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联合5/6肾切除术、高盐饮食及一氧化氮合酶抑制在Lewis大鼠中诱导慢性肾脏病

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DOI：

10.3791/50398

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2013年7月3日

 ,  ,  , 
1Department of Nephrology & Hypertension, University Medical Center Utrecht

本文内容

摘要

介绍了一种通过手术切除Lewis大鼠5/6肾质量来建立慢性肾脏病（CKD）的两阶段方法。结合手术操作、一氧化氮合酶（NOS）抑制和高盐饮食，可建立模拟人类慢性肾脏病的动物模型，用于研究其致病机制并开发新的治疗干预手段。

摘要

慢性肾病（CKD）是一个全球性问题，延缓CKD的进展是重要的公共卫生优先事项。由于CKD以复杂的内环境稳态紊乱为特征，因此需要整合性的动物模型来研究其发生和发展。为了研究CKD的发生机制以及CKD中新型治疗干预措施，我们采用5/6肾切除消融模型，这是一种广为人知的进行性肾病实验模型，其在多个方面模拟了人类CKD的表现。肾脏质量的显著减少导致进行性肾小球和肾小管间质损伤、残余肾单位的丧失以及全身性和肾小球性高血压的发展。该模型还伴随肾内毛细血管进行性丢失、炎症反应及肾小球硬化。CKD的风险因素无一例外地影响内皮功能。为了模拟这一情况，我们将5/6肾质量切除与一氧化氮（NO）耗竭及高盐饮食相结合。动物到达实验室并经过适应期后，开始在饮水中添加NO合酶抑制剂（NG-硝基-L-精氨酸）（L-NNA，20 mg/L），持续4周，随后进行右侧单侧肾切除术。一周后，对左侧肾脏实施次全肾切除术（SNX）。SNX术后，动物恢复两天，然后继续在饮水中给予L-NNA（20 mg/L）达4周。在整个实验期间持续给予高盐饮食（6%），添加于粉碎饲料中（见时间线图1）。通过定期检测血浆尿素、收缩压和蛋白尿来监测肾功能衰竭的进展。在SNX术后六周时，已发展出肾功能衰竭。采用“金标准”的菊粉和对氨基马尿酸（PAH）清除率技术测定肾功能。该CKD模型表现为肾小球滤过率（GFR）和有效肾血浆流量（ERPF）降低、高血压（收缩压>150 mmHg）、蛋白尿（>50 mg/24 hr）以及轻度尿毒症（>10 mM）。组织学特征包括由炎症、肾小管萎缩和纤维化所反映的肾小管间质损伤，以及局灶性肾小球硬化，导致残余肾单位中健康肾小球数量大幅减少（<10%）。随访至SNX术后12周显示CKD进一步进展。

引言

由于其渐进性发展、导致终末期肾病以及相关的心血管疾病发病率和死亡率，慢性肾病（CKD）正成为日益严重的公共卫生问题1因此，延缓慢性肾病（CKD）的进展是一项重要的健康优先事项。由于CKD的特征是体内稳态的复杂紊乱，因此需要整合型动物模型来研究CKD的发生和发展。肾脏由多种不同类型的细胞组成，这些细胞之间相互作用。这种复杂性无法被模拟 体外.

为了研究慢性肾病（CKD）中的新型治疗干预措施，我们采用五分之六肾切除消融模型，这是一种广为人知的进行性肾病实验模型，可模拟人类CKD的多个方面。2,3肾脏质量的显著减少导致肾小球和肾小管间质损伤进行性加重、残余肾单位丢失以及全身性和肾小球内高血压的发展。该过程伴随肾内毛细血管进行性减少。4、炎症和肾小球硬化。慢性肾脏病的风险因素 invariably 影响内皮功能5我们采用了一种对慢性肾病（CKD）发展相对具有抵抗性的大鼠品系（Lewis），因此结合了切除5/6肾质量与一氧化氮（NO）耗竭的方法6, 7, 8 高盐饮食9动物到达并适应环境后，通过饮水补充一氧化氮合酶抑制剂（L-NNA，20 mg/L），持续4周，随后进行右侧单侧肾切除术（UNX），并在术后两天继续给予L-NNA。一周后，行次全肾切除术（SNX）。 即 左侧进行三分之二肾组织切除术。单侧肾切除（SNX）术后，动物恢复2天，随后在饮水中加入20 mg/L LNNA，持续4周。同时给予高盐饮食（6%），添加于粉碎饲料中（见时间线） 图1），在整个实验过程中持续进行。选择在右侧进行单侧肾切除术（UNX），而在左侧进行部分肾切除术（SNX），是因为左侧肾血管较长，当肾脏暴露于体外时，更易于操作且无需过度牵拉血管。文献中描述的模型中，有先切除左侧肾脏的上下极，随后在一周后进行右侧肾脏的单侧肾切除术（UNX）的方法。10,11,12在我们实验室中，该模型表现出更快的肾功能衰竭发展速度，但肾功能下降的个体差异也更为显著。通过定期检测血浆尿素、收缩压和蛋白尿来监测肾功能衰竭的进展。在单侧肾切除（SNX）后六周，肾功能衰竭已形成，其特征是肾小球滤过率显著降低（69%）和有效肾血浆流量明显减少（62%）。13 高血压（收缩压）>150 mmHg）、蛋白尿（> 50 mg/24 hr）和轻度尿毒症（>10 mM）。组织学特征包括由炎症、肾小管萎缩和纤维化所反映的肾小管间质损伤，以及局灶性节段性肾小球硬化，导致残余肾组织中健康肾小球数量显著减少（<10%）。SNX后随访至12周显示CKD进一步进展，为评估治疗干预提供了时间窗口。

