支气管哮喘动物模型研究的文献分析与评价

任雪交,黄 巍,邱菲菲,陈晓晓,肖 湘,罗文婷,唐宋琪

(1.成都中医药大学,成都 611137;2.成都岐黄博恩生物科技有限公司,成都 611139;3.海南医学院,海口 571199)

支气管哮喘（bronchial asthma）简称哮喘，是由多种炎性细胞（如嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞等）和细胞组分参与的以气道慢性炎症为特征的异质性疾病，该病在各个年龄段均可发病。根据廖小刚等［1］对中国成人哮喘患病率的Meta分析结果可以看出，支气管哮喘高发于老年人群体［2］。支气管哮喘以临床症状和体征、可变性气流受限的客观指标为主要诊断标准［3］。

建立可靠的支气管哮喘动物模型是进一步探索不同形式支气管哮喘的发病机制与开发治疗药物的重要支撑。本文通过文献检索，汇集各种支气管哮喘动物模型，并对这些文献进行评价，以供研究者选择合适的动物模型。本文不仅从动物模型的类型与选择上进行综述，而且从多角度、多方面对支气管哮喘动物模型建立方法上进行全方位对比，并辅以图表展示，以期能让研究者快速地找到符合自己预期的造模方法。

1 文献纳入及筛选

以“动物模型”、“支气管哮喘”为中文主题词检索中国知网（CNKI）、万方医学网、维普期刊全文数据库，并以“animal model”、“bronchial asthma”为英文主题词检索PubMed、SCI数据库；各主题词之间均采用“and”运算法则，时间范围1999年1月至2021年2月。共检索到文献4 323篇，其中中文文献2 383篇，英文文献1 940篇。

文献纳入标准：（1）支气管哮喘动物模型建立的研究；（2）采用支气管哮喘动物模型进行的实验研究。排除标准：（1）内容不相关或关系不密切的研究；（2）文章数据不完整或缺失；（3）资料无法提取的文章。

对收集的文献进行整理分类，剔除重复文献，阅读摘要并精读全文。根据文献纳入及排除标准，最终筛选到质量较高的相关文献74篇［6-79］，其中中文文献53篇，英文文献21篇。本文即重点分析这74篇文献，综述支气管哮喘动物模型的建立方法。

2 支气管哮喘动物模型

支气管哮喘动物模型一般可分为慢性支气管哮喘模型与急性支气管哮喘模型。因支气管哮喘发病机制较复杂，但多会导致中性粒细胞、嗜酸性粒细胞等炎症相关细胞水平升高，所以也可将上述炎性细胞作为主要检测指标，建立中性粒细胞哮喘模型、嗜酸性粒细胞哮喘模型等各种模型。表1列出了不同支气管哮喘模型的建立方法及其使用动物。图1是纳入文献中所有支气管哮喘模型的造模方法汇总。

表1 不同支气管哮喘模型的建立方法及使用动物Table 1 Modeling methods for different types of bronchial asthma animal models

2.1 小鼠

小鼠具有遗传背景明确、品系多、生物学抗体多等特点，且小鼠支气管哮喘的发病机制中以IgE为主要抗体，与人体相似。但小鼠的气道平滑肌细胞不健全，对组胺应答较弱［4］。雌性小鼠气道炎性细胞浸润的程度比雄性小鼠严重，且其支气管肺泡灌洗液中炎性细胞数也较雄性多［5］，因此常选择雌性小鼠建模。在本次纳入研究的74篇文献中，共有36篇文献采用小鼠造模，且常选用BALB∕c小鼠。BALB∕c小鼠应用率达到72.2%，显著高于C57BL∕6小鼠（25%）与昆明系小鼠（2.8%）。

2.2 大鼠

大鼠同样具有遗传背景明确、生物学抗体多的优点，且同样以IgE为介导超敏反应的主要抗体。但大鼠多次接触过敏原，可能会存在脱敏现象，对组胺应答也较弱［4］。本次纳入的文献中，大鼠的应用略低于小鼠，共有25篇文献选用大鼠造模。其中SD大鼠的应用率为60%，显著高于Wistar大鼠（32%）、棕色挪威鼠（BN大鼠）（8%）。

2.3 豚鼠

豚鼠是最早使用的支气管哮喘模型动物，其气道解剖结构和对炎性介质的反应与人相似，广泛应用于迟发型、速发型哮喘。但豚鼠的生物学抗体少，且豚鼠哮喘以IgG为主要抗体，与人体过敏性哮喘的机制不符［4］。因此，豚鼠作为哮喘模型动物的应用率低于小鼠与大鼠，在本次文献研究中，仅有7篇文献选择豚鼠造模。

