辣椒素新生期处理诱导的特应性皮炎大鼠模型暴露于甲醛的影响

摘要

本文介绍了通过新生期辣椒素处理在大鼠中诱导特应性皮炎的方法，以及通过暴露于气化甲醛来研究甲醛吸入对特应性皮炎影响的实验方案。

摘要

特应性皮炎是一种慢性复发性瘙痒性湿疹，在全球范围内普遍存在，尤其在发达国家更为常见。已知遗传因素与环境因素之间的复杂相互作用在特应性皮炎的发病机制中起着重要作用。然而，目前对该疾病发病机制的详细图景仍缺乏了解。因此，建立合适的动物模型以阐明特应性皮炎的发展过程具有重要意义。此外，研究空气污染物等环境因素对特应性皮炎的影响，有助于加深对该疾病的认识。本文介绍了一种通过新生期辣椒素处理诱导大鼠特应性皮炎的方法，以及一种使大鼠暴露于恒定浓度甲醛环境的实验方案，用以揭示该暴露对婴幼儿期及青少年期特应性皮炎发展的影响。这些方案已在多个实验中成功应用，并可适用于其他物质的研究。

引言

为了研究甲醛（FA）吸入对特应性皮炎（AD）进展的影响，我们建立了一种AD诱导方案，并开发了一种用于长期暴露于甲醛的常规循环暴露舱。

特应性皮炎（AD）是一种慢性炎症性皮肤病，由遗传易感性与环境诱因之间的复杂相互作用所致^1,2。在临床前阶段研究AD需要建立合适的动物模型，这在阐明环境因素影响下AD发病机制的过程中尤为重要。此外，为了更深入地研究环境诱因对AD进展的影响，必须将各个环境因素分离，并量化暴露程度。

我们已建立一种通过新生期辣椒素处理诱导的新型大鼠特应性皮炎（AD）模型。该AD模型³相较于其他AD模型（如经皮致敏诱导的AD模型、基因工程改造的AD模型以及自发性小鼠AD模型⁴）具有一些优势。首先，该模型在3周龄时即出现类似AD的症状，对应于婴儿期AD，发病时间早于其他自发性AD小鼠模型（如NC/Nga小鼠）。在某些情况下，与基因工程改造的AD模型不同，该模型的AD样症状在20周内可自发缓解并复发。此外，该模型中AD样症状的诱导过程较经皮致敏模型更为简便，且从诱导过程的角度来看，更类似于变应性接触性皮炎。

我们介绍了一种利用丙烯酸玻璃舱和常规医用氧气调节器⁵对动物模型进行甲醛（FA）暴露的新方案，以研究吸入FA对婴幼儿期和青少年期阿尔茨海默病（AD）发育的影响。通过调节流速和溶液浓度，该调节器可使动物暴露于恒定浓度的气体中。以往研究已报道了多种将FA暴露于动物模型的方法。Xu et al. 描述了一种将FA溶液直接应用于皮肤的暴露方法⁶。另一项近期研究则提出了一种使用专用挥发性溶剂发生器（型号4912）进行FA气体暴露的方案⁷。与以往的方法相比，新方法更易于配置，且除FA外还可适用于其他溶液。

方案

本文所述所有方法均已获得韩国大学医学院国际动物护理与使用委员会（IACUC）的批准。 出生6周后，实验人员可实施安乐死，并 采集大鼠的皮肤和血清等多种样本。

1. 通过新生期辣椒素处理诱导AD

1. 配制5 mg/mL的辣椒素溶液：在15 mL锥形管中加入50 mg辣椒素、1 mL Tween 80和1 mL 100%乙醇。
2. 向锥形管中加入8 mL生理盐水，剧烈振荡直至无分层现象。
3. 将辣椒素溶液（10 µL/g）注射至新生Sprague-Dawley大鼠颈背部正中线皮下组织。
   1. 应在出生后12 h至48 h内给予辣椒素注射（关键步骤）。
      注意：若注射延迟数天以上，皮炎将不会发生，或仅持续数周；若注射过早，由于剧烈疼痛可能导致呼吸窘迫。
   2. 为防止新生大鼠因辣椒素注射导致呼吸停止，可按压幼鼠胸部以促进呼吸，或将幼鼠置于氧舱中直至呼吸恢复正常。 由于辣椒素引起的疼痛 可能抑制呼吸，使用全身麻醉 可能 进一步加重呼吸困难。因此，实验人员不应使用麻醉剂以提高大鼠存活率。

