痛风动物模型的研究现状与进展

简桂林，青玉凤，张全波

(川北医学院附属医院a.老年医学科，b.风湿免疫科，四川 南充 637000)

痛风是一种与高尿酸血症相关的炎性疾病，医学之父希波克拉底早在公元前5世纪就对其进行了描述[1]。痛风主要表现为反复发作的痛风性关节炎，并可影响泌尿系统及心血管系统，若经久不愈，有致残风险，严重影响人类生活及健康。据世界卫生组织估计，全世界约3.9%的人患有痛风[2]，中国痛风患病率为1.1%[3]。随着人们生活水平的提高，我国居民痛风的患病率呈逐年上升趋势[4]。痛风的发生与体内尿酸生成过多和(或)排泄减少有关。尿酸的生成主要有两方面，一是来自富含嘌呤的食物的分解，二是来自体内蛋白质、氨基酸、核苷酸等物质的代谢。尿酸主要通过肾脏、肠道和肝胆排泄。尿酸生成过多和(或)排泄减少均会导致血液尿酸水平过高，进而形成高尿酸血症，而尿酸盐在关节周围聚集并析出结晶，导致痛风性关节炎。为了研究疾病，而构建的理想动物模型需要遵循3个原则，分别是与人类疾病具有相似的发病机制、与人类疾病具有相似的行为表象、与人类疾病具有相似的药物治疗反应，目前已构建的痛风动物模型主要有高尿酸血症动物模型、痛风性关节炎动物模型、痛风性结节肿动物模型等[5]。现对目前常见的实验动物及动物模型予以综述。

1 啮齿类动物模型

啮齿类动物主要选择大鼠和小鼠。鼠的血尿酸代谢过程与人体相似，但也存在一定差异。人体嘌呤经体内代谢后终产物主要为尿酸，而鼠类体内存在尿酸氧化酶(urico oxidase，UOX)，可将尿酸氧化成溶解度更高的尿囊素，易于排出体外。

1.1痛风性关节炎动物模型 目前，主要采用单钠尿酸盐(monosodium urate，MSU)晶体关节穿刺法建立痛风性关节炎模型。Coderre穿刺法[6-7]是最早用于关节建模的方法，但这种建模方法存在一些缺陷，如用药量有限，穿刺时易将试剂注入踝前皮下或体外，人为造成踝关节破坏而致创伤性炎症反应，从而影响实验结果等[8]。现大多采用改良法建立大鼠踝关节痛风性关节炎模型，其建模方法较多，如可在麻醉大鼠踝关节外侧后方，与胫骨呈45°进行穿刺并注射MSU晶体混悬液进行关节建模[9]；也可于大鼠踝关节后侧沿跟腱内侧30°～40°方向穿刺关节腔并注射MSU晶体混悬液进行关节建模[10]。以上方式均通过MSU晶体刺激模拟人类急性痛风性关节炎，其关节表现与人类急性痛风性关节炎相似。但有实验指出，直接关节注射MSU晶体混悬液建模法存在不足，该关节模型中主要为淋巴细胞浸润[11]，而痛风性关节炎主要为中性粒细胞浸润[12]，这与临床病理特点不符。

