肾纤维化研究中两种最经典和常用的动物模型:单侧输尿管梗阻(UUO)模型和叶酸(FA)注射模型。这两种模型通过不同的机制诱导肾纤维化,各有其优缺点和适用场景,是研究肾纤维化发病机制和药物干预效果的强大工具。
1. 单侧输尿管梗阻 (UUO) 模型
这是应用最广泛的肾纤维化模型,主要通过手术方式实现。
建模机制
通过外科手术将小鼠或大鼠的一侧输尿管完全结扎,造成该侧肾脏的尿液流出道梗阻。
机械压力和缺氧:梗阻导致肾盂内压力急剧升高,压迫肾小管和周围毛细血管。
肾小管损伤:高压直接导致肾小管上皮细胞损伤、凋亡和坏死。
炎症反应:损伤的细胞释放大量炎症因子和趋化因子(如TGF-β1, MCP-1, TNF-α),招募巨噬细胞、淋巴细胞等炎症细胞浸润。
肌成纤维细胞活化与ECM沉积:间质中的成纤维细胞被激活分化为肌成纤维细胞(主要来源),同时上皮细胞可通过上皮-间质转化(EMT)参与其中。这些活化的细胞大量合成和分泌胶原蛋白等细胞外基质(ECM),最终导致不可逆的间质纤维化。
上三分之一结扎,下三分之一结扎,中间用剪刀剪断,结扎时间14天可取材优点
高度可重复性:手术成功与否直接决定模型成败,操作标准化后,模型成功率极高,个体差异小。
病变快速且严重:纤维化进程非常迅速。通常在手术后7-14天即可形成非常显著的肾间质纤维化,适合短期药效学研究。
内在对照:对侧肾脏未做处理,可作为完美的内部对照(假手术组通常只分离不结扎输尿管)。
机制研究明确:病理生理过程清晰,是研究梗阻性肾病和纤维化核心信号通路(如TGF-β/Smad)的“金标准”模型。
缺点
非生理性:这是一种急性、严重的机械损伤模型,与人类常见的慢性进行性肾病(如糖尿病肾病、高血压肾损害)的起病方式不同。
不适用于长期研究:由于梗阻侧肾功能迅速丧失,且可能因严重肾积水导致动物出现全身并发症,不适合进行长期的慢性病程观察。
需要外科手术技巧:对操作者的外科技术有一定要求,手术创伤本身也是一个应激因素。
主要应用
2. 叶酸 (Folic Acid, FA) 注射模型
这是一种通过化学药物诱导的模型,模拟了肾小管损伤后的修复性纤维化过程。
建模机制
给小鼠或大鼠一次性大剂量腹腔注射或皮下注射叶酸(通常溶解在碳酸氢钠溶液中)。【剂量:280mg/kg,28天可取材】【注意不要使用DMSO溶解】
晶体沉积与直接肾毒性:叶酸在肾小管腔酸性环境中溶解度降低,形成结晶,直接堵塞肾小管并损伤肾小管上皮细胞。
急性肾损伤(AKI):导致急性肾小管坏死,表现为血肌酐和尿素氮急剧升高。
不完全修复与纤维化:肾脏具有强大的修复能力,但如果损伤过于严重或持续存在,修复过程会失调。活化的成纤维细胞和炎症细胞导致过度的ECM沉积,在损伤后2-4周逐渐形成慢性纤维化瘢痕。
优点
模拟AKI向CKD转变:这是该模型最大的优势。它完整地再现了急性损伤后修复不良导致慢性纤维化的过程,与临床上由缺血、中毒等因素导致的急性肾损伤后继发慢性肾脏病(CKD)的情景非常相似。
操作简单:无需复杂手术,仅需一次注射,技术门槛低。
双侧肾脏受累:模型会导致双侧肾脏同时出现病变,更适合研究全身性用药对整体肾功能的影响。
缺点
变异性较大:模型成功率受动物品系、年龄、体重和叶酸批次的影响较大,个体差异比UUO模型更明显。
有自我恢复趋势:动物肾脏具有较强的再生能力,在注射后早期可能会出现一定程度的自我修复,纤维化程度可能不如UUO模型稳定和严重。
急性期死亡率:大剂量叶酸注射可能导致严重的急性肾衰竭,引起动物死亡,需要注意剂量控制和支持治疗。
主要应用
研究急性肾损伤向慢性肾脏病转化的机制。
研究肾小管损伤后修复与再生的调控机制。
评估药物在延缓CKD进展方面的长期疗效。
如何选择模型?
在许多高水平研究中,科学家会同时使用这两种模型来相互验证结论的普适性,从而证明其发现的机制或治疗方法不仅在急性梗阻模型中有效,在毒性损伤导致的慢性化模型中也同样有效,这极大地增强了结论的说服力。