小鼠袖状胃切除术与改良Roux-en-Y胃旁路术的技术方法

摘要

减重手术是减轻体重以及与病态性肥胖常伴随的致命性代谢并发症（如糖尿病、肥胖和血脂异常）的最有效方法。减重手术的小鼠模型为解析这些手术对糖尿病、高血压和血脂异常产生有益作用的分子机制提供了独特而重要的研究工具。

摘要

肥胖是一个重大的公共卫生问题，在欧洲，男性患病率为4%至28%，女性为6.2%至36.5%（2003年至2008年数据）。病态性肥胖常伴随多种代谢并发症，如2型糖尿病、高血压和血脂异常，从而降低预期寿命和生活质量。由于目前尚无有效的非侵入性治疗方法，减重手术成为病态性肥胖患者（体重指数（BMI）>40 kg/m²）有价值的治疗选择，可实现长期、持续的体重减轻，并改善代谢并发症。然而，减重手术产生持续有益效果所依赖的细胞与分子机制尚未完全阐明。由于存在大量可用的基因修饰小鼠品系，小鼠模型成为研究减重手术多种有益效应背后分子机制最便捷的动物模型。本文详细描述了在小鼠中实施两种最常用减重手术——袖状胃切除术和改良Roux-en-Y胃旁路术——的优化医疗方法和手术操作流程。解析减重手术治疗效应背后的分子机制，有望为发现新的治疗靶点提供可能。

引言

肥胖症和糖尿病在全球范围内的流行具有极其严重的危害。全球有超过二十亿成年人（占人口总数的30%）超重（BMI >25 kg/m²）或肥胖（BMI >30 kg/m²）¹。这种情况常伴随代谢性并发症，例如2型糖尿病、高血压和血脂异常，从而导致发病率和死亡率上升。肥胖会增加总体死亡风险以及癌症的患病率²。由于目前缺乏任何有效的非侵入性治疗方法，减重手术是唯一能够实现长期、持续减重的治疗选择^3,4。目前已开发出多种不同的手术方式，其中袖状胃切除术（SG）和Roux-en-Y胃旁路术（RYGB）是临床实践中最常用的两种术式。在SG手术中，约80%的初始胃容量被切除，因此该技术属于限制性手术，可增强饱腹感。RYGB则属于限制性-吸收不良型技术，在手术过程中创建一个微小的胃囊（约为总胃容量的1–2%），并将肠道重新排列为Y形结构，从而延缓消化过程及营养物质的吸收。这两种技术均可显著减轻体重，并普遍改善常伴随的共病情况（例如，高血压、2型糖尿病和血脂异常）³，其中RYGB的效果更为显著。然而，减重手术产生多种有益效应背后的分子机制往往尚未完全阐明。由于存在大量可用的基因修饰小鼠品系，小鼠模型成为研究这些分子机制最便捷的动物模型。

然而，减重手术难以直接应用于小型动物模型，且需要较高的外科操作技巧。虽然袖状胃切除术（SG）在啮齿类动物中易于实施且存活率很高，但Roux-en-Y胃旁路术（RYGB）在小鼠中会导致严重的肠梗阻而致死⁵。为解决这一问题，已有多种改良的RYGB技术被提出， notably the oesojejunostomy⁵。本文中，我们提出另一种替代方案：不切除胃组织的胃-空肠吻合术。这种改良的RYGB术式可重现人体中观察到的大多数有益效应（即显著减轻体重以及改善葡萄糖和脂质稳态）。

本文旨在总结并讨论在小鼠中进行袖状胃切除术（SG）和Roux-en-Y胃旁路术（RYGB）的技术与实验细节，并通过视频辅助促进这些手术操作的实施。特别将重点介绍围手术期和术后护理方案的优化，这些优化有助于减少维生素和铁缺乏的发生。

