低甲状旁腺大鼠的制备 通过 碳纳米颗粒辅助甲状旁腺切除术

摘要

获得性甲状旁腺功能减退症（HypoPT）的动物模型对于理解HypoPT如何影响矿物质离子稳态以及验证新型治疗方法的有效性至关重要。本文介绍了一种利用碳纳米颗粒进行甲状旁腺切除术（PTX）以建立获得性甲状旁腺功能减退症（AHypoPT）大鼠模型的技术。

摘要

甲状旁腺功能减退症（HypoPT）是一种累及甲状旁腺的罕见疾病，其特征是甲状旁腺激素（PTH）分泌减少或活性降低，导致血清磷水平升高和血清钙水平降低。HypoPT 最常见于甲状腺或其他颈部前路手术过程中意外损伤或切除甲状旁腺所致。近年来，甲状腺/甲状旁腺手术日益普遍，术后发生 HypoPT 的病例也随之增加。目前迫切需要建立一种 HypoPT 动物模型，以深入理解 HypoPT 对矿物质离子稳态影响的机制，并验证新型治疗方法的疗效。本文报道了一种利用碳纳米颗粒进行甲状旁腺切除术（PTX）在雄性大鼠中建立获得性 HypoPT 的技术。该大鼠模型相较于小鼠模型具有显著优势。 重要的是，人 PTH 受体结合区与大鼠的序列相似性为 84.2%，高于与小鼠的 73.7%。此外，雌激素对 PTH/PTHrP 受体信号通路可能产生影响，但在雄性大鼠中的作用尚未充分研究。碳纳米颗粒是一种淋巴示踪剂，可将甲状腺淋巴结染成黑色而不影响其功能，但不会染色甲状旁腺，从而便于识别和切除。本研究中，PTX 后血清 PTH 水平无法检测到，并由此引发显著的低钙血症和高磷血症。因此，该大鼠模型能够很好地模拟术后 HypoPT 的临床状态。综上所述，碳纳米颗粒辅助的 PTX 可作为研究 HypoPT 发病机制、治疗及预后的极为有效且易于实施的模型。

引言

甲状旁腺激素（PTH）由甲状旁腺分泌，是钙平衡的主要调节因子，可维持磷代谢，并参与骨转换^1,2。甲状旁腺功能减退症（HypoPT）表现为PTH分泌减少或功能丧失，是一种罕见的内分泌疾病，患病率约为每10万人年9–37例^3,4,5。HypoPT的特征是血清PTH和钙水平降低，同时伴有血清磷升高^6,7。根据病因不同，HypoPT可分为获得性甲状旁腺功能减退症（AHypoPT）和特发性甲状旁腺功能减退症（IHypoPT）⁸。在临床实践中，AHypoPT更为常见，约75%的AHypoPT病例是由于甲状腺手术或其他头颈部手术过程中甲状旁腺被切除或意外损伤所致。其他病因包括头颈部肿瘤的放疗和化疗以及药物毒性^1,8。随着诊断技术的进步以及甲状腺相关疾病筛查的增加，甲状腺手术的数量不断上升，从而导致相关的甲状旁腺并发症相应增加^9,10。

为了更好地研究获得性甲状旁腺功能减退症（AHypoPT）并验证新型治疗方法的疗效，需要建立具有稳定特征且易于制备的动物模型。既往研究已报道在大鼠和小鼠中实施甲状旁腺切除术（PTX）的方法^6,11；然而，由于甲状旁腺体积极小且其解剖分布存在个体差异，实际操作中的手术成功率相对较低。因此，通常采用甲状腺-甲状旁腺联合切除术（TPTX）（即完全切除甲状腺和甲状旁腺）以确保彻底切除甲状旁腺¹²。但该方法会导致甲状腺素水平显著降低，可能对使用该动物模型的研究造成干扰¹³。通过其他方法建立的甲状旁腺功能减退模型，如药物诱导或基因编辑技术，无法准确模拟临床上最常见的AHypoPT发病机制。本课题组此前曾利用基因敲除小鼠模型对甲状旁腺进行标记，从而实现仅切除甲状旁腺而保留甲状腺及周围解剖结构完整性^14,15。然而，该方法依赖于转基因小鼠模型，由于需要进行交配和繁育，建模周期较长。

