使用外科夹在小鼠中进行袖状胃切除术

摘要

糖尿病和肥胖症的患病率在全球范围内持续上升。糖尿病、肥胖症及其相关死亡率和共病之间的机制需要进一步研究。本文介绍了一种动物袖状胃切除术（SG）的操作方案，作为一种简单的减重手术临床前模型。

摘要

超重和肥胖人群的数量在成人和青少年中持续增加。这与2型糖尿病（T2D）及其他代谢性疾病的普遍上升趋势相吻合。目前，减重手术（如袖状胃切除术，SG）是治疗肥胖和T2D最有效且应用最广泛的长期手段之一，但其与代谢改善之间的关联尚未完全阐明。减重手术在人体中产生的效果机制可通过临床前动物研究进行探讨。SG可降低体重、血糖水平及多种代谢参数，且操作简便，并发症发生率低。本研究的目的是为科研人员提供一种简便的动物减重手术临床前模型及操作方法。

引言

自1975年以来，全球肥胖患病率几乎增加了两倍。2016年，全球超过18岁的超重成年人人数超过19亿，其中肥胖成年人超过6.5亿。成人中2型糖尿病（T2D）的患病率也从1980年至2014年间由4.7%上升至8.5%，患者人数从1.08亿增至4.22亿¹。大多数减重手术可导致显著的体重减轻、体脂减少，并改善葡萄糖耐量、胰岛素抵抗及糖尿病控制情况²。除了减重和T2D缓解外，减重手术还带来其他健康益处，例如控制高血压，以及降低某些与肥胖相关癌症的发生和进展风险³。减重手术还可诱导T2D持久的完全或部分缓解，并降低十年内主要冠心病（CHD）风险以及一定程度的脑血管疾病风险。然而，其潜在机制尚未完全阐明⁴。

减重/代谢手术有多种术式。限制性手术和胃肠道转流手术均对代谢具有积极影响⁵。在减重手术动物模型中，袖状胃切除术（SG）和改良Roux-en-Y胃旁路术具有较高的成功率和较低的死亡率，是小鼠体内可靠的限制性及胃肠道转流手术模型⁶。尽管从长期来看，胃肠道转流手术在减重效果以及葡萄糖耐量和肝脂肪变性的改善方面优于限制性手术，但袖状胃切除术仍能有效控制体重和血糖水平，且操作简便，并发症发生率低⁶。从2008年到2014年，袖状胃切除术所占比例从30%上升至54%，而Roux-en-Y胃旁路手术的比例则从52%下降至32%⁷。目前，在美国国家级学术中心内，腹腔镜袖状胃切除术是最常见的减重手术术式⁸。尽管已有大量关于减重手术、糖尿病与肥胖之间病理生理过程的研究报道，但仍需开展更多动物实验以深入探索尚未明确的作用机制。

本方案旨在建立一种动物模型方法，以研究减重手术在人体中产生疗效的潜在机制。本项转化研究可能为了解袖状胃切除术（SG）治疗肥胖症和2型糖尿病（T2D）的机制提供新的见解。

方案

所有动物实验程序均经阳明大学机构动物照护与使用委员会批准，并符合《实验动物照护与使用指南》第8版的要求。^th 第2版，2011年”。麻醉操作依据国立阳明大学实验动物疼痛控制、麻醉、术前及术后护理指南（ICAUC-016，2015，1）进行^st 版本

1. 动物准备

1. 从国家实验动物中心（NLAC）获取20只8周龄的野生型C57BL/6雄性小鼠，体重约为16–18克。将这些小鼠随机分为SG组和假手术组，每组10只。
2. 在进行减重手术或假手术前，让小鼠进食普通饲料或高脂饮食（参见补充文件）⁹。通过至少2周术前高脂饮食诱导肥胖模型。
3. 将小鼠饲养于阳明大学实验动物中心，采用12:12明暗循环光照制度（光照始于上午07:00），自由摄取标准啮齿类动物饲料和饮水。
4. 所有动物于手术前一晚禁食，但可自由饮水。