2.4 其他

不常用的动物有兔、马、羊、猫、犬和非人灵长类等动物，这些动物模型与人类哮喘发病模式更接近，但研究者们较少选用大型动物造模。

3 动物模型的选择与综合评价

理想的动物模型应该要结合研究者的目的，达到研究者预期的效果，所研究疾病在动物模型上的病理表现须与人类的临床病理相匹配，同时考虑造模周期、成功率、经济效应等因素。本文从动物模型与人体疾病的相似程度、造模难度、风险评估、经济性等几个方面对支气管哮喘动物模型的建立方法进行综合性评价，以供研究者们以更为直观的方式选择合适的动物模型。

3.1 动物模型与人体疾病的相似程度

3.1.1 病因

支气管哮喘是一种反复发作的变应性疾病。诱发支气管哮喘的病因有多种，接触变应原、长期服用β2受体阻断剂或非甾体消炎药物、上呼吸道感染、长期处于不良环境下均可能诱发哮喘。其中常见的变应原可分为三类：（1）吸入性变应原，如屋尘、尘螨、花粉、蟑螂、动物皮毛等；（2）易过敏性食物，如牛奶、鸡蛋、鱼虾、香料等；（3）病原体及毒素，如曲霉菌、枝孢菌、链格孢菌等［80］。对于动物模型的开发，采用与易感哮喘人群相同的致敏原，是构建理想的支气管哮喘动物模型的前提。

对纳入的文献进行回顾性评价可以看出，变应原提取物致敏依旧是动物模型开发的主体。构建支气管哮喘动物模型常用的抗原有：卵清蛋白、屋尘螨提取物、粉尘螨提取物、葎草花粉粗浸液、豚草、美洲大蠊粗浸液、德国小蠊粗浸液、呼吸道合胞病毒、孢子悬液、烟曲霉提取物、内毒素等。见图1。

图1 纳入文献的造模方法汇总Figure 1 Summary of modeling methods included in the literature

其中，以卵清蛋白应用最为广泛。卵清蛋白是蛋清中主要的蛋白质之一，它会诱发强烈的过敏性支气管炎症，可用于构建慢性、急性及其他特异性哮喘模型，常与佐剂（通常是氢氧化铝）联合使用。佐剂吸附卵清蛋白抗原后，可增加抗原表面积，使抗原易于被巨噬细胞吞噬。Shilovskiy等［63］认为，卵清蛋白与佐剂的联合使用不利于再现慢性哮喘模型中的一个主要特征即气道重塑，并且他们采用无佐剂的卵清蛋白成功构建了慢性哮喘模型。但也有文献报告，卵清蛋白与佐剂联合也可以成功构建具有气道重塑特征的慢性哮喘动物模型［18］。而佐剂与支气管哮喘的发生和临床发展均无关，且对实验动物具有刺激性，因此采用无佐剂卵清蛋白作为过敏原依旧是更好的选择。

其次以屋尘螨、粉尘螨、花粉等吸入性变应原应用较多，它们与过敏性哮喘的临床发生、发展相关性更大。特别是屋尘螨，它是世界范围内室内过敏原的主要来源。采用屋尘螨提取物诱导的哮喘小鼠动物模型，其发展与人类哮喘的自然发生与发展过程非常接近。李鸿佳［68］以每日25μg∕只屋尘螨溶液鼻内滴注BALB∕c小鼠，每周连续5 d，连续5周，成功构建了慢性支气管哮喘动物模型。Debeuf等［47］采用声带沉积屋尘螨溶液的方式致敏BALB∕c小鼠，并以鼻内滴注的方式激发，建立了急性支气管哮喘动物模型。

近年来，以吸入性变应原、病原体及毒素、环境变化致敏模型动物的方式建立哮喘动物模型的研究逐渐多了起来，增加了哮喘动物模型的全面性。周欣芸等［78］将BALB∕c小鼠置于相对湿度为（90±5）%的高湿环境与正常环境下，以无卵蛋白饲料交替饲养12 h，并通过卵清蛋白致敏和激发，即成功建立了高湿哮喘模型，该模型对研究高湿环境诱发或加剧哮喘的机制具有重要价值。总之，对于动物模型致敏方式，研究者们应基于所研究内容做出合适的选择。

3.1.2 病理或指标

支气管哮喘的临床表现为：反复发作的喘息、气急、胸闷或咳嗽等症状；常在夜间及凌晨发作或加重，同时伴有可变的基础气流受限和气道高反应性；随着病程的延长可导致气道结构的改变，即气道重塑［3］。

