基于数据挖掘的青光眼动物模型的应用特点分析

袁晞钒付琼怡苗明三

(1. 河南中医药大学中医药科学院,郑州 450046;2. 河南中医药大学,郑州 450046)

青光眼是一种视神经头改变、视网膜神经节细胞(retinal ganglion fine the cell,RGC)逐渐死亡、视野丧失的进行性神经病变。 眼压升高是主要的危险因素[1]。 青光眼是一种发病原因复杂的高致盲性眼病。 全球40 ~ 80 岁人群中青光眼患病率为3.5%,随着老年人在人口中的数量和比例不断增加,预计到2040 年将有1.118 亿人患有青光眼[2]。目前,青光眼尚无根治方法,所有的治疗方法都以降低眼压(intraocular pressure, IOP)为目标[3]。 降低眼压是该病目前唯一可行的治疗方法[4]。 西医对青光眼的发病机制尚未明确,中医将其归属为“五风内障”的范畴,认为该病发病与情志等多因素相关[5]。 青光眼致盲给患者带来了巨大的疾病负担和经济负担。 因此研究有效的治疗方法和药物至关重要,而理想的动物模型是进一步研究青光眼的重要工具。 本文通过对青光眼动物模型进行归纳总结分析,为青光眼动物模型的完善提供思路,以便能更好地应用于后续的研究中。

1 资料与方法

1.1 数据来源

在中国知网、PubMed 中以“青光眼” “动物模型”为主题词进行检索,锁定检索年限2012 年11 月1日~2022 年11 月2 日的期刊文献建立数据库,共检索出1088 篇文献。

1.2 纳入标准

选择“青光眼”动物模型应用研究相关的实验性文献,筛选造模方法完整及实验过程清晰的文章,最终筛选得到符合标准的400 篇文献。

1.3 排除标准

排除造模方法不全;会议、报纸、硕博士学位论文、综述等文献及青光眼相关体外实验。

1.4 数据规范

实验动物名称、种类等均参照《实验动物和动物实验技术》[6]进行规范总结。

1.5 数据处理及分析

将纳入标准的400 篇文献的实验动物种类、性别、造模方法、检测指标等数据录入Excel 表,建立青光眼动物模型数据库。 使用Excel 2019 进行统计学处理与分析。

2 结果

2.1 青光眼模型动物种系应用情况

将涉及青光眼动物模型的400 篇文献中的实验动物进行分类,总频次为400。 总共24 类动物,最多的为C57BL/6J 小鼠(86 次;21.50%)、SD 大鼠(58 次;14.50%)、DBA/2J 小鼠(49 次;12.25%),具体见图1。

图1 青光眼动物模型实验动物种类及频次Figure 1 Species and frequency of experimental animals in animal model of glauco

本研究中,通过统计得到青光眼造模动物主要为鼠类。 主要原因是:啮齿类动物的眼睛和人类的眼睛有许多重要的生物学相似性[7]。 其中小鼠占比较高。 研究表明C57BL/6J 小鼠的视网膜更易损伤,视网膜厚度减少,血管损伤更严重[8]。 DBA/2J小鼠青光眼模型是一种近交系,随着年龄的增长逐渐发展为青光眼样异常。 在前房,小鼠出现一种色素分散综合征,其主要作用是炎症反应,导致眼压升高。 DBA/2J 小鼠有两种不同的表型:虹膜色素分散(可能与DBA/2J 眼睛的免疫功能障碍有关)和虹膜色素转移(可能与虹膜色素转移有关)[9]。

2.2 青光眼模型动物性别分布情况

将400 篇文献中所涉及的实验动物性别进行分类规范,统计得出模型动物性别分布,有38 例未对动物性别做出标记,明确标明性别的雄性动物150 例、占37.50%;雌雄各半动物90 例、占22.50%;雌性动物67 例、占16.75%;雌雄不限动物55 例、占13.75%。 上述结果显示,动物性别以雄性居多,Ha 等[10]研究发现雄激素睾酮可能与青光眼的发病机制有关。

2.3 青光眼模型造模方法

统计400 篇文献中使用的青光眼模型造模方法,共有12 种造模方法。 前房注射物质诱导型(127次;31.75%),转基因型(104 次;26.00%)、激光光凝诱导型(56 次;14.00%)最多。 前房注射物质诱导型以微球注射前房(90 次;22.50%)、水凝胶注射(25 次;6.25%)较多;激光光凝诱导型以氩激光光凝小梁网(30 次;7.50%)、二极管激光光凝角巩膜缘和上巩膜静脉(18 次;4.50%)较多。 详细造模情况见表1。