2. 一般术前准备

1. 手术前至少禁食小鼠6小时。在诱导室中使用5%异氟烷和氧气（流速均为3-4 L/min）进行麻醉诱导。
   1. 通过夹捏刺激（使用钝头弯齿平滑显微镊）后肢足垫、前肢足垫及耳部来检查麻醉深度，确保无任何运动反射产生。术前通过皮下注射给予抗生素（头孢唑林25 mg/kg）。
2. 设定专门的手术操作区域。术前用75%酒精溶液清洁手术区域并喷洒手术台。
3. 将小鼠置于鼻罩中，以2%异氟烷（2 L/min）和氧气（4 L/min）维持麻醉状态。
4. 对于袖状胃切除术和假手术，在通过脚趾刺激确认麻醉深度合适后，将0.2%卡波姆眼用凝胶涂抹于小鼠眼部，以防角膜干燥。
5. 使用电动剃刀剃除从腹部至胸骨区域的毛发，再用脱毛膏清除并清洁残留毛发。将小鼠仰卧位固定于手术台上。
6. 用聚维酮碘溶液与75%酒精交替擦拭小鼠腹壁，共进行3次消毒。

3. 袖状胃切除术与假手术操作

1. 正中剖腹术
   1. 使用显微剪刀在上腹部正中线处做一个1-1.5 cm长的切口。
2. 胃和肠的外置
   1. 根据需要借助放大解剖显微镜或放大镜进行袖状胃切除术（SG），以防止不可预测的出血和低血容量性休克。
   2. 使用两把弯头平滑锯齿状显微镊子轻柔移动胃，并将其完全外置。
   3. 根据需要使用棉签探针和电凝设备小心分离连接胃左侧与脾脏的胃脾韧带，从而将胃底与周围脾脏及其他内脏器官分离。

4. 胃的分离与夹闭

注意：小鼠的唾液腺手术采用先前已发表的新型夹子施加技术进行¹⁰。

1. 用镊子轻轻向外牵拉胃底和幽门，辨认胃中线（图1 和 图2），从食管胃交界处向下、下极向上，沿胃中线内侧约一半长度小心施加外科夹。夹闭并隔离约75-80%的胃组织，从而形成完整的胃外侧袖状结构（图1 和 图2）。
2. 将肠管移至侧方裸露的皮肤处，并用温盐水浸湿的纱布覆盖，根据需要进行腹腔内补液，以防止脱水和低体温。
3. 切除外侧已夹闭的胃组织，使用显微剪去除被隔离的胃袖部分，随后用聚维酮碘溶液对胃切缘进行消毒。
4. 使用5-0单丝不可吸收缝线沿夹子排列线连续缝合加固，确保无渗漏。打结固定缝线两端，并将其锚定于两端的夹子上。
5. 将胃和肠管复位至腹腔内的正常位置，使用5-0单丝不可吸收缝线对腹膜筋膜和腹壁进行连续与间断缝合关闭腹腔。
6. 手术全程结束后，经腹腔给予酮洛芬（2-5 mg/kg）镇痛，以及头孢唑林（25 mg/kg）抗感染治疗。

5. SG 的假手术操作

1. 采用与之前所述类似的手术步骤，行正中腹切口，并用37 °C温热生理盐水浸湿的纱布覆盖肠管和胃部，体外暴露5分钟。
2. 将胃和肠管复位至其正常解剖位置。
3. 按照前述方法仔细关闭腹壁，对筋膜和皮肤分别采用连续与间断缝合方式进行双层缝合，使用慢吸收或非吸收性单丝缝线。手术全程结束后，经腹腔给予酮洛芬（2–5 mg/kg）镇痛，以及头孢唑林（25 mg/kg）抗感染治疗。

6. 一般术后护理

1. 停止异氟烷，继续以 3-5 L/min 的室温气流供气，直至小鼠完全清醒。
2. 在小鼠恢复活动能力并开始在笼内走动期间，持续观察其状态。
3. 将小鼠置于 30 °C 的独立培养箱中饲养 5 天。确保每笼仅放置一只小鼠，以防止小鼠之间相互伤害。
4. 术后 3 天内恢复自由摄取凝胶饲料（高脂凝胶饮食：10% 猪油、10% 液体糖、57% 水），并在术后第 3 天重新引入术前指定的饮食。
5. 术后 1 天内通过皮下或腹腔注射给予酮洛芬（2-5 mg/kg）和头孢唑林（25 mg/kg）。
6. 在整个研究期间每周评估小鼠体重。若动物术后出现痛苦症状，可根据需要每日一次通过腹腔注射给予酮洛芬（2-5 mg/kg）以控制疼痛。
   注：在此实验中，经过学习期后，SG 手术小鼠的存活率为 90%。