1.2高尿酸血症动物模型 鼠体内存在的UOX能够将尿酸氧化成尿囊素。体内尿囊素的溶解度高，较尿酸更易溶于水，尿囊素溶于水后随尿液排出体外，因此，鼠类较少发生自发性高尿酸血症。高尿酸血症小鼠模型分为基因修饰导致的高尿酸血症小鼠模型(基因诱导模型)和环境因素诱发的高尿酸血症小鼠模型(环境诱导模型)两大类[13]。由于人体内编码尿酸氧化酶的基因失活，而小鼠体内该基因未失活，因此小鼠UOX基因修饰是建立“类人”模型，以研究高尿酸血症的理想方式。通常采用两种方法敲除UOX基因，以建立血尿酸水平显著增高的小鼠模型，①UOX基因敲除模型，通过将新霉素选择盒插入UOX基因的第3外显子介导UOX基因破坏，从而改变开放阅读框。该模型小鼠的血尿酸平均水平是野生型对照组的12倍左右；通过敲除UOX基因建立小鼠模型是可行的高尿酸血症动物模型造模方式，但由于严重的肾病(包括尿酸结晶沉积、多发性囊肿、肾小管萎缩等)，建模4周时的模型小鼠死亡率高达65%；此外，杂合子子代UOX基因敲除小鼠的占比为7.1%，远低于预期的25%，表明UOX基因敲除与胚胎致死率有关[14]。②利用转录激活子样效应核素酶技术删除了UOX基因第3号外显子中28个碱基对的一个区域，在C57BL/6J背景下产生另一种UOX基因敲除小鼠模型，此种小鼠的血尿酸水平与高尿酸血症患者相似，约40%的小鼠存活了62周；杂合子子代UOX基因敲除小鼠的活产率为15.9%，远低于预期的25%，同样涉及胚胎致死率的问题，且小鼠可出现肾功能障碍，包括尿酸结晶沉积和肾小球或肾小管病变；雄性UOX基因敲除小鼠出现的代谢紊乱与胰岛素分泌受损和链脲佐菌素诱导的糖尿病敏感性增加有关，而雌性小鼠出现高血压伴脂代谢异常[15]。除上述两个基因敲除模型外，研究人员还建立了另一个与UOX基因相关的小鼠模型，该模型使用铯辐射诱导小鼠第3号染色体上的副中心倒位，导致UOX基因突变和UOX缺乏，此类模型小鼠的血尿酸水平较高，且多伴发肾病及肾小球和肾小管扩张，63%的小鼠在出生后14 d内死亡，这些改变可能与其核三维结构破坏有关，且可能对尿酸代谢产生其他非特异性影响[16]。

此外，还可采用环境因素诱发方式建立鼠类高尿酸血症模型，如应用尿酸氧化酶抑制剂氧嗪酸钾。皮下注射氧嗪酸钾混悬液[17]或腹腔注射氧嗪酸钾[18]均可抑制UOX的活性，从而建立小鼠高尿酸血症模型。体内尿酸主要来自嘌呤代谢，嘌呤进入体内后，经过一系列代谢生成尿酸，故可通过增加机体嘌呤摄入量模拟高尿酸血症。常见方法为腺嘌呤灌胃[19]和酵母提取糊灌胃[20]。酵母类成本较低，在体内可分解为嘌呤和嘧啶，且酵母类食物能上调体内黄嘌呤氧化酶活性，促使嘌呤氧化，提高尿酸水平。嘌呤代谢过程可被ATP抑制[21]，故建模时可同时应用ATP，如通过尾静脉注射ATP[11]来提高模型成功率。关节及其周围组织的血供相对较少，当pH值降低时，可导致尿酸盐沉积，故可通过喂食含醋酸溶液建立痛风动物模型[22]，此建模方法成模时间短、模型与人体发病过程相似，且操作简单、成本较低。

体内尿酸水平升高是高尿酸血症的主要特征之一。应用MSU晶体可建立高尿酸血症动物模型，如小鼠腹腔注射MSU晶体混悬液可模拟人体尿酸水平升高后的一系列过程[23]。临床上，部分痛风的发生与药物的使用存在一定相关性。乙胺丁醇主要为抗结核药物，但可用于高尿酸血症小鼠模型的建立[24]，其机制可能是通过干扰嘌呤代谢及提高黄嘌呤氧化酶活性使血尿酸水平升高，常用给药方法为灌胃。上述建立高尿酸血症动物模型的方法可同时使用，如给予小鼠高嘌呤饮食同时腹腔注射氧嗪酸钾等。但需要注意鼠类尿酸代谢与人体存在一定差异，上述方法适用于建立高尿酸血症模型，在建立痛风关节炎模型方面存在一定困难。

