胎儿宫内生长受限动物模型的研究

孙玲伟，戴建军，梁 菲，张树山，吴彩凤，张德福*，吕松洁

(1上海市农业科学院畜牧兽医研究所，上海 201106；2浙江省医学科学院生殖生理研究室，杭州 310013)

近年来，胎儿宫内生长受限(Intrauterine growth retardation，IUGR)已经成为人类围产期医学研究的重要领域之一。IUGR是指人类胎儿或胎盘在妊娠过程中因多种负面效应因素，导致胎儿和胎盘发育不完善，胎儿出生重及存活率低于相应生理日龄胎儿[1]。以胎儿出生重和胎龄作为判定标准，通常IUGR胎儿出生重低于同孕龄胎儿平均体重的两个标准差或10%分位值[2]。IUGR在许多发达国家和发展中国家的人群中均普遍存在，然而其决定因素有所不同。发展中国家的IUGR主要是由于女性妊娠期营养不良或患有疟疾等传染性疾病而引发；发达国家的IUGR主要是由于饮食失调等导致的慢性营养性疾病或孕妇吸烟、酗酒或滥用药物等多种行为导致。据调查，我国IUGR的发生率为6%—7%，其死亡率占总围产儿死亡率的40%左右，美国等发达国家IUGR的发生率约为7%[3]。IUGR不仅造成围产儿多种疾病的发生甚至死亡，也与其成年后心血管疾病、呼吸系统疾病和代谢性疾病等的发生具有一定关系。

胎儿宫内生长发育与宫内环境、胎盘发育情况和母体健康状态等多种因素相关[4]，目前对于IUGR的发生机制和诊断治疗仍未明确，其诊断和治疗方法也有待进行深入研究。出于伦理道德方面的考虑和样品采集的困难，利用人体作为研究对象受到了极大的限制。因此，建立一种高效、准确、能够最大限度地复制人体内环境的IUGR动物模型用于不断的深入研究是非常必要的。目前，IUGR实验动物模型主要有大鼠、小鼠、豚鼠、兔等啮齿类动物，猕猴、狒狒等灵长类动物，以及羊、猪、牛等家养动物。

1 动物IUGR模型

1.1 啮齿类动物IUGR模型

大鼠适应能力强、繁殖速度快、孕期短，且造模成本低廉，是最常用的科研实验动物，也是IUGR模型研究中利用最早、使用也最广泛的动物。2017年，Maliszewski-Hall等[5]建立了大鼠IUGR模型，并探讨了IUGR与胎儿神经发育障碍的相关性。同年，苏畅[6]建立了小鼠IUGR模型，探讨了IUGR子代小鼠内源性激素比例失调的原因。Lopez-Tello等[7]于2017年对妊娠期兔子进行营养限饲建模后，结果显示IUGR仔兔出生重及多个组织器官重均显著低于正常仔兔。然而，啮齿类动物的生理结构和胚胎发育过程与人体存在一定差异，其动物模型不适合胎盘功能不全等致病因素引起的IUGR方面的研究。

1.2 灵长类动物IUGR模型

选择猕猴、狒狒等动物作为IUGR模型具有特别的意义。大多数灵长类动物是唯一具有类似于人类胎盘(盘状胎盘并覆有绒毛且绒毛膜受血)结构的动物，在胎盘形态和机能上与人类最接近，尤其其胎盘结构与人类非常接近，用于研究IUGR对疾病的影响更为合适[8]。但灵长类动物的成本太高，且资源稀少并受到使用限制，无法进行大规模IUGR建模。Li等[9]于2013年对妊娠期狒狒进行营养限饲建模后，发现IUGR胎儿的下丘脑-垂体-肾上腺轴活性会增加，促进了组织器官的分化，提高了新生儿存活的可能性。

1.3 家养动物IUGR模型

猪在解剖学和生理学上与人体有许多相同之处，是用于复制IUGR模型的常见动物之一。猪具有产仔多、性早熟的特点，能够满足实验对样本数量的需求。Ferenc等[10]利用自然选择法，探讨了IUGR仔猪与正常体重仔猪的肠道发育差异。然而，猪的价格比较昂贵，体型较大，因此复制模型的成本较高，具有一定的限制性。