7. 代谢参数评估

1. 禁食小鼠6小时，并采集基线血液样本（0分钟）。所有血液样本均从小鼠自由活动时的尾静脉尖端获取^11,12。
2. 通过腹腔注射给予50%葡萄糖，剂量为1 mg/g，用于葡萄糖耐量试验。
3. 在给予葡萄糖后0、5、15、30、60和120分钟，使用血糖仪和试纸条，从小鼠自由活动时的尾静脉尖端采集血液，测定血糖水平，每个样本重复检测。
4. 将全血样本（每组n = 10）在室温下静置30分钟，使其凝固。
5. 在4 °C条件下，以3,000 × g离心10分钟。
6. 将血浆转移至独立的试管中，避免扰动血凝块，并于-80 °C保存。
7. 研究结束时，根据制造商说明书，使用商用小鼠ELISA试剂盒检测血浆样本中的糖化血红蛋白A1c（HBA1c）、葡萄糖、胆固醇和胰岛素水平。

结果

手术结果如图3和图4所示。本研究的存活率为90%。假手术组有一只小鼠因虚弱死亡，SG组另有一只小鼠在术后第三天因不明原因死亡。术后（第3周）高脂饮食喂养小鼠的体重减轻结果（图3A）与人类观察到的情况非常相似，最终体重减轻约15-20%¹³。研究还表明，高脂饮食喂养小鼠在SG手术后胆固醇水平（图3B）显著下降。

通过腹腔注射葡萄糖耐量试验（IPGTT）发现，手术后不久即出现胰岛素敏感性提高和葡萄糖耐受能力改善。在本研究中，我们证明高脂饮食诱导的肥胖可在野生型C57BL/6小鼠中引发胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良，而袖状胃切除术（SG）可纠正这些异常。在本研究中，SG术后胰岛素抵抗、血糖水平和脂质水平均得到改善。

讨论

大多数前瞻性队列研究已证实，体重指数的增加与死亡率的升高相关。肥胖在两性中均与糖尿病、心血管疾病（CVD）和死亡风险升高相关。特定的病理过程已在糖尿病、肥胖和死亡率之间建立了联系¹⁴。系统综述表明，减重手术在降低心血管疾病风险因素方面具有益处，且有证据显示其可促进心室肥厚的逆转并改善舒张功能¹⁵。减重/代谢手术可改善肥胖糖尿病患者的传统心血管疾病风险因素，且在患有2型糖尿病（T2D）的肥胖患者中，经各种减重/代谢手术后，10年冠心病（CHD）及致死性冠心病风险已显示可降低达50%⁴。

减重手术是治疗肥胖最有效的长期治疗策略。减重手术还能显著改善代谢参数，如血脂谱、炎症生物标志物、血压和心力衰竭，尤其在意外改善2型糖尿病控制方面尤为明显。SG手术可减少并改变脂肪组织的炎症反应及发育过程，并可能降低动脉粥样硬化的风险。

胃肠激素的变化可能在长期体重控制中发挥作用

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
0.9% 生理盐水	China Chemical & Pharmaceutical Co., Ltd.
5-0 单股缝合线	Shineteh Inc. 中国台湾		Ethicon
Alm	Shineteh Inc. 中国台湾	ST-A072PK	UNIK
动物麻醉机	Step Technology	0712VAP11076	Matrx
Barraqer-Troutman 镊子	Shineteh Inc. 中国台湾	ST-N309(H-4410)	UNIK
头孢唑林	中国台湾退役军人药房公司
普通饲料	Research Diets
血糖试纸和血糖仪	BeneCheck	BKM13-1	BeneCheck
HbA1c 检测试剂盒	Level	OKEH00661
血液学分析系统	Fuji	FUJI DRI-CHEM 4000i	Europe
高脂饲料	Research Diets	1810724	LabDiet
虹膜镊	Shineteh Inc. 中国台湾	ST-1210	UNIK
虹膜剪	Shineteh Inc. 中国台湾	ST-S011	UNIK
异氟烷	Panion & BF biotech INC	8547	Panion & BF
酮洛芬	Sigma	22071154	Sigma-Aldrich
体视显微镜	MicroTech	SZ-5T	MicroTech
外科夹（M 型）	Echicon Inc., Somerville, NJ		Size M, 5mm
Vidisic 凝胶	Dr. Gerhard Mann Chem.-pharm. Fabrik GmbH