1.3痛风性结节肿动物模型 痛风性结节肿形成是慢性痛风性关节炎的重要表现与特征。痛风发展到一定程度可表现为痛风性结节肿及痛风石。建立相应的动物模型有助于研究痛风性结节肿及痛风石的局部反应。大鼠及小鼠均可用于建立痛风性结节肿模型。一般在雄性大鼠(或小鼠)背部皮下注射经处理的消毒空气，使该部位隆起，3 d内若隆起部位缩小再重复上述方法，第4天在隆起部位注射MSU晶体混悬液，从而建立动物模型[25-26]。此种建模方法可模拟机体局部炎症反应并研究其局部病理生理改变，但该模型不具有高尿酸血症及痛风性关节炎的特点，因此无法用于整体尿酸代谢研究。

2 家禽类动物模型

家禽类动物是最早用于建立痛风模型的实验动物之一，常用家禽有鸡和鹌鹑。鸡与鹌鹑的尿酸代谢与人体相似，体内均无UOX，不能将尿酸转化为尿囊素。因此，鸡及鹌鹑模型可用于模拟人体的相应过程。

2.1痛风性关节炎动物模型 鸡是建立痛风性关节炎模型的适宜动物，可模拟痛风性关节炎的局部反应。通常采用局部关节穿刺注射法建立鸡的痛风性关节炎动物模型，将MSU晶体混悬液通过膝关节后侧韧带注入鸡的膝关节腔内，并适度活动该关节[27]。另外，在进行鸡的关节腔注射建模前，可对其进行饮食调整，如高钙和(或)高蛋白食物喂养，以诱导鸡体内尿酸水平的升高[28]。此方法在一定程度上模拟了痛风患者体内尿酸水平升高至痛风性关节炎形成的一系列过程，较符合痛风的临床病理生理特征。上述方法均可用于建立鸡痛风性关节炎动物模型，但由于难以控制动物品系，重复性较差，而且存在管理困难等问题，其应用受到限制。

2.2高尿酸血症动物模型 鸡的嘌呤代谢过程与人体相似，故可用于建立高尿酸血症动物模型，可选用的建模方法主要有高钙高蛋白食物喂养[29]。根据尿酸溶解性较差的特点，在高钙高蛋白食物喂养的同时限制其饮水量，以达到增加体内血尿酸水平的目的。此外，可通过喂食腺嘌呤混悬液[30]或酵母类[31]构建鹌鹑高尿酸血症模型，以增加体内嘌呤含量并提高尿酸水平，模拟人体尿酸代谢过程。真菌产物也可诱发高尿酸血症。在鸡饲料中可添加卵孢霉素[32]或赭曲霉素及丹宁酸[33]等，可促使鸡体内尿酸水平升高，并可使尿酸盐在心脏、肾脏等器官组织沉积。由于鸡与鹌鹑体内尿酸代谢过程与人相似，故采用上述方法构建模型的血尿酸水平在一定时间内处于较高水平，有利于相关研究的进行。

3 哺乳类动物

哺乳类动物体内尿酸代谢过程与人体存在一定差异。由于体内UOX的存在，嘌呤经过体内代谢后生成尿囊素后排出体外，故哺乳类动物一般不会发生自发性高尿酸血症及痛风性关节炎。兔是常用于建立急性痛风性关节炎模型的哺乳动物，主要有经典和改良两种建模方式。经典建模方式[34]：在麻醉后兔膝关节注射一定量的MSU晶体混悬液，建模后兔表现为膝关节肿胀、行动困难；实验室检查显示炎症介质及细胞因子水平的改变。该方法可模拟MSU晶体对刺激机体后产生的局部生理病理改变。改良建模方式[35]：麻醉后，手术取出兔大网膜，将MSU晶体用大网膜包裹并植入兔的膝关节，术后可见兔的关节改变，并可通过实验室检查验证相应炎症介质及细胞因子的改变。由于人体关节内痛风结节和痛风石主要以固体形式存在，经典方式建模时一般采用的是MSU晶体混悬液，不能准确模拟人体生理病理过程，故对经典模型进行了改良，改良建模方式克服了经典建模方式的不足，兔的膝关节中MSU晶体以固体形式存在，能够更好地模拟急性痛风性关节炎的反应过程，模型持续时间更长，有利于长效控制痛风药物的研究。将MSU晶体注入犬的关节后，成功诱发其急性关节炎，这是痛风研究史上的里程碑[36]。由于树鼩与人类关系密切，医学研究亦可使用这些小型哺乳动物作为替代动物模型。腹腔注射氧酸钾可引起树鼩急性高尿酸血症[37]，但树鼩是否可以用来模拟自发痛风还有待观察。颈静脉注射MSU晶体混悬液可引起猪的高尿酸血症，故可用于构建痛风模型，且该模型还验证了尿酸可通过肠道排出这一结论[38]。