因此，我们旨在建立一种易于制备的AHypoPT模型。本研究描述了一种利用碳纳米颗粒标记制备PTX大鼠模型的方法。浓度为50 mg/mL的碳纳米颗粒悬液在甲状腺手术中常用，局部注射后可均匀分布于甲状腺组织中¹⁶。甲状腺组织被染成黑色，而甲状旁腺则不着色¹⁷，从而能够清晰区分甲状旁腺与甲状腺，使PTX手术可在不影响甲状腺的情况下进行。该方法适用于不同年龄的大鼠。碳纳米颗粒悬液的注射安全性高，对甲状腺功能影响极小¹⁸。本研究建立的碳纳米颗粒标记PTX大鼠模型在为期4周的观察期内表现出显著的低钙血症和高磷血症表型。因此，该AHypoPT模型易于建立，且表型可重复。

方案

本研究经四川大学口腔疾病研究国家重点实验室动物护理与使用委员会批准。实验前已获得相关地方机构的许可。本研究使用八只8至10周龄的雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠，平均体重为200–250 g。动物购自商业来源（见 材料表）。提供食物和水 随意摄取 在整个实验期间。

1. 制备碳纳米颗粒辅助的PTX大鼠的术前准备

1. 使用2.0%-2.5%异氟烷吸入麻醉8-10周龄大鼠，随后按10 mL/kg体重剂量腹腔注射（i.p.）三溴乙醇。通过检测瞳孔对光反射消失来确认麻醉深度充分。麻醉期间使用兽用眼膏涂抹眼睛，防止角膜干燥。
   ​注意：8-10周龄大鼠被认定为成年大鼠。然而，该建模方法也可用于低至7日龄的大鼠。
2. 将麻醉后的SD大鼠置于仰卧位，剃除颈部腹侧区域的毛发以准备手术。使用聚维酮碘棉球对术区进行消毒（参见材料表）。
3. 用手术巾覆盖动物（参见材料表），仅暴露手术区域，以尽量减少微生物污染。

2. 甲状旁腺切除术（PTX）

1. 使用手术刀从两耳之间的中点开始，沿纵轴向尾部做一条2 cm的切口。依次使用尖头、弯曲、带齿镊子解剖筋膜和脂肪层。
2. 用相对钝性的镊子在体视显微镜下（4x–5x放大倍数）分离气管旁肌肉，暴露气管。
3. 在气管两侧寻找蝶形甲状腺的左叶和右叶。
4. 使用带有30 G斜面针头的10 µL注射器，将1 µL碳纳米颗粒悬浮液（见材料表）注射至甲状腺被膜下方。5分钟后，用生理盐水冲洗手术区域，清除覆盖在甲状腺被膜上的多余碳纳米颗粒悬浮液。
   注意：推荐的注射部位为甲状腺叶的内侧部分，该区域血管较少。碳纳米颗粒悬浮液在甲状腺手术中常用于检测淋巴结。通过染色甲状腺而甲状旁腺不着色，有助于识别后者。
5. 约5分钟后检查，确认甲状腺变为黑色，而甲状旁腺未被染色。使用体视显微镜光源或台灯，在普通光线下观察被凸显的甲状旁腺。
   注意：通常情况下，啮齿类动物有两枚泪滴状的甲状旁腺，分别位于甲状腺左右表面。偶尔可能在更远的位置发现额外的甲状旁腺。
6. 使用显微外科镊子和剪刀精确切除未染色的甲状旁腺。如有出血，可用无菌棉球或明胶海绵进行止血。
7. 使用6-0聚乳酸羟基乙酸共聚物缝线（见材料表），采用间断水平褥式缝合法逐层缝合肌肉、脂肪层和皮肤。
8. 对于假手术组，执行术前准备和甲状旁腺切除术（PTX）的所有步骤，但省略第2.6步。对大鼠实施麻醉，分离气管上方组织，定位甲状旁腺但不予切除，并与PTX组大鼠一同进行术后恢复和观察。

