一种改良的小鼠后肢继发性淋巴水肿诱导方法

摘要

该动物模型可诱导小鼠后肢产生具有统计学意义的继发性淋巴水肿，且持续时间至少8周。该模型可用于研究淋巴水肿的病理生理机制，并探索新的治疗方案。

摘要

动物模型在淋巴水肿研究中具有至关重要的作用，不仅有助于理解该疾病的病理生理机制，还可用于探索潜在的治疗方案。该小鼠模型可诱导出持续至少8周的显著淋巴水肿。淋巴水肿通过分次放射治疗联合淋巴管外科切除的方式诱导产生。该模型要求小鼠在手术前后均接受10戈瑞（Gy）的辐射剂量。模型中的手术部分包括结扎三条淋巴管并从小鼠后肢摘除两个淋巴结。由于小鼠解剖结构微小，因此必须具备显微外科工具和显微镜。该模型的优势在于能够产生具有统计学意义的淋巴水肿，为评估不同治疗方法提供了良好基础，同时也是显微外科训练的一种理想且易于获取的方案。该模型的局限性在于操作过程可能耗时较长，尤其对于缺乏前期练习的操作者而言。该模型可在小鼠中产生客观可量化的淋巴水肿，且不会引起严重病态，在三个独立研究项目中已得到验证。

引言

淋巴水肿的特征是淋巴液积聚，导致局部组织肿胀，主要由于淋巴管内淋巴液流动受阻或中断所致¹。感染、阻塞、损伤或淋巴系统的先天性缺陷均可导致淋巴液流动受阻或中断²。这些病因导致淋巴液积聚，引发慢性炎症状态，进而导致纤维化以及脂肪组织沉积³。淋巴水肿可分为原发性淋巴水肿和继发性淋巴水肿。原发性淋巴水肿由发育异常或基因突变引起^2,4。继发性淋巴水肿则由潜在的全身性疾病、手术或外伤引起^2,4。继发性淋巴水肿是全球最常见的淋巴水肿类型²。在发达国家，继发性淋巴水肿最常见的原因是肿瘤治疗，如辅助性放射治疗和淋巴结清扫术⁵。乳腺癌患者中最常发生淋巴水肿，但妇科肿瘤、黑色素瘤、泌尿生殖系统肿瘤或头颈部肿瘤患者也可能发生该病⁶。有研究指出，在所有确诊乳腺癌的女性中，约21%将发展为淋巴水肿⁷。

淋巴水肿在身体和心理上都会给患者带来巨大压力。患有淋巴水肿的患者感染风险增加^5,8,9，生活质量较差，并可能出现社交焦虑和抑郁症状¹⁰。慢性淋巴水肿的并发症导致医疗成本高昂，疾病负担加重^9,11。研究还提示，淋巴水肿可能与乳腺癌治疗后死亡风险升高相关¹²。目前仍以保守治疗为一线方案，如对受累部位进行加压治疗、手法淋巴引流以及常规皮肤护理。目前尚无治愈性治疗方法⁶。尽管在外科和药物治疗领域已取得一定进展，但仍存在改进空间。需要进一步开展研究，深入理解该疾病的病理生理机制及进展过程，以帮助临床医生为患者提供更优的治疗选择⁵。

动物模型正被用于临床前研究，以了解疾病的病理生理机制并开发潜在的治疗方案。目前已在犬类^13,14、兔¹⁵、绵羊¹⁶、猪^17,18以及啮齿类动物^{19,20,21,22,23,24}中建立了多种不同的淋巴水肿动物模型。在研究淋巴功能重建时，啮齿类动物模型似乎是成本效益最高的选择，因为这类动物易于获取且价格相对低廉²⁵。大多数小鼠模型集中于在小鼠尾部诱导淋巴水肿^21,22,23。尾部模型非常可靠，但既往发表资料中诱导淋巴水肿的具体手术技术存在显著差异，导致已知文献中所报道的淋巴水肿持续时间和严重程度存在波动²⁵。在后肢模型中也采用了不同的诱导淋巴水肿技术，其结果同样存在差异，但从转化医学的角度来看，后肢模型可能更易于理解。以往的淋巴水肿模型常受到自发性淋巴水肿消退的限制，因此需要一种可重复且持久的淋巴水肿模型²⁵。研究人员曾尝试通过增加放射剂量来防止淋巴水肿的自发消退，但这常常导致后续严重的并发症²⁵。

