他们将模型组雄性Wistar大鼠放置于自制烟熏箱中，每次燃烧10支八喜牌香烟，1.5h/次，2次/天，5天/周，连续6个月。结果显示正常组大鼠肺部组织正常，而吸烟组大鼠细支气管上皮增生肥大、排列紊乱，细支气管壁增厚，并伴有淋巴细胞、中性粒细胞及巨噬细胞等炎性细胞的浸润。模型成功建立。

甘丽杏等[3]将COPD组雄性SD大鼠置于熏箱中，每次燃烧大前门香烟5支，2次/天，中间间歇4h以上，连续90天。结果COPD组存在不同程度炎性改变，包括气道上皮破坏，细支气管上皮肥大、排列紊乱，细支气管壁增厚，并伴有炎性细胞侵润，气道平滑肌增生等。

孔令雯等[4]将雄性SD大鼠在每天上下午各被动吸烟1次，每次放置5支黄果树牌过滤嘴香烟，燃尽后更换，持续30min，6d/周，连续2个月，第60天吸完烟后将雄性SD大鼠处死。光镜下见COPD组气管周围及血管周围平滑肌增生，气管粘膜下腺体增生肥大，周围大量的淋巴细胞、中性粒细胞浸润，大量肺泡壁缺损、融合形成肺大泡。

甘桂香等[5]每日将雄性Wistar大鼠置于自制染毒箱内暴露于10支芙蓉牌香烟中2次(对照组大鼠也置于染毒箱内做伪暴露)，每次1h，2次之间相隔不少于4h；第1次燃烧4支香烟随后每次2支香烟，每支香烟燃烧约12min，换烟间歇3min。吸烟组大鼠肺泡结构紊乱，支气管肺内出现以淋巴细胞为主的炎症细胞浸润。

段珊等[6]用香烟熏吸建立豚鼠COPD模型。病理形态学检查符合COPD表现，模型复制成功。

1.2 蛋白酶诱导COPD动物模型

研究表明蛋白酶-抗蛋白酶失衡是引起COPD的主要原因，蛋白酶进入肺内后引起肺内弹性蛋白及胶原降解、中性粒细胞及巨噬细胞积聚，导致肺弹性回缩力下降、肺容积增大及肺实质炎症反应、气腔扩大和肺泡壁破坏等[7]。目前主要的蛋白酶有木瓜蛋白酶、中性粒细胞弹性蛋白酶和猪胰蛋白酶。

毛旻等[8]采用支气管镜下左肺叶内注入木瓜蛋白酶的方法复制COPD模型。结果显示肺总量、功能残气量、吸气气道阻力、呼气气道阻力均升高。

汪电雷等[9]采用《实用中医证候动物模型学》之烟熏法及复合木瓜蛋白酶雾化吸入法复制Wistar大鼠COPD模型，即采用烟、二氧化硫定量熏吸并复合木瓜蛋白酶雾化吸入法，建立COPD大鼠模型。

涂小华等[10]以弹性蛋白酶诱发大鼠COPD模型。滴入弹性蛋白酶5周后，随机抽取6只动物进行肺部组织病理学观察，所检测动物出现COPD病理损伤特征，已形成COPD模型。

高振等[11]利用气管滴注弹性蛋白酶结合熏烟的方法建立COPD模型。模型组见大片状肺大泡，有充血现象；淋巴细胞为主的炎症增生，杯状细胞增多；黏膜平滑肌增厚。

吴升等[12]用猪胰蛋白酶制作大鼠COPD动物模型。实验动物造模后，出现呼吸道分泌物增加，呼吸困难，有明显缺氧等大鼠COPD病症。

1.3 化学药物诱导COPD动物模型

许多化学药物都可以引起肺炎和COPD，这些药物主要有氯化镉、二氧化硫、脂多糖(LPS)和臭氧等。其进入肺脏后可以刺激中性粒细胞、单核细胞及内皮细胞，合成与释放一系列炎性介质并介导肺组织及气道的炎症反应，导致蛋白酶平衡破坏，从而形成COPD。张炜等[13]采用二氧化硫气体熏吸联合腺嘌呤饲料喂饲成功制造出慢阻肺复合肾虚证模型。