方案

动物与饲养：获取8周龄的C57Bl/6雄性小鼠。在10周龄时，给予C57Bl/6小鼠自由饮水，并喂食高脂饮食（DIO饮食：35% kcal来自脂肪，25.8%酪蛋白，1.30% AIN矿物质，1.30%维生素，1.70%磷酸二钙，0.7%碳酸钙，2.10%柠檬酸钾，0.026%酒石酸胆碱，8.9%蔗糖，0.384%胱氨酸，6.5%纤维素，31.7%猪油，3.3%大豆油，16.29%麦芽糊精），持续8周（SG组）或14周（RYGB组），之后进行减重手术。为促进体重增加，对分配至RYGB手术组（假手术组）的小鼠 & RYGB）水，其中含有20%（w/v）果糖，并同时提供高脂饮食。

伦理声明：下述所有实验步骤均遵循卢瓦尔河地区动物实验伦理委员会（Ethics Committee for Animal Experimentation of Pays de la Loire）批准编号01953.01的指导方针。

1. 一般术前准备

1. 手术前使小鼠禁食6小时。术前3天给予凝胶饮食，术前1天 exclusively 给予凝胶饮食。在麻醉舱中使用5%异氟烷（0.4 L/min）和O₂ （氧气；0.4 升/分钟）。进行足趾夹捏测试以确认麻醉效果。给予镇痛剂（0.1 毫克/千克布托啡诺）、抗生素（10 毫克/千克马波沙星）和促动力药（1 毫克/千克甲氧氯普胺） 通过 皮下注射
2. 为外科手术分配一个专用工作区域（远离实验室人员走动区域和通风扇）。使用专用的硬质表面消毒剂清洁手术区域。在工作区域放置加热垫，以维持小鼠术中体温恒定。在加热垫上覆盖一张洁净的吸水垫。
3. 使用电动剃须刀将小鼠腹部从胸骨至骨盆区域的毛发剃除。用无菌塑料膜包裹小鼠腹部图1A 和 2A并将小鼠置于加热垫上，呈仰卧位。
4. 麻醉期间在小鼠眼睛上涂抹眼膏以防止干燥。将小鼠置于鼻罩中，用2%异氟烷（0.4 L/min）和O₂维持麻醉₂ (0.4 L/min)
5. 手术开始前，穿戴无菌检查服、一次性手术帽、口罩和无菌手套。打开已高压灭菌的手术器械包，该器械包包含手术所有步骤所需的无菌手术器械。在灭菌塑料包装上剪开一个窗口，随后使用两种连续的聚维酮碘溶液对皮肤进行消毒。

2. 袖状胃切除术：手术步骤

1. 正中开腹术（图1B）
   1. 在双目显微镜下，使用手术刀从胸骨开始沿腹中线切开至腹部中段，以打开腹腔（注意不要损伤腹壁肌肉）。用浸有37 °C生理盐水的无菌纱布保护皮肤。
2. 胃部暴露（图1C）
   1. 使用湿润的棉签轻柔地游离胃部，用湿润棉签或显微剪刀分离胃侧方紧密连接的结缔组织。
   2. 轻柔地将胃完全外翻，并在胃后方放置一块止血胶原纱布。沿胃大弯使用8.0不可吸收缝线缝扎幽门和食管的血管，以防止术后出血（图1D 和 E）。注意： 使用止血钳可能造成组织损伤，务必仅在计划切除的组织上使用。
3. 胃贲门部（胃底）切除
   1. 在胃窦部（胃体）与胃贲门部（胃底）之间的解剖分界线上行胃切开术（图1F）。
   2. 使用2根湿润棉签分别向胃两侧清除残留食物。使用显微剪刀沿胃底与胃体之间的边界切断胃组织（图1G）。
   3. 若出现明显出血，压迫止血胶原纱布2分钟。从胃食管交界处至切口末端，使用8.0不可吸收缝线关闭胃切口（图1H）。
4. 胃幽门部（胃体）切除
   1. 沿胃大弯继续完成胃切除，以切除约80%的胃组织（图1I）。将袖状胃（SG）的宽度标准化为3 mm。若出现明显出血，压迫止血胶原纱布2分钟。
   2. 使用8.0不可吸收缝线关闭胃幽门部的开口（图1J）。轻柔地将两根湿润棉签分别向胃两侧滚动，以确认缝合处无渗漏。
   3. 若发现渗漏，追加使用8.0不可吸收缝线进行缝合。移除止血胶原纱布，将胃放回腹腔，并在缝合处保留一块止血胶原纱布。
5. 腹腔关闭
   1. 使用5.0不可吸收缝线缝合腹壁肌层（图1K）。通过降低异氟烷浓度至1%来减少麻醉深度。使用5.0不可吸收缝线缝合皮肤（图1L）。