该模型通过结合显微外科手术与放射治疗，可在不引起严重病态的情况下，诱导出具有统计学意义的淋巴水肿。此模型在先前手术模型的基础上进行了改进，增加了可诱导淋巴水肿但不导致严重病态的照射剂量²⁶。该模型还为显微外科技术培训提供了极佳的机会。由于小鼠解剖结构微小，操作时必须具备显微外科设备和显微镜。操作者在掌握基本的显微外科技术（例如使用显微外科器械进行缝合）后，即可开展该手术操作。所有实施该手术的操作人员均学习过Acland关于显微外科技能前提条件（1981年）和基本显微缝合技术（1985年）的教学视频。我们建议在正式用于科研前，先进行8−10次手术练习。通过练习可减少操作失误，并提高手术效率。熟练掌握后，整个手术过程可在45分钟内完成。

方案

动物饲养于南丹麦大学动物护理设施，遵循机构指南。所有涉及动物实验的程序均已获得丹麦环境与食品部动物实验监察局的批准。

1. 术前照射

注意：术前照射在手术前7天进行。

1. 诱导麻醉。
   1. 将小鼠放入诱导箱中，将蒸发器设置为3%异氟烷，氧气流速为0.8−1.2 L/min，以诱导吸入麻醉。
      注意：也可使用注射类麻醉剂，但由于照射时间较短，吸入麻醉已足够。本研究中所展示结果的实验均使用9周龄雌性C57BL6小鼠。
   2. 通过尾部或足部夹捏测试确认小鼠已完全麻醉。
2. 将小鼠摆放到照射位置。
   1. 若小鼠已完全镇静，将其从诱导箱中移出，仰卧置于辐射源下方，并用胶带轻轻固定后肢。
      注意：在短暂的辐射过程中，小鼠将保持镇静状态。
   2. 放置一块1.5 mm厚的铅板，以确保仅有接受手术的区域（即膝关节周围直径为25 mm的圆形区域）受到照射。
3. 以5.11 Gy/min的剂量率给予10 Gy辐射剂量（100 kVp，10 mA）。
   警告：操作辐射时必须采取安全防护措施。本实验中所有照射均在具有辐射屏蔽的房间内进行，且仅在所有人员离开并封闭房间后才启动辐射源。
4. 将小鼠放回其笼中。

2. 仪器设备设置

注意：手术应在专用于外科手术的房间内进行。手术操作表面必须保持无菌。

1. 使用70%乙醇彻底清洁所有手术表面。佩戴发网和防护服。使用无菌外科器械和无菌手套。
2. 准备麻醉剂。
   1. 用不同的注射器和针头分别抽取1 mL芬太尼（0.315 mg/mL）、1 mL咪达唑仑（5 mg/mL）和2 mL无菌水。
   2. 将芬太尼和无菌水通过缓慢排空注射器的方式混合于一支无菌玻璃试管中。混合后，加入咪达唑仑，配制成工作溶液。
3. 准备镇痛剂。
   1. 抽取0.2 mL布托啡诺（0.3 mg/mL）和2 mL生理盐水。
   2. 通过缓慢排空注射器的方式将液体混合于一支无菌玻璃试管中，配制成工作溶液。
4. 打开显微镜，确保照明充足，并根据操作者视力调节显微镜至合适状态。
   注意：所有外科手术均应在手术显微镜下进行。4x−25x的放大倍数范围已足够。

3. 准备

1. 术前称重：将小鼠放入置于已归零天平上的空容器中，称量小鼠体重。
2. 给予麻醉剂。
   1. 按每10 g小鼠体重0.1 mL的剂量抽取麻醉剂，以单次推注方式皮下注射。
   2. 将小鼠置于垫有充足垫料和遮蔽物的笼中，静置约10分钟，直至完全麻醉。通过评估肌肉松弛程度，并进行足趾或尾部夹捏测试，检查麻醉深度。
3. 当小鼠完全麻醉后，使用电动剪毛器剃除手术侧后肢的毛发，并确保清除多余的毛发。
4. 打开加热装置（如加热垫），并用手术布覆盖。
5. 将氧气流速设定为0.8 L/min，并连接鼻罩。使用100%氧气。
   注意：鼻罩仅用于输送氧气，不用于麻醉。
6. 涂抹眼药膏，并皮下注射0.5 mL生理盐水（优选注射于小鼠颈背部），以预防手术期间发生低血容量。
7. 摆放手术体位。
   1. 将小鼠仰卧于手术布上，将鼻罩罩住口鼻部。
   2. 用胶带轻轻固定后肢末端，防止小鼠在手术过程中移动。
   3. 使用酒精/氯己定或酒精/聚维酮碘对皮肤进行消毒。

