葡聚糖硫酸钠诱导鼠溃疡性结肠炎模型研究进展

陈素傲，金世柱

(哈尔滨医科大学附属第二医院消化内科，哈尔滨 150081)

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)是一种慢性、特发性炎症紊乱性疾病，病变通常累及直肠，也可累及结肠的任何部位。临床上以持续的便血、腹痛、里急后重为典型症状[1]。近20年来，其发病率逐渐增加[2-3]。其发病机制尚不明确，遗传因素、环境因素、微生物因素及肠道免疫系统分子成分等可能促成了疾病的发生和发展[4]。目前，多种造模方法可用于诱导UC动物模型，如化学法、免疫复合法、基因法、中医模型等[5-6]，各种造模方法均有其不同特点(见表1)。其中，化学法中葡聚糖硫酸钠(Dextran Sodium Sulfate，DSS)诱导的UC模型因与人类溃疡性结肠炎表现最相似被广泛应用[7-8]。本文对近年来DSS诱导UC动物模型的最新研究进展做一概述。

1 DSS致溃疡性结肠炎作用机制

DSS是一种水溶性硫酸多糖体，对肠道上皮细胞具有直接毒性作用，破坏肠道屏障完整性，导致急性结肠炎的发生，表现为直肠出血、腹泻、溃疡和粒细胞浸润，和人类溃疡性结肠炎临床和组织学表现相似[9]。DSS不仅能直接损伤上皮细胞，还能改变结肠黏液层菌群变化，致使肠内细菌更易进入上皮细胞造成上皮损伤[10]。DSS能使结肠紧密连接蛋白和紧密连接相关蛋白occludin、Zo-1表达下降，破坏结肠黏膜屏障紧密性从而导致溃疡性结肠炎的发生[11]。DSS诱导UC模型还可能与DSS具有肝素样作用，能抑制血液凝固、血小板聚集和增强纤维蛋白溶解的作用及结肠黏膜组织缺氧有关[12-13]。DSS诱导UC的发生还与肠道菌群的失衡有关。DSS可降低肠道菌群多样性和丰富性，降低菌群稳定性，从而导致肠道菌群失调。乳酸杆菌、双歧杆菌等菌群对溃疡性结肠炎有保护作用，而大肠杆菌对UC的发生发展有促进作用[14-16]。此外，DSS诱导UC的发生发展与炎症因子表达失衡密切相关。促炎因子如TNF-α、IL-1β、IL-6等的表达增加和抑炎因子如IL-4、IL-10等表达下降促进结肠损伤从而诱导溃疡性结肠炎的发生发展[17-18]。最后，RhoA/ROCK信号通路、AKT2信号通路及NF-кB等信号通路的异常也是DSS诱导结肠炎发生的重要机制之一[19-21]。

表1 不同造模方法比较Table 1 Comparison of different Murine model

2 DSS诱导溃疡性结肠炎模型

DSS诱导鼠溃疡性结肠炎模型因其操作简便、成功率高等优点被广泛应用。根据不同的实验目的，研究人员可选择不同的造模方法制成急性或慢性UC模型。急性UC模型通常采用2%～5% DSS(分子量36×103～50×103)溶液，饮用5～7 d的方法制成。如Nunes等[22]给予C57BL/6小鼠2% DSS溶液自由饮用7 d诱导急性UC模型；Jin等[23]给予C57BL/6小鼠2.5% DSS溶液自由饮用7 d诱导急性UC模型。处理7 d后，小鼠出现明显的结肠炎症状，包括显著的腹泻、便血，体重下降，结肠缩短，疾病活动指数评分和组织学评分的增加。结肠损伤相关的炎症因子如TNF-α、iNOS、COX-2、MPO等表达增加。慢性UC模型则通过反复周期性给予DSS溶液诱导结肠炎模型。如葛君等[24]给予C57BL/6小鼠自由饮用1.5% DSS溶液4个周期，第一周期给予7 d DSS溶液，10 d蒸馏水，之后的三个周期分别给予5 d DSS溶液和蒸馏水，共47 d来诱导慢性UC模型；Ajayi等[25]给予BALB/c小鼠自由饮用2.5% DSS溶液3个周期，每个周期包括2.5% DSS溶液自由饮用7 d，随后换成14 d正常饮用水来诱导慢性UC模型。Zhang等[26]给予C57BL/6小鼠2% DSS溶液5 d共三个周期，间隔2个14 d期间给予正常饮用水成功建立慢性UC模型。诱导成功后，小鼠出现便血、体重下降，结肠长度缩短等表现，病理提示隐窝萎缩、扭曲等结构改变，肠壁出现淋巴细胞、浆细胞等炎症细胞浸润，肠壁变薄等慢性炎症改变。相应的，TNF-α、IL-1β、MPO等表达增加。