3. 罗氏Y型胃旁路术：手术步骤

1. 正中剖腹术
   1. 在双目显微镜下，使用手术刀从胸骨开始沿中线向腹部中段做切口，打开腹腔（注意不要损伤腹肌）。用浸有37 °C生理盐水的无菌纱布保护皮肤（图2B）。
2. 胆胰支与食物支
   1. 将肠管外置（图2C）。从幽门起测量8 cm，使用5.0不可吸收缝线对肠管进行两处结扎（图2D）。
   2. 在两处结扎线之间切断肠管（图2E）。将两断端中的近端置于腹腔左上象限。注意：此段将作为食物支（图2F）。
   3. 将两断端中的远端置于近端下方6 cm处，并使其与食物支相对（图2F）。
      注意：此段将作为胆胰支。
3. 空肠-空肠吻合术
   1. 使用显微剪刀分别剪开近端肠段和肠袢，沿对系膜缘做两处等长切口（图2G 和 2H）。
   2. 使用两根8.0不可吸收缝线行侧侧吻合。先完成背侧吻合（图2I），再进行腹侧吻合（图2J）。
   3. 轻轻将两个湿润的棉签分别向吻合口两侧滚动，以确认缝合处无渗漏。如发现渗漏，需用8.0不可吸收缝线补针加固。
4. 胃-空肠吻合术
   1. 使用湿润的棉签轻柔地游离胃部。用湿润棉签或显微剪刀分离胃侧方紧密连接的结缔组织。
   2. 轻柔地将胃完全外置，并在胃后方放置一块可吸收止血胶原纱布。使用5.0不可吸收缝线，通过弯曲显微镊经大网膜穿过幽门进行结扎（图2K 和 2L）。
   3. 使用显微剪刀在距幽门1.5 cm处剪开胃前壁，同时剪开远端肠支，形成两处等长切口（图2M）。
   4. 使用两根8.0不可吸收缝线行侧侧吻合。先进行背侧吻合（图2N），再进行腹侧吻合（图2O）。轻轻将两个湿润的棉签分别向吻合口两侧滚动，以确认缝合处无渗漏。如发现渗漏，需用8.0不可吸收缝线补针加固。
5. 腹腔关闭
   1. 使用5.0不可吸收缝线缝合腹壁肌层（图2P）。通过降低异氟烷浓度至1%来减少麻醉深度。使用5.0不可吸收缝线缝合皮肤（图2Q）。皮下注射25 mL/kg温生理盐水。

4. 一般术后护理

1. 停止异氟烷，继续给予氧气₂ 以0.8 L/min的流量持续通气，直至小鼠完全清醒。在小鼠恢复运动控制能力之前，不得无人看管；运动能力恢复的标志是小鼠开始在笼内活动，并能站立行走而不跌倒。
2. 将小鼠（每笼仅放一只）置于30 °C条件下孵育箱中孵育5天。
3. 在RYGB小鼠中，持续补充铁（0.5 mg/kg/天；皮下注射）和维生素（800 mg/180 mL溶于水）直至实验方案结束。
4. 术后5天内恢复自由摄取凝胶饮食（高脂凝胶饮食：10%猪油、10%液体糖、57%水）。术后3天重新引入固体饮食。
5. 皮下注射布托啡诺（0.1 mg/kg，每日两次，术后第0天至第3天）、美洛昔康（1 mg/kg，术后第0天至第3天）、甲氧氯普胺（1 mg/kg，术后第0天至第5天）和马波沙星（10 mg/kg，术后第0天至第3天）。