4. 手术

注意：在此示例中，已选择小鼠左侧后肢（当小鼠处于仰卧位时）进行操作。

1. 做一个环形切口。
   1. 用光滑镊子提起皮肤，在腘窝近端约 5 mm 处剪开一个小口。
   2. 将锐利的剪刀插入切口，向膝关节方向剪开，使切口终点刚好位于膝关节上方。剪切时需用镊子提起皮肤，避免刺破下方的血管。
   3. 将小鼠转为俯卧位，继续从膝关节向腘窝方向剪开，直至完成环形切口。
2. 解剖膝关节以下的皮肤。
   1. 用显微剪刀缓慢开合，同时用镊子提起皮肤，钝性分离膝关节以下区域，直至踝关节上方数毫米处。
   2. 用显微剪刀小心剪断残余可见的粘连组织。整个操作过程中应定期使用无菌生理盐水保持组织湿润。
3. 解剖环形切口近端边缘的皮肤，以便用弹性牵开器将其牵开。
   注：牵开器可使操作者更清楚地观察近端淋巴管，并防止手术过程中近端边缘移位。
4. 保持小鼠俯卧位，轻轻旋转后肢并用胶带固定，使坐骨静脉从暴露区域的最远端至最远端均清晰可见。
5. 使用带有 30 G 针头的 0.5 mL 注射器，在第二和第三趾间皮下注射约 0.01 mL 专利蓝 V。轻压足掌数次以促进染料扩散。在专利蓝 V 充盈淋巴管时，通过显微镜观察淋巴管和淋巴结。
   注：若手术过程中淋巴管的蓝色褪去，应轻柔按摩足掌以促进染料吸收，而非追加注射专利蓝 V。过量使用专利蓝 V 可能导致渗漏并染色淋巴管周围组织，从而影响手术操作。
6. 定位关键结构：腘淋巴结（PLN）、淋巴结远端的两条淋巴管（DLV1 和 DLV2）以及淋巴结近端的一条淋巴管（PLV）。
   注：所有淋巴管均位于坐骨静脉附近。近端淋巴管通常位于静脉内侧，两条远端淋巴管分别位于静脉的内侧和外侧。相关结构的缩写在配套视频中使用。
7. 放大视野，清晰观察 PLV，使用显微持针器和显微镊子以 10-0 尼龙缝线结扎 PLV。轻压足掌数次，确保无专利蓝 V 流过缝线近端。
   注：必要时可修剪淋巴管周围的脂肪组织。
8. 重复步骤 4.7，结扎两条远端淋巴管。多次轻压足掌，确保无专利蓝 V 流过结扎线近端。若淋巴管过于靠近坐骨静脉，可尝试进一步向远端解剖。
   注：本示例中可见，由于结扎阻碍淋巴流动，一条淋巴管发生破裂。淋巴管通常会在更远端从静脉处分出。
9. 切除腘淋巴结。
   1. 定位腘淋巴结，用显微剪刀剪开一个小口以进入并用显微镊子和显微剪刀将其取出。
      注：淋巴结表面光滑，呈珍珠样，与周围脂肪组织不同。
   2. 为确认所取组织是否为淋巴结，将其放入盛有水的试管中。
      注：若组织为脂肪，则会漂浮于水面；若为淋巴结，则会沉入试管底部。
10. 切除腹股沟脂肪垫及淋巴结。
    1. 在切除腹股沟脂肪垫前，使用双极电凝器凝固穿过脂肪组织的血管。
    2. 使用显微镊子和显微剪刀切除腹股沟脂肪垫。轻柔剪断已凝固的穿过脂肪的血管，随后轻柔切除腹股沟区域的脂肪组织。
       注：位于脂肪中的淋巴结极少被专利蓝 V 染色，难以与脂肪组织区分。将脂肪垫完整切除是确保淋巴结被完全去除的最佳方法。
11. 用无菌生理盐水彻底冲洗腿部，并通过显微镜确认手术区域内的细小毛发和颗粒已被彻底清除，以避免伤口污染和感染。确保无活动性出血。
12. 使用镊子和持针器，以 6-0 尼龙缝线将皮肤边缘缝合至肌肉筋膜，留出 2−3 mm 间隙以限制浅表淋巴液流动。
    注：配套视频展示了缝合完成后的示例。
13. 给予镇痛处理。按每 30 g 小鼠体重抽取 0.1 mL 镇痛药，皮下注射作为推注给药。
14. 术后称量小鼠体重，用于与术前比较。
15. 将小鼠放入恢复柜内的笼子中，置于加热环境中恢复。