羊是一种具有潜力的模型动物，母羊和羔羊在各生理阶段的发育和解剖学特点与人类相似，其个体大小适宜于手术、解剖、采样、采血等实验操作，所获得的模型与人体相似。羔羊易人工饲养，饲料来源广、成本较低，可进行大规模长期研究。此外，羊多秋冬季节发情，发情期为14—21 d，激素分泌情况与女性相似，更加适合人类围产期医学的研究。因此，与其他IUGR动物模型相比，羊的IUGR模型更具优势。据报道，通过营养限饲方法建立了湖羊的IUGR模型，分别探讨了妊娠母羊和胎羊的血液代谢[11-12]、胎盘发育[13]以及胎儿的内分泌状态和生长轴发育[14]。然而，该模型中仅应用正常日粮饲喂量的50%的营养限饲法进行建模，造成多只母羊出现了流产和死胎等情况。因此，寻找高效且经济的建模方法，是目前IUGR模型中的关键性问题。

2 IUGR动物模型的建立方法

建立稳定而简便的IUGR动物模型，对该疾病的研究具有重要的科学意义。理想的IUGR动物模型要求成本低、操作简单、周期短、成功率高，尽量与在解剖、病理及临床表现上更接近于人类。目前，IUGR动物模型有较多建立方法，主要包括直接自然选择法、子宫动脉结扎法、营养限饲法、被动吸烟或饮酒法、低氧法、抗代谢药物法(主要是注射亚硝基左旋精氨酸甲酯、更生霉素或抗硫胺素)[15]。

2.1 自然选择法

自然选择法是指通过统计学方法，对于自然情况下生产的动物弱仔，将初生体重低于群体胎仔体重10%左右的认定为IUGR胎儿[16]。该方法构建的IUGR模型中，胎儿是在自然条件下产生的，未受到某些药物或者外源性应激。因此，该方法选择的IUGR胎儿更加具有代表性，且方法适用于猪、羊、小鼠等多胎动物。然而，为了保证筛选的有效性以及研究的同期性，自然选择法往往要求具有较高的群体性，另外，造成IUGR胎儿的病因较为复杂，因此该方法目前应用较少。

2.2 子宫动脉结扎法

子宫动脉结扎法是通过手术的方法，减少子宫胎盘血液灌注，减少胎盘血液和氧的供应量，从而导致胎儿慢性缺血缺氧，最终形成IUGR[17]。通过子宫动脉结扎法构建的IUGR模型与人类子宫胎盘灌注不足、血液循环异常造成的IUGR机制十分相似。因此，该方法主要适用于研究因子宫胎盘缺氧所造成的胎盘结构和功能异常及胚胎宫内状况改变的影响，可以选择鼠、家兔等复制模型。然而，通过手术方法对子宫动脉结扎，其技术操作难度仍然比较大，结扎过紧会因血液供应完全中断导致胚胎得不到营养而胎死宫中，造成死胎率较高；结扎过松则IUGR发生率不高。因此，这种复制模型的方法总体成功率还不够理想。

2.3 营养限饲法

母体营养是影响妊娠结局的主要因素之一，妊娠期间母体的营养与胎儿宫内生长发育具有密切关系。营养限饲法主要是通过对妊娠期的母体进行蛋白质、能量等营养物质的摄入量进行控制，从而进一步限制母体对胎儿营养物质的供应，以此影响胎儿宫内生长发育，最终导致胎儿IUGR的发生[18]。目前，该方法是建立IUGR模型较为常用的方法，适用于鼠、兔、羊等多种动物模型。该方法复制IUGR模型的成功率也显著高于其他建模方法。然而，与其他建模方法相比，该方法对母体日粮的营养水平和限饲时间的控制较难掌握。此外，母体的营养限饲可能改变胎盘的功能以及胎儿的生长发育。

2.4 其他IUGR建模方法

尽管建立IUGR模型的方法多样，但目前没有公认的建立IUGR模型的标准。国内外的研究人员也尝试使用了热应激法、被动吸烟法、药物刺激法、手术摘除子宫肉阜等多种方法[19]。目前，IUGR动物模型的复制方法都存在一定的缺陷，每种方法均有优缺点，需要在对动物充分了解的基础上，根据实验需求，选择合适的建模方法。此外，在实验研究中，应遵循实验动物伦理原则[20]，善待动物，减少不必要的伤亡。

3 发展前景

营养学、繁殖生理学、血管生物学等多学科交叉性创新研究的不断发展，不仅对设计新的动物模型和家畜管理方案起着关键作用，也将会提高建立动物模型的成功率和改善动物健康状况。许多种类的模型动物均可通过自然发生或通过实验方法构建IUGR模型。因此，考虑到物种间许多生物学因素的差异，包括胎儿大小、胎儿数、生长速度、身体组成、生理特点、胎盘形成、对环境和实验因素的敏感性以及母体日粮的不同等多种因素，应充分慎重选择实验动物和造模方法，从而避免对人类IUGR的实验研究产生误导。