基于数据挖掘的哮喘动物模型应用分析

吴 瑞，李秀敏，苗明三

(河南中医药大学，郑州 450046)

支气管哮喘(称为“哮喘”)，是一种以气道炎症细胞浸润为病理特征和气道高反应性为生理特征的慢性炎症性疾病。近年来，由于环境因素和生活方式的改变，哮喘的发病率逐年上升[1-2]。因此，医学界越来越关注与哮喘有关的研究。由于临床人体试验的局限与困难性,目前主要运用动物实验来探索哮喘发病机制、评测新的治疗方法、研究开发新的治疗药物。哮喘动物实验研究的主要和中心环节是建立哮喘实验动物模型，该模型必须高度贴合人类哮喘的病理生理学和临床变化过程，但目前实验研究所使用的哮喘动物模型存在造模方法复杂、模型吻合度低、模型成功率低等问题。因此本文对最近10年有关建立哮喘动物模型的相关实验文献进行了整理分析，从实验动物种类、激发方式、致敏方法、检测指标等方面总结哮喘动物模型的研究进展,提出建立与临床哮喘状态相一致的动物模型的完善建议，为哮喘的临床及实验研究提供一定的参考。

1 材料和方法

1.1 数据来源

以“哮喘”和“动物模型”为主题，在中国知网数据库高级检索界面进行搜索，时间范围是2009年1月至2019年8月，共检索到期刊文献248篇。

1.2 纳入标准

选择研究哮喘的全部动物实验文献；会议、硕博论文等不作为纳入的范畴；排除综述类和资料不全的文献。最终有118篇文献符合纳入标准，将收集的实验动物种类、激发方式、致敏方法、检测指标等录入Excel 2013归纳处理，以此建立哮喘动物模型的数据库。实验动物名称、种类等均参照《实验动物和动物实验技术》[3]进行规范，统一处理具有不同名称的动物种类，如“荷兰猪”统一为“豚鼠”。

1.3 统计学方法

首先对各项数据单独归纳整理，分析其应用所占比例，其次对各项数据进行整体分析，对模型建立方法和检测指标进行系统性和区域化整理。

2 结果

2.1 统计结果

2.1.1 实验动物种类

将录入的118篇实验文献[4-22]中的全部实验动物种类进行分类排序，统计得出共有8类实验动物，累积频率118次。在这些实验动物中，使用频数≥10的共有4种，累积出现109次，使频数最高的前四位分别是BALB/c小鼠(43次，36.4%)、SD大鼠(42次，35.5%)、Wistar大鼠(12次，10.2%)和豚鼠(12次，10.2%)。在118篇实验文献中，实验动物种类分布情况详情见表1。

2.1.2 造模激发方式

将118篇实验文献所涉及的造模激发方式进行分类规范。统计得出，118篇实验文章涵盖了5种激发方式。在5种激发方式中，使用最多激发方式为雾化激发(102次，86.4%)。造模激发方式分类及使用频数见表2。

2.1.3 致敏方法

将118篇实验文献所涉及的致敏方法进行分类规范。统计得出，118篇实验文章涵盖了6种致敏方法。在6种致敏方法中，使用最多的致敏方式为卵清白蛋白致敏(107次，90.6%)。由于这些实验文献致敏时基本采用氢氧化铝为佐剂，故其使用情况不再归纳统计。致敏方法分类及使用频数见表3。

2.1.4 检测指标

将录入的118篇实验文献中的全部检测指标进行分类排序。在这些检测指标中，若同一组织被分成不同的检测指标，则分别统计，如肺组织在同一实验中既检测肺组织病理又做肺组织免疫组化；若同一组织被同时检测多个同类型指标，则归为一类，不再分开统计，如血清中同时检测IL-4、IL-17A、sIgE、sIgG1、sIgG2a等，则把这些指标统称为血清指标，同一实验只计入一次。统计结果表明，118篇实验文献涵盖16种不同的指标类型，累积频数355次。其中检测较多的指标为肺组织病理(92次，77.9%)、血清中生化指标(49次，41.5%)、肺泡灌洗液细胞分类计数(42次，35.6%)、肺组织免疫组化(40次，33.9%)、肺泡灌洗液上清中生化指标(39次，33.1%)等。检测指标分类及使用频数见表4。