5. 术后代谢参数评估

1. 食物摄入量测定
   1. 手术后让小鼠恢复1周。将小鼠单只饲养于独立笼具中。测量放入笼内的固态饲料量。24小时后称量剩余食物量。根据需要重复此步骤。
2. 口服葡萄糖耐量试验
   1. 在口服葡萄糖前使小鼠禁食6小时。从尾尖采集一滴血液，滴加到已插入血糖仪的血糖试纸上，测定0时点的血糖值。
   2. 给予20% D-葡萄糖溶液口服灌胃（2 g/kg）。在灌胃后15、30、60和120分钟测定血糖水平。
3. 血红蛋白水平分析
   1. 使用血液学分析系统，取20 µL新鲜血液测定血红蛋白水平。

6. 安乐死

1. 通过腹腔注射赛拉嗪/氯胺酮溶液（10/80 mg/kg）对小鼠进行麻醉。实施颈椎脱位。通过确认心脏停止跳动且眼球眨眼反射消失，以验证小鼠已完全安乐死。

结果

一般条件

SG 手术的平均手术时间为 49.3 ± 1.5 分钟。我们切除了 62.8 ± 5.0 mg 的胃组织，约占胃总重量的 80%。所有小鼠在手术期间及术后七天内均未死亡。1 只小鼠（7.1%）在术后第 11 天死亡^th 术后当天因胃内异物（毛粪石）引起的胃梗阻。

RYGB 手术的平均手术时间为 89.1 ± 2.8 分钟。RYGB 术后的死亡率显著高于假手术组（假手术组：25% 对比 RYGB 组：66.6%；p = 0.038）。术后死亡的主要原因为吻合口漏（n = 8）、吻合口狭窄（n = 5）、麻醉并发症（n = 4）和术后出血（n = 2）。我们还观察到两例长期死亡，其原因为胃肠道吻合口狭窄导致慢性梗阻和营养不良。如图3

讨论

为了应对日益严重的肥胖流行问题，美国在20世纪60年代首次出现了减重外科手术。自那时起，全球每年实施的此类手术数量持续增加，如今这些技术已成为治疗病态肥胖最有效的治疗选择⁶。在已开发的手术方法中，袖状胃切除术（SG）和Roux-en-Y胃旁路术（RYGB）是临床实践中应用最广泛的两种方法⁴。动物模型，尤其是啮齿类动物，已被用于解析减重手术后观察到的整体健康状况改善背后的机制。

为了阐明维持减重手术有益代谢效应的分子机制，我们建立了两种小鼠减重手术模型：常被定义为限制性技术的袖状胃切除术（SG），以及被描述为兼具限制性和吸收不良性作用的胃旁路术（RYGB）。实施这些小鼠减重手术需要具备显微外科经验。这些模型由一名擅长动物手术的技术员和一名人体内脏外科医生共同完成。根据经验，需要经过手术培训，才能使RYGB术后存活率超过75%。掌握SG所需时间较短，学习曲线较平缓，死亡率约为5%。相比之下，RYGB是一种更为复杂的技术，需要6至8周的培训才能达到可接受的术后存活率。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
药物
高脂饮食	DIO 饮食	Safe
异氟烷	Forane	Baxter
丁丙诺啡	Buprecare	Animalcare
马波沙星	Marbocyl	Vetoquinol
柠檬酸铁铵，维生素 PP-B12	Fercobsang	Vetoquinol
维生素 A-D3-E-K-B	Vita Rongeur	Virbac
NaCl 0.9%	NaCl 0,9%
聚维酮溶液	Betadine Scrub	Betadine
聚维酮溶液	Betadine Solution	Betadine
Carboptol 980 NF	Ocrygel	TVM
名称	货号	公司	备注
缝合线
Prolene®	8.0, 6.5 mm	Ethicon
Prolene®	5.0, 13 mm	Ethicon
名称	货号	公司	备注
手术器械
剪刀		FST
持针器	Olsen-Hegar	FST
显微剪刀	Vannas	FST
显微镊子	Graefe	FST
弯头显微镊子	Graefe	FST
弯头显微持针器	Castroviejo	FST
止血胶原敷料	Pangen	Urgo
吸水垫		VWR
名称	货号	公司	备注
专用设备
血液分析系统	Hemavet 950FS	Hemavet
血糖试纸和血糖仪	One touch Verio	Life scan
体视显微镜	MZ6	Leica