我们描述了一种通过肠道操作建立的小鼠术后肠梗阻模型。在手术后24小时评估了胃肠道传输功能、病理变化以及免疫细胞的活化情况。
我们描述了一种通过肠道操作建立的小鼠术后肠梗阻模型。在手术后24小时评估了胃肠道传输功能、病理变化以及免疫细胞的活化情况。
大多数患者在术后会出现术后肠梗阻(POI),这与发病率、死亡率以及住院时间的增加相关。POI 是手术过程中机械性损伤所导致的后果,会引起胃肠道运动功能的紊乱。POI 的发生机制与神经元敏感性异常、上皮屏障功能受损以及局部炎症反应增强有关。然而,其具体机制仍不明确。因此,实验性小鼠模型对于阐明 POI 损伤的病理生理机制以及开发新型治疗方法至关重要。
本文介绍了一种通过肠道操作(IM)建立的小鼠术后肠梗阻(POI)模型,该模型模拟了临床手术过程;具体操作是使用棉签对腹部进行1至3次按摩,从而对小肠造成机械性损伤。术后24小时,通过FITC-葡聚糖灌胃及检测消化道各节段的荧光信号,评估胃肠道传输功能,结果显示IM导致胃肠道传输延迟。此外,通过苏木精-伊红染色和流式细胞术分析了黏膜下层组织水肿及免疫细胞浸润情况。IM操作中施加适当的压力以及在肠道上产生充血效应,是该方法成功的关键。这一小鼠POI模型可用于研究腹部手术后肠道损伤与恢复的机制。
术后肠梗阻(POI)是一种在人类健康领域中具有重大挑战性的综合征,尤其在接受腹部手术的患者管理中尤为突出。POI以胃肠道运动功能恢复延迟为特征,导致住院时间延长和医疗成本增加,然而目前尚无公认的定义、病因或治疗方法1。近期研究表明,免疫细胞在POI进展中发挥关键作用2,3,4,但仍需进一步研究以阐明其潜在机制。
在本实验方案中,我们介绍了一种通过腹腔内手术诱导小鼠术后肠功能障碍(POI)的动物模型,该模型能够较好地模拟腹部手术对消化道的影响。我们的目标是提供一种标准化的小鼠POI建模方法,以帮助研究人员深入探究其病理生理机制,并探索新的治疗干预手段。
开发和利用该技术的理论基础在于需要可靠的临床前模型来研究术后肠梗阻(POI)。传统的POI研究方法往往缺乏转化相关性,或无法充分反映导致该病症的多种因素之间的复杂相互作用。通过建立一种能紧密模拟临床情况的小鼠模型,研究人员可以在受控的实验环境中更准确地探究POI的潜在机制,并评估潜在的治疗干预措施。
与替代技术相比,本方案中介绍的小鼠POI模型具有多项优势。首先,我们将实验结果与最新研究进展相结合,建立了一套标准化且可重复的实验动物POI诱导方案,该方案有助于对胃肠道传输功能进行一致性评估。其次,通过采用组织学染色和流式细胞术,能够评估组织肿胀、免疫细胞增殖及活化情况,从而为揭示POI背后的炎症机制提供重要见解5。
从现有文献的整体背景来看,建立一种小鼠的术后肠梗阻(POI)模型有助于拓展对该疾病病理生理机制的研究。通过连接基础科学与临床实践之间的桥梁,临床前模型在开发针对POI的新型治疗策略中发挥着关键作用6。此外,标准化动物模型的可获得性提高了不同实验室之间研究结果的可重复性和可比性。然而,该POI模型依赖于手术过程中施加的机械刺激,其他类型的刺激诱发性肠梗阻可能不适用于此模型。此外,研究人员在使用该模型设计实验时,还应考虑动物福利法规、伦理问题以及资源可及性等因素。
总之,卵巢功能不全(POI)小鼠模型的建立标志着这一致残性疾病在临床前研究领域取得了显著进展。此外,我们采用苏木精和伊红(H&E)染色以及流式细胞术来评估组织肿胀及免疫细胞的增殖与活化情况。小鼠POI模型的建立将有助于揭示POI的发病机制,并推动针对POI的新型治疗方法的研发。
动物饲养和实验操作均遵循《实验动物护理与使用指南原则(中国)》,并经北京友谊医院伦理审查委员会批准(编号:20-2056)。本研究采用 C57BL/6 小鼠(8–12 周龄)。
1. 手术准备
2. 麻醉
3. 手术
4. 胃肠传输实验
5. 石蜡包埋和苏木精-伊红(HE)染色
6. 免疫细胞分离与流式细胞术
在本实验方案中,通过肠操作(IM)手术诱导术后肠梗阻(POI),该方法模拟了临床手术的影响。假手术组仅进行切口,但不进行肠操作。在POI手术后24小时,处死POI小鼠及假手术对照组小鼠。通过灌胃给予FITC-葡聚糖检测消化道的关键功能——内容物传输功能。由于在小肠近端的FITC荧光强度增加,表明POI模型构建成功(图2B)。通过计算平均胃肠传输指数(GCs)来量化IM引起的传输功能障碍,并用以反映手术操作的一致性(图2C)。
HE染色显示了消化道不同节段的形态学特征(图3)。在POI诱导后24小时,十二指肠和回肠的黏膜下层及平滑肌层出现肿胀(图3A、B)。与假手术小鼠相比,POI小鼠十二指肠的HE染色显示免疫细胞浸润增加(图3A)。
多色流式细胞术分析是评估免疫细胞比例、状态和功能的核心方法。将肠道组织用胶原酶和脱氧核糖核酸酶消化后,制备成单细胞悬液用于流式细胞术检测。通过设门策略确定肠上皮内淋巴细胞(LPLs)中CD3 T细胞及相关亚群的比例(图4A)。在POI小鼠中,CD69(活化和黏附标志物)以及CD4 T细胞、CD8 T细胞和γδ T细胞的表达均上调(图4B)7。类似地,CD44+ PD-1+(活化、终末分化及耗竭标志)亚群的比例也呈上升趋势(图4C)7。除了淋巴细胞外,骨髓来源细胞亚群(中性粒细胞、树突状细胞和巨噬细胞)的比例在IM手术后也有所增加(图4D)8。