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方案

所有实验均按照乌得勒支实验动物委员会的动物实验伦理指南进行。本方案在作者所在机构的动物护理与使用委员会的指导和批准下实施。

在8周龄的雄性近交系Lewis大鼠（Charles River，德国Sulzfeld）中诱导慢性肾病（CKD）。大鼠饲养在光照、温度和湿度受控的标准环境中。

1. 手术准备

  1. 对以下外科手术器械进行灭菌：
    • 1 把学生用组织镊，1-2 齿，12 cm
    • 1 把学生用标准型镊子
    • 2 把Semken镊
    • 1 把Mayo剪刀
    • 1 把学生用虹膜剪刀
    • 1 把Olsen-Hegar持针钳（带剪刀）
    • 毯子
  2. 核对物品清单：
    • 带加热垫和照明灯的手术台
    • O2、异氟烷
    • 纱布巾
    • 剃毛器
    • 电子天平
    • 无菌手术包
    • 无菌纱布 5x5 和 10x10
    • 70% 酒精
    • 0.9% NaCl 溶液
    • 1 ml 注射器
    • 针头（25G）
    • 明胶海绵片：Spongostan
    • 薇乔线 4.0 和 5.0
    • 丁丙诺啡 0.03 mg/kg（用生理盐水 1:10 稀释）
    • 术后大鼠用清洁笼具

2. 右侧单侧肾切除术

  1. 用70%酒精对桌面进行消毒。
  2. 将大鼠放入诱导箱中，使用4%异氟烷和1升/分钟的氧气流量诱导麻醉2注意：根据所使用的大鼠品系，需开具术前和围手术期镇痛药物，具体方案需与当地兽医讨论确定。
  3. 将大鼠转移至操作台，将其鼻子放入鼻罩中。大鼠及鼻罩置于加热垫上，以维持大鼠体温。使用含2%异氟烷与1升/分钟氧气的混合气体对大鼠进行通气2.
  4. 剃除大鼠侧腹部毛发，并用酒精消毒。洗手并进行手部消毒，佩戴无菌外科手套。佩戴头帽和口罩。使用解剖镊和钝头剪刀沿肋骨方向做1-1.5 cm切口。通过钝性分离背部肌肉暴露肾脏。
  5. 肾脏下极可见，使用小型钝头镊子小心夹住肾周脂肪组织。通过镊子轻柔牵拉肾周脂肪，将肾脏外置。操作过程中注意不要干扰肾上腺。如图所示，将镊子置于脂肪组织内侧位置，在肾上腺与肾脏之间轻轻向上移动，即可轻松移除肾上腺。 图2.
  6. 将肾脏轻柔地置于纱布上，清除周围的脂肪和结缔组织。辨认肾动脉和肾静脉，并用5.0 Vicryl缝线在血管周围打一个单结结扎，但暂不收紧结扎。
  7. 将松结沿血管向主动脉方向小心移动约0.5 cm，以在肾脏与结扎线之间留出空间。此操作旨在防止剪断后结扎线滑脱。
  8. 用两个双结打结。如果灌注停止，肾脏颜色会立即变为棕色。不要剪断结扎线的末端。
  9. 紧贴肾脏切断肾血管并摘除肾脏。轻轻牵拉结扎线的长端，检查肾血管是否有出血。结扎线应牢固保留在血管上。剪除结扎线的长端。注意，残留的肾血管会立即回缩至腹腔内。
  10. 将切除的肾脏 blot 干燥后称重。
  11. 用Vicryl 5.0缝线连续缝合骨骼肌切口。在后肢肌肉内注射0.10 ml（0.03 mg/kg）布托啡诺。使用Vicryl 4.0缝线行皮内缝合关闭皮肤，以防止大鼠抓挠导致伤口裂开。注意：由于Lewis大鼠存在呼吸抑制风险，我们仅在关闭异氟烷麻醉前给予术后镇痛。
  12. 将大鼠安置于清洁的单独笼子中，确保食物和水源易于获取。将笼子一半置于加热垫上过夜，次日仔细检查大鼠状况。当伤口闭合且大鼠活动正常时（通常在术后6至12小时），可将大鼠重新放回群养环境。