4 灵长类

在哺乳类动物中，具有功能型尿酸氧化酶的物种占较高比例，而大型猿类、人类等部分灵长类物种的尿酸氧化酶基因在进化(基因突变等)过程成为假基因，不能表达功能型尿酸氧化酶，导致血清尿酸水平升高[39]。猴属于灵长类动物，且与人类基因具有高度相似性，理论上是研究人类疾病的理想实验动物。猕猴经含黄曲霉素饮食喂养后，可检测到炎症细胞周围的尿酸盐结晶[40]，提示可利用猴建立痛风动物模型，但使用非人灵长类动物建立疾病模型存在一定困难。首先，猴本身属于国家保护动物，使用成本很高；其次，猴主要来源于野生，难以做到精确品系控制；再次，目前对猴的生理及病理等的研究尚不深入，难以避免建立模型时的随机误差。

5 其他动物

其他动物也用于建立痛风模型。斑马鱼的繁殖周期短，与人类基因组具有同质性，故可用于人类疾病的建模，现已用于一些遗传变异和尿酸调节之间分子机制的研究，如使用氧酸钾和黄嘌呤钠盐处理幼鱼可产生斑马鱼高尿酸血症模型[41]，斑马鱼也可用于研究急性痛风性炎症[42]，但目前尚缺乏大规模研究，故难以对其进行准确评价。与人类一样，鸟类编码尿酸氧化酶的基因也不活跃。通过喂食富含嘌呤食物建立的高尿酸血症鸟类模型已经建立，包括红尾鹰[43]。但建立鸟类痛风模型存在一定困难，首先，鸟类难以达到规模化养殖，成本较高；其次，鸟类尿酸水平不稳定；最后，鸟类与人类的基本生物学信息存在差异，限制了该模型的广泛应用。骨骼证据表明，暴龙患有痛风，但不可能将其用于模拟痛风的研究[44]。

6 小 结

目前已发现多种动物的疾病与人类相似，并已实际用于人类疾病的研究。用于人类痛风研究并成功建立动物模型的动物包括大鼠、小鼠、鸡、鹌鹑、兔等。动物模型的建立有利于痛风发病机制、临床特点、药物治疗等的研究，但由于实验动物与人体存在异质性，各种模型均在某一个方面模拟痛风，但并不具有整体性，目前尚无能够完整模拟人体内尿酸升高导致高尿酸血症及痛风性关节炎的一系列过程的模型。理想的痛风模型应该同时具有高尿酸血症和痛风性关节炎两大特点，采用氧嗪酸钾腹腔注射和MSU晶体混悬液踝关节注射可建立高尿酸血症并急性痛风性关节炎的大鼠模型[45]。此外，可通过敲除基因建立动物模型，但此类模型动物的寿命一般较短，不利于较长时间的研究。目前建模标准的建立存在困难，由于动物与人类的差异，实际操作中尿酸水平的测定有一定难度，且难以准确界定动物高尿酸血症标准。虽然痛风动物模型的建立能够在一定程度上模拟人体的疾病过程，但目前建模成功率较低，动物死亡率偏高，相关问题仍需进一步研究。