3 DSS诱导溃疡性结肠炎影响因素

DSS诱导溃疡性结肠炎模型受多种因素影响，如DSS分子量、DSS浓度、DSS给药时间及给药方式等，选择适合的药物浓度、给药方式及给药时间等有助于节省时间、人力，从而有助于建立高成功率的UC模型。

3.1 DSS分子量

DSS具有高度可变的分子量，分子量不同诱导溃疡性结肠炎模型的炎症程度不同，其中，分子量36 000～50 000的DSS最适合用来诱导结肠炎，因为其他形式的DSS不能诱导可重复的结肠炎，或导致高死亡率。Kitajima等[27]给予BALB/c小鼠三种不同分子量的5% DSS(5×103，40×103，500×103)溶液自由饮用7 d诱导结肠炎模型。分子量为5×103和40×103DSS处理组小鼠出现结肠炎，表现为隐窝消失，黏膜层和黏膜下层炎症细胞浸润，黏膜水肿、糜烂和溃疡形成。而分子量为500×103的DSS处理组小鼠无上述表现。而分子量5×103和40×103所导致的结肠炎又有所不同，后者诱导的结肠炎表现相比于前者较重，分子量5×103的DSS导致的结肠炎病变主要集中在盲肠及近段结肠，而分子量40×103的DSS诱导的结肠炎病变主要在远端结肠。分子量为500×103的DSS诱导小鼠无结肠炎表现可能由于分子量过大不能通过黏膜层而不能发挥作用有关。Hirono等[28]证实不同DSS分子量有不同的结肠致癌活性，分子量为54 000的2.5% DSS饮食处理大鼠致癌活性最高，而分子量为52 000和9500的DSS无明显致癌活性。另外，研究发现相同分子量的DSS含硫量不同诱导的结肠炎模型严重程度也不同[29]。

3.2 DSS浓度

不同DSS浓度诱导的溃疡性结肠炎严重程度不同，正确选择DSS浓度是UC模型成功的关键。顾思臻等[30]给予C57BL/6J小鼠自由饮用不同DSS浓度溶液(3%、4%、5%)6 d来建立溃疡性结肠炎模型，结果发现各组小鼠均有体重下降、便血、黏膜层及黏膜下层炎症浸润和IL-1β、TNF-α表达增加等结肠炎表现，以4% DSS组表现最典型，死亡率低，是DSS诱导小鼠UC模型的最佳方案。王倩等[31]分别用2种质量浓度DSS溶液(30 g/L、50 g/L)建立SD大鼠UC模型，大鼠自由饮用DSS溶液7 d后，观察大鼠一般状态，对疾病活动指数(DAI)和结肠损伤指数(CMDI)进行评估。结果显示，与DSS低浓度组相比，DSS高浓度组DAI评分和CMDI评分增加，溃疡性结肠炎表现更加明显，但鉴于30g/L DSS即可诱发急性UC模型，因此认为30 g/L DSS更适合用来诱导大鼠UC模型。Shimizu等[32]给予断奶Wistar幼鼠不同浓度DSS溶液(2%、3%、4%)自由饮用7 d诱导结肠炎模型。结果表明，随给药浓度的增加，结肠炎表现更明显，严重程度增加。因此，可以选择不同浓度DSS作为儿童不同程度结肠炎模型。2% DSS溶液可用来制作儿童轻度UC模型；3% DSS溶液用作中度UC模型；4% DSS溶液用来作为重度UC模型。Egger等[33]给予BALB/c小鼠自由饮用不同浓度DSS溶液(2.5%、5%、7.5%)7 d诱导结肠炎模型，评估结肠粘膜损伤和炎症因子表达情况。研究证实随DSS浓度增加，结肠损伤严重程度增加，而结肠黏膜损伤程度取决于饮用水中DSS浓度，并不是摄入的DSS总剂量。李欣等[34]给予雄性C57BL/6J小鼠不同浓度DSS溶液(3%、5%、7%)饮用6 d，观察小鼠一般情况及结肠损伤情况，检测炎症因子表达，结果表明随着DSS浓度的增加，小鼠成模率增加，TNF-α、IF-17等促炎因子增加，抑炎因子IF-4、IF-10等表达下降，小鼠死亡率增加。