3. 左侧部分肾切除术

  1. 七天后，按照 2.1 至 2.5 所述方法，对左侧进行相同的处理。术前计算需切除的左肾组织量，使其相当于右肾重量的约 2/3。手术前准备好小块明胶海绵（Spongostan, Johnson & Johnson, New Jersey）。
  2. 将锐利的剪刀置于左肾上极周围，一次性剪除上极组织（剪刀位置参见 图3）。立即用一块明胶海绵覆盖，并用无菌纱布施加轻柔压力。
  3. 对肾下极重复相同操作，如步骤 3.3 所述。
  4. 抬起肾脏以防止血液在皮肤表面凝结。用无菌纱布对两块明胶海绵持续施加轻压，直至出血停止。若出血持续，可添加另一块海绵垫。
  5. 将残留的肾脏连同附着的明胶海绵垫一起放回腹腔内。缝合肌肉层和皮肤，并按照 2.9–2.12 步骤操作。

4. 假手术

  1. 假手术对照组需接受相同操作以暴露肾脏。与一周后切除肾脏或切除肾极不同，假手术组在一周后仅剥离双侧肾脏的包膜，并注意避免损伤肾上腺。伤口闭合及术后护理与2.11和2.12步骤相同。

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结果

次全肾切除术后，大约保留了总肾质量的1/6。图4展示了在之前两次实验中切除的右肾部分的重量，包括平均值和标准差。需要注意的是，在单侧肾切除（UNX）术后第一周，左侧肾脏会发生代偿性肥大；因此，根据右肾重量计算需切除的肾质量，总会导致实际切除量略少于原肾质量的5/6。然而，由于在手术过程中无法确定左侧肾脏的重量，此方法仍是切除约原肾质量5/6的最准确方式。

随着时间推移，慢性肾病（CKD）大鼠会出现高血压、尿毒症、贫血、蛋白尿以及肾小球滤过率（GFR）和有效肾血浆流量（ERPF）的显著下降。6周后，CKD已稳定建立，是测试干预治疗效果的合适时间点。随着时间发展，高血压和蛋白尿明显进展，而血细胞比容及肾功能（GFR和ERPF）仅呈现轻度恶化（图5）。其他在本实验中未重点关注的症状包括钙磷代谢和脂质代谢紊乱等。根据大鼠品系的不同，CKD的发展过程可能存在显著差异14, 15, 2。我们通过添加高盐饮食和一氧化氮（NO）抑制剂来诱导高血压和内皮功能障碍。

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讨论

在Lewis大鼠中通过手术切除5/6的肾组织，结合高盐饮食和暂时性NOS抑制，可建立一种类似于人类慢性肾病（CKD）的模型，可用于研究CKD的致病机制以及治疗干预措施的有效性。

五分之六肾切除模型是慢性肾脏病（CKD）研究中一个广为人知且被广泛描述的模型。然而，单纯切除五分之六的肾组织并不足以在所有大鼠品系中立即引发肾功能衰竭。我们采用Lewis大鼠研究基于细胞的疗法对CKD的影响，因为GFP+ Lewis大鼠21的存在使得能够在受体（非GFP+）大鼠中追踪所给予的供体细胞。Lewis大鼠对肾损伤的发生具有相对较强的抵抗性，其CKD的发展速度也较其他品系缓慢22, 15。因此，我们将五分之六肾切除术与一氧化氮（NO）耗竭及高盐饮食相结合，因为这种组合更接近人类CKD的多种特征，例如高盐摄入和内皮功能障碍。读者应注意，是否需要将五分之六肾切除术与高盐饮食和/或NO耗竭联合使用，取决于实验所用大鼠品系。

我们采用两步法而非一步法进行5/6肾切除术，因为两步法对动物的...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

感谢 Krista den Ouden 提供出色的技术支持。本技术得到荷兰肾脏基金会（Dutch Kidney Foundation）C06.2174 项目的资金支持。M.C.V. 得到荷兰科学研究组织（Netherlands Organisation for Scientific Research，NWO）Vidi 奖项 016.096.359 的资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
   试剂
L-NNASigma-aldrichN5501 
Spongostan 牙科用凝胶泡沫垫 1×1×1 cmJohnson&JohnsonMs0005 
Ethicon Vicryl FS-2S 针 4/0 V392H 每包 36 根EthiconV303H 
Ethicon Vicryl RB-1+ 针 5/0 V303H 每包 36 根EthiconV392H 
布托啡诺（0.3 mg/ml）由 Reckitt Benckiser 制药公司委托本地药房提供未知 
   设备
学生用组织镊 - 1×2 齿，12 cmFine Science Tools (FST)91121-12 
学生用标准型镊子FST91100-12 
梅奥剪刀FST14010-15 
2X Semken 镊子FST11008-13 
学生用虹膜剪刀FST91460-11 
Olsen-Hegar 持针器FST12002-14 

参考文献

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