3. 术后恢复与观察

1. 术后将大鼠置于恒温电热毯（37 °C）上以维持体温。每12小时皮下注射一次盐酸丁丙诺啡，剂量为0.01 mg/kg，作为术后镇痛。当大鼠开始活动并试图爬行时，将其转移至无菌笼中。 
2. 术后密切观察大鼠2小时。将大鼠送回饲养室，进行常规观察并记录其状态。
3. 术后7天从尾静脉抽取10 µL血液。测定血清Ca²⁺，血清Pi和血清PTH采用合适的商用试剂盒检测（见 材料表）。成功的甲状旁腺切除术可使血清离子化钙水平降低²⁺ 低于假手术组大鼠的2级标准差（9.00 mmol/L，n = 16）。
   注意：使用统计与绘图软件（参见 材料表采用 Student t 检验比较假手术组与 PTX 组之间的血清和尿液参数。 p < 0.05 被认为具有统计学显著性。血清和尿液中的 Ca²⁺ 并使用商用试剂盒按照制造商说明书测定血清无机磷、尿素和肌酐（参见 材料表）。采用市售ELISA试剂盒检测血清I型胶原C端肽和骨钙素（见 材料表).

结果

在解剖显微镜下首次观察了大鼠甲状旁腺的位置和数量。注射碳纳米颗粒前，甲状腺呈半透明红色，在显微镜下几乎无法分辨甲状旁腺（图1A）。注射纳米颗粒后，甲状腺被染成黑色，而甲状旁腺未被染色（图1B）。通过仔细分离颜色较浅的甲状旁腺，可保持甲状腺不受影响（图1C）。通常，甲状旁腺分布在甲状腺的外侧或后缘。

图 1：手术过程中甲状腺与甲状旁腺的外观。

讨论

流行病学报告表明，甲状腺疾病的检出率显著上升，相关手术的数量也随之增加^19,20。术后甲状旁腺功能减退症的发病率为约7.6%^8,21，而获得性甲状旁腺功能减退症发病率的上升使得这一罕见疾病获得了更多的研究关注。因此，建立一个合适的动物模型以研究该疾病的发病机制并评估新型治疗方法的效果显得尤为重要。然而，目前可用的动物模型十分有限，且在构建模型过程中，手术的成功率、动物的存活率以及操作难度仍存在诸多问题。本课题组此前曾报道了两种小鼠甲状旁腺功能减退症（HypoPT）模型。在PTHcre⁺/Rosa-mTmG小鼠中，甲状旁腺被荧光标记，有助于精确分离甲状旁腺，该方法也有助于发现解剖位置异常的甲状旁腺，从而提高手术成功率¹⁴。另一种建模方法采用转基因小鼠，其甲状旁腺细胞可被白喉毒素靶向，随后通过系统性给予白喉毒素即可破坏甲状旁腺，无需实施手术...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
0.9% 氯化钠溶液	Kelun Co. 四川，中国
10 µL 30G NanoFil 注射器	WPI
带针 6-0 聚乳酸-910 缝合线	Ethicon, Inc	J510G
钙 LiquiColor 检测试剂	EKF	0155-225	用于 Ca2+ 分析
碳纳米颗粒混悬注射液	Lummy，重庆，中国	H20073246	1 mL : 50 mg
肌酐（Cr）检测试剂盒（肌氨酸氧化酶法）	建城，南京，中国	C011-2-1	用于肌酐分析
一次性手术刀	新华，中国
Dumstar 生物镊	新华，中国
微型解剖弹簧剪	新华，中国
MicroVue 大鼠完整甲状旁腺激素 ELISA 试剂盒	Immunotopics	30-2531	用于测定大鼠血清中的 PTH
持针器	新华，中国
磷 Liqui-UV 检测试剂	EKF	0830-125	用于无机磷（Pi）分析
多层纱布	维安，河南，中国
聚维酮碘	永安制药有限公司，成都，中国
Prism 9.0（统计与绘图软件）	GraphPad Software, Inc.，加利福尼亚州圣地亚哥，美国		https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/
大鼠 I 型胶原 C-端肽（CTX-I）ELISA 试剂盒	CUSABIO，武汉，中国	CSB-E12776r	用于 CTX-I 分析
大鼠骨钙素/骨 Gla 蛋白（OT/BGP）ELISA 试剂盒	CUSABIO，武汉，中国	CSB-E05129r	用于骨钙素分析
安全单刃剃须刀片	American Safety Razor Company	66-0089
Sprague-Dawley 大鼠			8 至 10 周龄
手术切口巾	良友，四川，中国
尿素检测试剂盒	建城，南京，中国	C013-2-1	用于尿素分析