近年来，内毒素脂多糖(LPS)联合烟熏诱导的动物模型已被广泛使用。现代研究证实LPS不但可以激活巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞等一些免疫细胞，还可以促进细胞因子生成、活化补体、以及增强免疫活性。LPS还可诱导巨噬细胞凋亡，其诱因除了LPS能激活PKC、NF-κB，启动多种凋亡相关基因的转录和表达外，还与LPS刺激引起细胞分泌NO等多种生物活性物质的介导有关[14]。Stolk等[15]将金黄地鼠分为3组，每周向动物气管内滴入200μg LPS，分别给药3.5周(7次)，4周(8次)，5周(10次)，在最后一次给药4周后处死动物。结果发现各组地鼠均出现了肺气肿病变和支气管黏液细胞增生(BMCH)[16]。宋一平等[17]使用气管内滴注LPS联合烟熏的办法复制COPD模型，既实验第1天、第14天于气管内滴注LPS，第2～28天于自制玻璃染毒箱内被动吸烟(滴注LPS当天不烟熏)。结果表明该模型符合COPD模型的形态学和病理生理学标准，模型制备成功。

2 COPD动物模型评价

虽然吸烟是COPD的重要诱因，这种方法可以复制COPD模型，但其部分病例尚缺乏典型的气道结构重塑特征，并且研究者用到的香烟类型都不尽相同，因此不能完全代表COPD模型。同时，单纯吸烟模式造模时间长，烟雾量不易控制，所造成的COPD模型不稳定，不易被复制。另外，研究中的动物品种和性别都不同，各种动物、甚至不同种系的大鼠对香烟易感性有很大差异。宋小莲等[18]比较SD大鼠和Wistar大鼠发现，后者对香烟的耐受性不及前者，熏烟如果过浓过久(>10支/次，每次1h)，Wistar大鼠更易出现COPD症状。所以，笔者认为被动吸烟法并不合理。

蛋白酶诱导的方法简便且稳定，但它造成的病变与人类常见的由长期吸烟引起的并不完全一致，且病变往往分布不均。而且，气道滴入木瓜蛋白造模进行气管内滴注药物、进行呼吸功能评价以及模拟辅助通气时，需要进行气管插管，大鼠的气管直径较小，不便于插管操作。改良后的烟、二氧化硫定量熏吸并复合木瓜蛋白酶雾化吸入造模法，二氧化硫量不能严格控制，稍有不慎就可能使实验动物窒息死亡。

单纯气管内滴注LPS只可短时间内复制出与COPD所造成的相似呼吸道损伤，并不能复制出渐进性慢性的病理过程。LPS联合烟熏的造模方法更符合COPD发生过程中感染和吸烟的两重要诱因，而且操作简单，可明显缩短实验时间。但是，尽管气管内滴注LPS是以肺组织病理损伤为主，避免了全身炎症反应，适合研究干预因素对肺组织的保护作用，不足的是这种方法需要进行气管插管，这种创伤性手术给实验鼠带来的疼痛无法避免，且手术环境及操作人员等因素会增加实验鼠感染的机会，有些实验鼠会立即死亡，更重要的是药物滴入时如果液滴过大会使动物存在窒息死亡的风险[19]。

3 结语

COPD模型的建立方法仍然在探索中。被动吸烟法由于香烟类型、不同种系和不同性别的大鼠对香烟易感性不同等因素的影响而不建议使用；蛋白酶诱导法仅是导致大鼠体内蛋白酶-抗蛋白酶失衡而诱发大鼠COPD的形成，由于不全面而不建议采纳；气管内滴注脂多糖联合烟熏法虽然已被广泛使用，但是它依然存在问题，因此，创伤更小、更简单合理的造模方法有待进一步深入研究和探索，以更好地提高实验效率。

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(责任编辑：余 婷)

Research Progress of Model Replication of Chronic Obstructive Pulmonary Disease

Huang Xiaofen,Li Jintian

(Gansu College of Traditional Chinese Medical,Lanzhou 730000,China)

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a common disease and encountered frequently disease in respiratory system,and cause huge social and economic burden.It is very significant to strengthen the research on the pathogenesis of COPD and looking for a safe and effective treatment to the prevention and treatment of COPD. To select the correct and reasonable COPD model replication method is the key to study the pathogenesis of COPD.We introduce model replication method of COPD in this paper.

COPD;Smoking; Protease;LPS

2015-04-12

国家自然科学基金项目(H2708：中医内科)

黄晓芬(1989-)，女，甘肃中医药大学硕士研究生，研究方向为经方治疗肺系疾病。

李金田(1967-)，硕士，甘肃中医药大学博士生导师，研究方向为中医药防治呼吸系统疾病。

R256.1

A

1673-2197(2015)17-0040-03

10.11954/ytctyy.201517020