表1 青光眼动物模型造模方法及频次Table 1 Method and frequency of animal model of glaucoma

从造模方法选择方面,前房注射物质诱导型为使用最多的方法,其中以微球注射前房最多,其次为转基因型、激光光凝诱导型。 眼压升高是青光眼的主要危险因素,因此开发和使用眼压升高的动物模型进行青光眼研究是有意义的。 在前房注入聚苯乙烯微珠(微球),是导致眼压升高、房水流出的主要物理阻塞[28]。 DBA/2J 小鼠和其他转基因模型与人类青光眼有许多相似之处,不同个体眼压升高、视网膜和视神经损伤的反应较为一致,个体差异较小。 而且转基因动物有助于识别各基因之间的相互作用[29]。 激光光凝诱导型以与氩激光光凝小梁网、二极管激光光凝角巩膜缘和上巩膜静脉较多。 相比氩激光,二极管激光产生更深更大的斑尺寸病变,导致小梁网损伤更大,眼压升高明显[30]。巩膜上静脉高渗盐水是以硬化小梁网,增加房水流出阻力,从而达到升高眼压的作用,但是此方法操作难度大,眼压升高不稳定,需要重复注射[31]。 巩膜上静脉烙闭诱导型比激光光凝法侵入性更小,且不会引起前房并发症。 由于具有的其有效性和可及性,实验性青光眼的大多数结构和功能研究都使用了这种方法。 该模型中的眼压升高被认为涉及到流出阻力增加[32]。 环角巩膜缘缝合是一种简单、微创、经济有效的造模方法,可诱导大鼠和小鼠的眼压升高,损伤神经节细胞[33]。 前房穿刺法与植管法均能成功建立大鼠青光眼滤过手术动物模型,且植管法更有利于观察滤过泡形态及瘢痕形成情况,也可用于青光眼术后抗瘢痕相关研究[34]。 视神经损伤模型是引起RGCs 凋亡的青光眼研究常用的动物模型。 它可以在模拟视神经损伤的病理变化的同时,不影响视网膜动脉、静脉功能和血液供应[35]。类固醇诱导的高眼压青光眼动物模型价格低廉且无创,但是与人类解剖学有差异[36]。 各种自发性青光眼模型前后已经在不同的动物物种中被描述过。这些动物物种包括兔子、狗、猴子、小鼠、大鼠和猫。被研究的这些模型为青光眼的病理生理学提供了有价值的信息[37]。

2.4 青光眼动物模型检测指标

统计纳入标准的400 篇文献中青光眼动物模型的检测指标,若检测指标为同一个组织的多个同类型指标,则归为一类,不再分开统计,如血清中同时检测CRP、PCT、IL-1 和IL-6 水平等,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,400 篇实验文献涵盖种不同的指标类型,累计频数818 次。 其中检测较多的指标为眼压测量、组织病理(视网膜、视神经、眼球、房角)、蛋白质印迹分析(视网膜、眼睛、视网膜神经节、β-肌动蛋白、免疫球蛋白G、RhoA、ROCK、Caspase-3)、免疫组化(视网膜、视网膜视神经节、视神经、眼睛、脑、纤连蛋白、α 平滑肌肌动蛋白)、RGCs 计数、实时荧光定量、视网膜电图、光学相干断层扫描CT(眼睛、视网膜)等。 检测指标分类使用频率(每种频率通过四舍五入,保留小数点后两位),见表2。

表2 模型检测指标及使用频率Table 2 Model detection indicators and usage frequency

高频的青光眼动物模型检测指标为眼压测量占22.49%,组织病理检查占12.59%,蛋白免疫印迹法检查占12.22%,免疫组化检查占11.98%,RGCs 计数占9.41%、实时荧光定量占7.70%、视网膜电图占4.77%,是评价青光眼动物模型成功的重要指标。 在临床治疗中,眼压测量和视网膜形态是患者疾病发展和转归的重要参考依据,因此在未来的动物模型应用中,建议将眼压测量和视网膜形态改变作为重要指标考察,并参照临床检测标准制定符合青光眼动物模型的检测指标。

3 模型成功标准

目前,西医对于青光眼动物模型评价指标以病理指标、表观指标为主,经过对近10 年青光眼动物实验统计分析拟定青光眼动物模型制备成功判断标准。 具体见表3。

表3 青光眼动物模型成功判断标准Table 3 Criteria for successful judgment of animal models of glaucoma

4 讨论

青光眼是一种视神经病变,包括一系列神经退行性疾病,最终由于RGC 功能障碍和退行性病变导致不可逆失明。 青光眼属于中医“五风内障”的范畴,其代表不同的青光类型,绿风内障相当于原发性闭角型青光眼(primary angle-closure glaucoma,PACG),而青风内障类似于原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma, POAG)[38]。 本病的发生与脏腑、气、血、津液紊乱密切相关[39]。 目前青光眼的临床护理标准是通过药物或手术方法降低IOP 治疗;然而,即使IOP 得到充分控制,眼压降低也不足以阻止患者的进行性视野丧失[40]。 因此,迫切需要开发更安全有效的青光眼治疗方法[41]。 青光眼的新治疗策略需要开发功能性的、可重复的、易于使用的、低成本的动物模型用于临床前研究。此外,这些模型应该模拟人类青光眼过程中出现的情况[42]。 因此需要进一步的实验动物研究,为治疗药物筛选奠定基础。

综上所述,根据统计结果显示,目前研究者们较多选择的实验动物为C57BL/6J 小鼠,性别多为雄性,造模方法以前房注射物质诱导型、转基因型、激光光凝诱导型最多。 相关模型指标:检测眼压测量、组织病理、蛋白免疫印迹、免疫组化最多。 青光眼动物模型发病机制复杂,目前研究结果表明青光眼发病过程中涉及3 个功能类:线粒体、应激和核蛋白,表明在视网膜神经退行性过程中能量代谢、应激反应和基因表达改变的损伤[43]。 因此可以考虑从以上方面进行青光眼动物模型研究。 理想的青光眼动物模型应能模拟人类青光眼的形态学、病理生理学及生化指标,具有类似的生物学机制,对其治疗药物有类似的药效反应,而以上模型尚不能达到此要求。 但从解剖结构、生理功能及病理特点考虑,与西医青光眼定义与诊断存在较好的吻合度。目前中医病证结合的青光眼动物模型尚无统一标准,建议未来增加相关方面研究,更加有利于建立符合青光眼临床研究特点的实验动物模型与评估标准,将会有力推进中西医结合治疗青光眼的发展趋势[44]。