表1 实验动物种类频数分布

表2 造模激发方式分类及使用频数统计

表3 致敏方法分类及使用频数统计

表4 检测指标分类及使用频数

2.2 结果分析

建立哮喘动物模型,是利用所选种类的动物更加贴合地模仿哮喘疾病的病理生理过程与特征。目前还未发现与人类发病过程完全相同的动物自发性哮喘模型,因此需要人工加以复制,鼠类动物因其基因组序列与人类相似，常被研究者用来建立哮喘模型。通过表1可以看出，建立哮喘动物模型多使用BALB/c小鼠、SD大鼠、Wistar大鼠和豚鼠。据报道BALB/c小鼠对致敏原较易产生气道炎症反应及气道高反应性，从而更加容易复刻哮喘模型，同时BALB/c小鼠也是受到国外广泛认同的哮喘动物模型品系，用其进行哮喘动物实验研究更容易受国际医学界认可[23-25]。SD大鼠和Wistar大鼠的来源广泛，容易饲养繁殖，价格相对便宜,生物学试剂种类多并且容易获得,对抗原的反应性较为一致，在测量指标较多的情况下，研究者更倾向于选择其作为实验动物。在建立模型时，豚鼠更容易被致敏,因其反应的靶器官为肺,接触致敏原后容易产生过敏变态反应,程度较大鼠、小鼠强,因此在研究中应用广泛。但因为豚鼠繁殖率较低、饲养条件要求高、相关配合的免疫学试剂相对不足等原因，其使用频次低于BALB/c小鼠和SD大鼠。此外，在统计分析过程中发现大多数实验文章选择雌性动物作为实验研究对象，笔者查阅资料后发现，雾化激发后雌鼠的气道炎症、嗜酸性粒细胞和淋巴细胞浸润程度、支气管肺泡灌洗液中炎症细胞数等哮喘特征均比雄鼠更为严重，就建立哮喘模型来说，雌鼠比雄鼠更有优势[26]。

建立哮喘动物模型最主要是使动物模型出现免疫原性及免疫应答,防止脱敏情况发生，因此在制备哮喘模型过程先采用抗原致敏，使动物机体内存在致敏物，然后气道局部激发，诱导动物产生哮喘反应。从表2和表3可以看出，本文统计发现使用最多的致敏抗原为OVA，在全部实验文章的致敏方法中占比90.6%；使用最多的激发方式为雾化激发，在全部实验文章的激发方式中占比86.4%。研究表明OVA为异种蛋白, 有较强的抗原性和免疫原性，能成功建立哮喘气道慢性变应性炎症模型[27]。致敏后，大多采用雾化激发的方式使模型动物口鼻完全暴露在造模激发液中，雾化器长时间持续激发刺激动物，激发液经呼吸道进入动物机体后可直接作用于气道、肺，从而成功诱导肺产生炎症反应[28]。在激发后，实验动物会出现较明显的头面部瘙痒、站立不稳、腹式呼吸(呼吸短促)等类似哮喘发作的症状，这些现象可以作为评价模型成功的重要指标。

哮喘动物模型应该具备气道炎性细胞浸润、气道高反应性、血清IgE水平增高等特征。而这些特征可以在肺组织病理、血清中生化指标、肺泡灌洗液细胞分类计数、肺组织免疫组化、肺泡灌洗液上清中生化指标等指标中体现。肺组织病理是评价哮喘模型是否成功的重要指标，哮喘经常会由急性炎症反复发作而转变为慢性炎症,因此气道反复损伤与修复病理组织镜下观察可以看到大量炎性细胞、炎症介质浸润。经过本文统计发现，118篇实验文献中所测得血清生化指标较多的为sIgE、IgE、TNF-α、IL-4、 IL-5、IL-10、IL-13、IL-17、干扰素-γ(IFN-γ)等，这些指标可以有效评价炎症反应情况。肺泡灌洗液中各类炎症细胞和上清中的生化指标在评价气道炎症中发挥重要作用，例如，中性粒细胞水平与哮喘严重程度呈正相关[29]。免疫组化技术是根据抗原抗体的结合反应与化学显色原理, 使组织切片中待测细胞的化学成分通过过氧化物酶等标记出来, 便于显微镜的观察与统计，对过敏性哮喘小鼠模型成功情况的判定具有重要意义[30]。

3 讨论

哮喘的发病机制十分复杂,医学界至今还不能将其解释清楚，但目前能确定的是哮喘的发病机制跟气道炎症、气道高反应性以及免疫耐受受损相关[28]。因此在建立哮喘动物模型时要从这些方面入手。

哮喘动物模型的建立方法多种多样，但目前所建立的哮喘动物模型还不能完全等同人类哮喘疾病的病理生理过程，所以在建立贴近临床、结合哮喘表型、结合哮喘疾病发生发展过程及病理生理改变的哮喘动物模型是未来的主要研究方向。通过对近10年哮喘实验文献中的数据进行挖掘整理可知，使用BALB/c小鼠或SD大鼠作为实验动物，采用雾化激发的方式雾化致敏，用OVA作为致敏抗原，可以有效提高模型的成功率，指标选取建议选取肺组织病理、血清中生化指标、肺泡灌洗液细胞分类计数等作为评价指标，此外在建立模型时还要综合考虑到方法、给药剂量、实验目的及实验条件等。作者期望通过自己的整理能为提高造哮喘动物模型成功率及评价受试药物有效性提供一定的方法学参考。