对于支气管哮喘动物模型的评价指标应有如下几个方面。（1）一般状态观察：记录实验动物的一般状态，确定实验动物是否产生支气管哮喘症状。（2）肺组织病理学检测：观察肺组织是否存在气道大量炎性细胞浸润、肺泡间隔增厚、支气管痉挛等病理表现。（3）肺功能检测：包括气道高反应、气道重塑。（4）炎性细胞水平或相关因子测定。

对上述文献进行回顾性评价时发现，共有43篇文献［6-9，11-14，16-20，27-29，33-35，37-38，40-43，45-50，52-54，58，61，63，69-73，75］缺少实验动物的一般状态观察记录；12篇文献［7，9，11，20，23，29，35，37，40，67，71，79］缺少肺组织病理学检测，其中自发性哮喘模型［79］虽无肺组织病理学检测，但其体征、哮喘症状与病理反应均更接近临床；40篇文献［6，10，13，15，21-26，28-32，34-35，42，44，46-57，60-62，64-65，67，69，76，78］缺少肺功能检测（监测模型动物气道高反应症状）；8篇文献缺少炎性细胞水平或相关因子测定［18，20-21，28，32，36，49，66］；仅有5篇文献对以上指标均进行了记录及检测［39，59，68，74，77］。表2列出了这5篇文献中所采用的造模方法、评价指标等具体信息。

3.2 支气管哮喘动物模型的造模难度

本文以病种为类别对上述标明病种的文献的造模时间进行分类评价，而未标明病种的文献统一评价。

急性支气管哮喘动物模型：DAUBEUF等［9］用8 d时间即成功构建了急性哮喘模型，以该方法造模可极大减少造模时间，降低造模难度，并提高经济效益。

慢性支气管哮喘动物模型：慢性哮喘造模时间普遍偏长，最短为一个月左右［18，74-75］，时间长的可达2～3个月［61-62，64-66］。考虑到慢性支气管哮喘的治愈周期长，病情容易反复，因此采用更长的造模时间可能更符合支气管哮喘的临床疾病发展。

支气管哮喘动物模型（未标明病种）：小鼠、大鼠、豚鼠等小型模型动物的常规哮喘动物模型的建立时间为半个月到一个月。而兔、羊、猫、犬、猴等大型模型动物的造模时间明显长于小型模型动物，VAN等［73］以食蟹猴构建支气管哮喘模型需6～8个月的造模时间；NORRIS［72］等以猫为模型动物构建支气管哮喘模型需1年以上的造模时间。因此选用大型动物造模的难度明显高于小型动物。

此外，纳入的文献中，只有2篇文献［66-67］报告了存在过敏致死的现象。

3.3 经济性

小鼠是实验动物中品种和品系最多的动物，也是最常用的支气管哮喘模型动物。而大鼠价格低廉、对外在环境适应性强、抗病性高，同样也常被应用于哮喘动物模型的造模。豚鼠是最早使用的支气管哮喘模型动物，造模选用的豚鼠对品系一般无特殊要求。这3种小型动物都具有经济适用性高的特点，是被广泛使用的模型动物。

兔、羊、猫、犬、马、猴等大型动物，具有与人类哮喘发病模式更接近的特点，但经济适用性比小鼠、大鼠、豚鼠低。其中自发性哮喘的马以静息呼吸频率、腹部呼吸、肺听诊及呼吸道中性粒细胞水平、动脉血气水平、哮喘临床特征等为模型评价指标［79］。因为不用对哮喘马匹进行处死即可对模型进行评价，这明显提高了该模型的经济适用性，但自发性哮喘马的价格还是较普通哮喘模型动物高。

另外，与尘螨、蟑螂、花粉等吸入性变应原提取物相比，卵清蛋白具有更高的经济性，这也是其能被广泛使用的重要原因。

综上所述，回顾所有纳入评价的文献，只有5篇文献［39，59，68，74，77］对所造动物模型进行了全面的指标评价（表2）。其中有3篇文献［39，59，74］采用了Al（OH）3或弗氏完全佐剂吸附卵清蛋白抗原；而从病因的角度来看，佐剂与支气管哮喘的发生和发展均无关，因此其模型与人体疾病的相似程度低于无佐剂模型［68，77］。

表2 记录及检测了全部4个评价指标的文献所采用的造模方法Table 2 Modeling methods used in the literature that involve the recording and testing of four evaluation indicators

[作者贡献]

任雪交：讨论并确定文章框架，查找及筛选文献，初稿撰写及修改；

陈晓晓、肖湘、罗文婷：讨论并确定文章框架，查找与筛选文献，参与文稿修订；

黄巍、邱菲菲、唐宋琪：共同讨论并确定文章框架，审核初稿并给出修改意见。

[利益声明]所有作者均声明本文不存在利益冲突。