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專業(yè): 實驗動物學

[交流] 動物模型 | 潰瘍性結腸炎動物模型的構建

潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）是一種病因不明，波及結腸與直腸的慢性、特發(fā)性炎性腸病。據(jù)世界胃腸病學組織描述，UC在30～70歲人群中發(fā)病率基本穩(wěn)定，性別間發(fā)病率也基本持平。但從整體人群而言，該病在世界范圍內發(fā)病率正在不斷上升，在我國等新興工業(yè)化國家和地區(qū)這一表現(xiàn)更為顯著。所以，需要構建合適的動物模型進行疾病的機制研究。

動物的選擇

主要選擇嚙齒類動物，其中大鼠、小鼠是主要的實驗動物。大鼠的常用品種是SD大鼠與Wistar大鼠。

造模方法

UC的主要特征表現(xiàn)為結腸及直腸長期反復發(fā)作的慢性炎性反應，其發(fā)病機制與機體免疫系統(tǒng)的紊亂和異常的免疫反應密切相關。因此，通過藥物對動物腸道產(chǎn)生一定的化學刺激或直接損傷，模擬腸道局部的炎性反應損傷，是目前UC動物模型最常用的造模方法。

一、化學藥物、異體抗原或二者聯(lián)合使用

化學藥物誘導是最經(jīng)典且最為常用的UC動物模型建立方法�？捎糜谡T導動物UC的化學藥物種類較多。葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate，DSS）、2，4，6-三硝基苯磺酸（2，4，6-trinitro-benzenesulfonic acid，TNBS）、噁唑酮（oxazolone，OXA）以及乙酸是最為常用的化學誘導藥物。

1、DSS 誘導的動物模型具有造模方法簡單的特點，只需將一定濃度的DSS溶液予以動物自由飲用便可成功誘發(fā)動物結腸炎性反應，DSS可破壞動物結腸上皮細胞，損害上皮屏障功能，使腸腔中炎性物質入侵固有層及黏膜下層，以誘發(fā)動物異常的免疫反應。但DSS所誘導的動物結腸炎性反應多為急性表現(xiàn)，炎性反應在停藥8～9d后便可恢復，這可能對開展常規(guī)研究造成一定的局限性。

而在DSS長期給藥后，動物又可能出現(xiàn)結腸上皮萎縮，增加癌癥的發(fā)生率，因此其慢性給藥誘發(fā)的動物模型更適用于UC相關性結直腸癌的評價和研究。

2、TNBS作為一種半抗原，在給藥時往往需要同一定濃度的乙醇溶液相混合，再通過灌腸給藥。乙醇可直接對動物黏膜屏障造成破壞，而TNBS通過與大分子物質結合形成全抗原誘導免疫反應，導致促炎細胞因子釋放，誘發(fā)局部炎性反應。在TNBS和乙醇的共同作用下，動物結腸炎性反應由急性炎性反應向慢性炎性反應轉變，更接近于人類UC的臨床表現(xiàn)。

3、OXA與TNBS同為半抗原藥物，同樣需與乙醇聯(lián)用。但與TNBS不同，OXA可誘發(fā)動物Th2細胞介導的免疫反應，這與人類UC發(fā)病機制更加接近。但在造模時動物的高死亡率及病變明顯的自限性導致其并未成為最廣泛使用的造模藥物。

4、乙酸所誘導的動物模型雖然具有操作簡單、成本低廉等優(yōu)勢，但其誘發(fā)的動物結腸炎性反應與單純性結腸急性炎性反應更相似，因此乙酸在對人類UC發(fā)病機制、潛力藥物機制評估等方面研究并不具備優(yōu)勢。

二、基因敲除

隨著基因工程技術的深入研究與發(fā)展，基因敲除或轉基因誘導已成為一類重要的 UC 動物模型建立方法。黏蛋白2（mucin 2，Muc2）由杯狀細胞分泌，是產(chǎn)生黏液、構成上皮屏障的重要蛋白。通過將Muc2基因敲除，導致上皮屏障缺陷，可成功誘發(fā)小鼠自發(fā)性結腸炎。腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）是經(jīng)典的促炎細胞因子，其缺失可能導致小鼠白細胞介素（interleukin，IL）-1β 大量增加，再加之Muc2缺失誘發(fā)小鼠上皮屏障受損，可以自發(fā)誘導實驗性結腸炎。

IL-10本身是一個重要的抗炎細胞因子，而小鼠IL-10基因缺失可以引起IL-10抗炎作用喪失，進一步導致結腸單核吞噬細胞介導的免疫反應，由此引發(fā)結腸炎。此外，IL-10除了作為抗炎細胞因子，還可抑制內質網(wǎng)應激，促進腸道黏液產(chǎn)生。尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 1，Nox1）可調控結腸杯狀細胞及吸收細胞間平衡，且Nox1表達水平與腸道黏液厚度呈正相關。對小鼠IL-10和Nox1基因雙敲除則可使小鼠出現(xiàn)與人類UC相類似的炎性反應和組織學表現(xiàn)。小鼠多藥耐藥基因1a（multidrug resistance gene 1a， MDR1a）表達與UC密切相關。MDR1a缺失會導致上皮屏障缺陷，進一步引起腸道微生物群相關產(chǎn)物積累，從而誘發(fā)T細胞亢進并識別抗原，產(chǎn)生免疫反應。

上述研究與UC發(fā)病密切相關的蛋白、因子或相關通路介質為靶點，將實驗動物目標基因進行敲除，以誘導動物自發(fā)出現(xiàn)結腸炎性反應，因此基因敲除的動物模型適用于對關鍵基因導致發(fā)病機制的研究。

評價指標

采用疾病活動指數(shù)（disease activity index，DAI）評分、組織病理學改變及組織病理學評分，以及結腸組織肉眼評分等指標進行判斷。

1、DAI評分以實驗動物的體質量、大便性狀改變及隱血作為指標，在造模前后不同時間段進行評估，最終通過評分改變以判斷造模是否成功，這是在 UC動物模型建立中最常用的評價指標。組織病理學改變及評分是將動物結腸組織經(jīng)HE染色后，光學顯微鏡下觀察結腸結構破壞、炎性細胞浸潤等情況并進行綜合評分，從而評估造模效果。這也是評價模型是否建立成功較常用的一項指標。

2、組織病理學改變及評分是將動物結腸組織經(jīng)HE染色后，光學顯微鏡下觀察結腸結構破壞、炎性細胞浸潤等情況并進行綜合評分，從而評估造模效果。這也是評價模型是否建立成功較常用的一項指標。

3、此外，結腸組織肉眼評分、結腸組織大體形態(tài)損傷評分則是通過對實驗動物結腸組織肉眼觀察，以結腸粘連、局部水腫、潰瘍形成及病變范圍等為標準進行評估。

總結

當下UC動物模型仍然存在許多不足，仍然缺乏與人類UC具有高度模擬性的動物模型，而且動物模型評價系統(tǒng)也尚未完善。操作性強、造模成本低、模擬程度高且評價系統(tǒng)完善的動物模型可能成為揭示UC發(fā)病機制、探索高效治療策略的關鍵工具。因此，在UC的進一步研究中，理想動物模型的探索仍需不斷深入。

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1樓 2023-08-07 16:37:08

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