2. 特应性皮炎大鼠模型中瘙痒和皮炎的评估

1. 通过记录自发搔抓行为测量瘙痒程度
   1. 准备塑料观察箱（20 cm × 30 cm × 20 cm），箱体配备镜子以实现全方位观察，并设有通气孔以保证大鼠正常呼吸。
   2. 正确设置并调整数码摄像机，以同时记录大鼠的镜面影像和正面影像。
   3. 将大鼠放入塑料观察箱内，并用重物压住箱体顶部，防止其打开。
   4. 连续记录大鼠1小时内的自发行为，回放视频片段，并统计搔抓行为的次数。
2. 采用评分系统评估皮肤病变
   1. 将大鼠放入诱导室中。
   2. 将氧气流量计调节至2 L/min，并将异氟烷挥发罐调节至3%以实施麻醉。
   3. 评估大鼠耳部及其他部位皮炎的范围和严重程度。
   4. 将皮肤病变范围的单位定义为0.25 cm²，皮肤病变严重程度依据表1进行判定；皮炎评分通过范围与严重程度相乘得出（参见图1B中的皮炎评分）。

3. 将气态甲醛暴露于动物

1. 吸入室的制备
   1. 准备一个丙烯酸玻璃箱（55 cm × 40 cm × 35 cm），在相对的两侧各设有出口。
   2. 警告：为实现甲醛（FA）气体循环，应将出口位置高于入口，并使出口尺寸大于入口尺寸。
   3. 警告：为测量室内气体浓度，可在出口另一侧钻三个可封闭的小孔通道。
   4. 将管道连接至两个出口；将其中一个出口管连接至通风橱或通向室外，用于排放气体，另一个出口管连接至医用氧气调节器。
   5. 在丙烯酸玻璃箱内放置一个常规大鼠笼具。
   6. 从出生后一周开始，将大鼠放入笼中，持续5周（每天2小时，每周5天）。
   7. 尽可能严密地密封丙烯酸玻璃箱，防止气体泄漏。
      注：为实现严密密封，箱盖应配有橡胶垫圈，并使用保鲜膜包裹整个腔室以增强密封性。
2. 使用医用氧气调节器产生气态甲醛（FA）
   1. 将5 g甲醛（FA）溶解于1 L水中。
   2. 将0.5%的甲醛（FA）溶液加入医用氧气调节器的湿化瓶中。
   3. 将进气管连接至调节器后，打开调节器并将流速设定为5 L/min。
   4. 调节溶液浓度和气体流速，以确定腔室内的气体浓度。

结果

在7周龄时，辣椒素处理的特应性皮炎（AD）大鼠模型表现出类似AD的皮肤炎症，如图1A所示。辣椒素处理的AD大鼠模型表现出显著的搔抓行为，见视频1。新生期辣椒素处理可诱导3周龄大鼠出现皮炎并加重搔抓行为，且类AD症状可持续数周（图1B、C）。尽管程度较轻，部分大鼠在早期类AD症状消退后，于16周龄时再次出现复发性皮炎（图1D）。此外，作为AD严重程度生物学标志物的血清IgE水平⁸，在辣椒素处理的AD大鼠模型中显著升高（图1E）。IL-4和IL-13的mRNA表达水平在辣椒素处理的AD大鼠模型中也有所上升（图1F、G）。

讨论

本文所述用于诱导大鼠出现类似阿尔茨海默病（AD）症状的实验方案，可被调整用于研究AD的病理生理机制，并可作为药物筛选的工具。将气态甲醛（FA）暴露于辣椒素处理后的大鼠所使用的仪器装置，也可应用于评估不同气体暴露对多种动物模型的影响。

新生期辣椒素处理的特应性皮炎（AD）模型相比其他特应性模型（如DNCB处理模型⁹和表皮致敏模型⁴）操作更为简便，且比NC/Nga小鼠模型⁴更具经济性。该AD模型中AD样症状的表现具有一致性。此外，在某些情况下，该方案可在未进行任何额外处理的情况下，自发诱导受累大鼠出现反复发作的AD样皮肤病变³。过量注射辣椒素可引发神经元细胞死亡和神经皮肤炎症¹⁰，并导致大鼠产生剧烈疼痛，部分个体可能因疼痛而发生呼吸骤停。因此，预防呼吸骤停至关重要。在注射辣椒素后，应将幼鼠置于氧气舱中，部分幼鼠可能需要接受胸部按压。新生期辣椒素处理在...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
医用氧气调节器	Yuyao Jiahua Medical		生产厂家不会影响结果
导管			生产厂家不会影响结果
丙烯酸室	Taejin Acryl		生产厂家不会影响结果
塑料腔室	Taejin Acryl		生产厂家不会影响结果
多聚甲醛，粉末状	Sigma	158127	生产厂家不会影响结果
保鲜膜	Uniwrap		生产厂家不会影响结果
辣椒素	Sigma	M2028	生产厂家不会影响结果
吐温80	Sigma	P4780	生产厂家不会影响结果
数码摄像机	Sony	HDR-CX380y	生产厂家不会影响结果
异氟烷	JW pharmaceutical		生产厂家不会影响结果