3.3 DSS给药时间

随着DSS给药时间的延长，溃疡性结肠炎表现更严重，给药时间的长短决定了溃疡性结肠炎的急慢性过程，因此DSS给药时间的长短对建立UC模型至关重要。李富凤等[35]给予C57BL/6小鼠自由饮用3% DSS溶液1周，再恢复正常饮水3周建立UC模型，分别于1、2、3、4周4个时间点动态观察小鼠表现。结果发现不同时间段，小鼠结肠炎表现不同。造模1周后，小鼠体重下降、便血、腹泻，炎症细胞浸润粘膜层，符合UC模型急性期表现；造模2周后，小鼠整体表现有所改善，病理示浆细胞、淋巴细胞浸润肌层组织，炎症因子进一步增高，符合炎症后期表现；造模3、4周后，肌层纤维结构紊乱，炎症评分下降，符合UC缓解期表现。Oishi等[36]通过给予Wistar大鼠自由饮用5% DSS溶液5 d(急性期)，接着给予2% DSS溶液10 d(慢性期)来诱导结肠炎模型。结果发现，随着给药时间的增加，结肠损伤程度不同。诱导4～6 d时被认为是结肠炎损伤最严重的时期，疾病活动指数评分最高，相应炎症因子TNF-α、iNOS、IL-6 mRNA及中性粒细胞趋化因子-1等表达最高。Yan等[37]通过在预定时间给予C57BL/6小鼠自由饮用3.5% DSS溶液建立结肠炎模型。实验观察到随着DSS给药时间的延长，结肠炎表现逐渐加重，而撤回DSS溶液，小鼠结肠炎模型会逐渐恢复。DSS给药时间的不同引起不同的结肠炎表现，因此，研究人员可根据不同的实验目的选择不同的给药时间，从而构建理想的UC模型。

3.4 DSS给药方式

目前DSS诱导UC模型的主要给药方式为自由饮用，也有一些研究者采用灌胃的方式诱导UC模型。如黄循铷等[38]给ICR小鼠通过灌胃方式给予2.5% DSS溶液容易成功诱导结肠炎模型。衡宇等[39]探讨了DSS自由饮用与灌胃2种给药方式诱导UC模型疾病相关指标的差异。结果发现，自由饮用与灌胃2种给药方式均可诱导UC模型，但自由饮用的方式无法控制鼠摄入DSS总剂量，容易出现实验误差，而灌胃组小鼠动物表现更均一，各项指标的变异系数小，离散度低，实验成本低，是最佳的给药方式。

3.5 动物种系

不同种系、不同部位对DSS诱导溃疡性结肠炎敏感程度不同。Mähler等[40]给予不同种系小鼠自由饮用3.5% DSS溶液5 d诱导结肠炎模型。结果发现，C3H/HeJBir，C3H/HeJ，NOD/LtJ，NOD-scid小鼠对DSS诱导结肠炎高度敏感，病变集中在盲肠和远端结肠，而NON/LtJ和NON.H2g7有一定耐受性。C57BL/6J和129/SvPas小鼠的结肠对DSS诱导的结肠炎敏感，病变主要集中在中段和远端结肠，而盲肠有高度耐受性。这些不同表现可能与遗传变异有关。

4 结语

DSS诱导的UC模型因其与人类UC表现最为相似，所以得到更广泛的应用。了解DSS致溃疡性结肠炎作用机制及造模过程中的相关影响因素，研究者可以根据不同实验目的选择相应的种系、DSS浓度、给药方式及给药时间，有利于提高造模效率，建立高成功率的UC模型，从而为UC发病机制及相关治疗等研究奠定基础。