5. 术后护理

1. 术后将小鼠分别置于单独的笼子中恢复，并自由饮水和进食。
2. 为镇痛，每天皮下注射 0.02 mL 布托啡诺，每日 3 次，连续使用 3 天。
3. 每天观察动物伤口愈合情况，以及疼痛和感染迹象。如出现感染迹象，使用抗生素软膏。

6. 术后放疗

1. 术后3天，重复术前照射的步骤（步骤1.1−1.4）。

结果

该操作程序此前已在三项独立实验中使用。所有实验均由不同的主要研究者完成，且这些研究者均为本文的共同作者。在这三项实验中，均严格遵循本方案所述的相同操作流程。在所有三项实验中，均在一侧后肢诱导继发性淋巴水肿，而另一侧后肢作为对照。后肢体积是三项实验的主要观察指标。图1展示了研究设计。

所有小鼠在术后数周内均接受了微型计算机断层扫描（µCT），以测量后肢体积。µCT扫描使用多模态临床前扫描仪（材料表）进行，并通过配套软件中的感兴趣区域（ROI）功能测量后肢体积，方法如前所述²⁶。采用既往描述的方法²⁷在三维（3D）轴向图像中定位胫腓远端关节。ROI从胫腓远端关节开始，包含该点远端的所有组织。分析时设定的亨氏单位（Hounsfield）范围为-500至4000。

...

讨论

本方案中有几个关键步骤。首先，研究人员在操作放射性物质时必须采取安全防护措施。其次，在本方案的手术部分，一旦小鼠麻醉完成，应立即开始手术操作，并且避免不必要的中断，直至手术结束。这一点非常重要，以避免动物经历过长的手术时间，并防止麻醉效果在手术过程中减弱。建议仅给予一次麻醉剂推注，并在一次麻醉过程中完成全部手术操作。另一个关键步骤是，切勿注射过多专利蓝V（Patent Blue V），因为过量的专利蓝V会导致淋巴管周围组织染色。如果周围组织被染色，则几乎无法观察到淋巴管，从而影响手术的进行。即使能够勉强观察到淋巴管，染色的组织也会使操作者难以判断专利蓝V是否已通过结扎部位的近端。这一问题尤为严重，因为操作者必须确认所放置的结扎线确实阻断了淋巴液流动，以确保手术成功。此外，在关闭伤口时应保留2−3 mm的间隙。这种暂时性的皮肤间隙通常用于模拟人类的伤口愈合过程²⁹。

该方法的局限性在于，它是一种耗时较长的操作流程，需要显微镜设备以及先前的显微外科训练。在执行本实验方案的手术部分时，合理规划各手术步骤之间的时间间隔至关重要。大量时间通常消...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
10-0 尼龙缝线	S&T	12051-10
6-0 尼龙缝线 - Dafilon	B Braun	C0933112
电凝器 - ICC 50	ERBE
棉签	Yibon medical co
解剖镊	Lawton	09-0190
弹性牵开器	Odense University Hospital
电动剪毛器	Aesculap	GT420
芬太尼 0.315 mg/ml	Matrix
加热垫 - PhysioSuite	Kent Scientific Corp.
异氟烷 1000mg Attane	Scan Vet
异氟烷蒸发器 - PPV	Penlon
微型珠宝镊	Lawton	1405-05
微型持针器	Lawton	25679-14
微型剪刀	Lawton	10128-15
微型打结镊	Lawton	43953-10
Microfine U-40 注射器 0.5ml	BD	328821
Microlance 注射器 25g	BD
Microlance 注射器 27g	BD
咪达唑仑 5 mg/ml (hameln)	Matrix
持针器 - Circle wood	Lawton	08-0065
无纺布纱布	Selefa
Opmi pico 显微镜 F170	Zeiss
专利蓝 V - 25 mg/ml	Guerbet
剪刀 - Joseph	BD	RH1630
西门子 INVEON 多模态临床前成像系统	Siemens pre-clinical solutions
辐射源 - D3100	Gulmay
Stata 统计软件：第 15 版	StataCorp LLC
镇痛新 - 0.2 mg	Indivior
兽用眼膏 - viscotears	Bausch & Lomb