图1:术后肠麻痹的小鼠模型。(A)术后肠麻痹小鼠模型的示意图。(B)麻醉后固定小鼠并剃毛。(C)暴露切口并用医用无菌纱布覆盖。(D)通过腹部切口将肠管挤出腹腔,并置于无菌纱布上暴露。(E)用湿润的无菌棉签暴露整个小肠。(F)用手术缝线关闭肌层。请点击此处查看该图的放大版本。

图2:用于评估消化道功能的胃肠道通过实验。 手术后22.5小时,假手术组或术后肠梗阻(POI)小鼠经口灌胃给予FITC-葡聚糖溶液,并于90分钟后处死。(A) 消化道按生理位置分为15个肠段并编号。(B) 假手术组与POI小鼠各肠段的FITC荧光强度。(C) 计算并以小提琴图形式展示给予的FITC-葡聚糖在体内的几何中心位置。请点击此处查看该图的放大版本。

图 3:术后肠梗阻(POI)小鼠小肠的代表性苏木精-伊红(HE)染色。 假手术组与 POI 小鼠的(A)十二指肠和(B)回肠横切面的 HE 染色结果。比例尺:100 µm 或 25 µm(插图中放大图像)。 请点击此处查看该图的高清版本。

图4:POI小鼠小肠免疫细胞的代表性流式细胞术分析。(A)术后24小时POI小鼠小肠组织中T细胞群体的流式细胞术设门策略。(B)假手术组与POI小鼠小肠中CD4 T细胞、CD8 T细胞及γδ T细胞表达活化标志物CD69+的比例。(C)假手术组与POI小鼠小肠中CD4 T细胞、CD8 T细胞及γδ T细胞表达CD44+ PD-1+活化标志物的比例。(D)假手术组与POI小鼠小肠中CD45+ Aqua-活免疫细胞中中性粒细胞(Ly6G+ CD11b+)、树突状细胞(CD11c+ MHC-II+)和巨噬细胞(CD11b+ F4/80+)的比例。每个图中的数值代表相应细胞类型的百分比。请点击此处查看该图的放大版本。
手术的成功依赖于多个关键步骤。首先,在肠道壁内(IM)手术过程中保持操作的一致性至关重要,以对小肠造成广泛的损伤。在IM操作过程中施加适当的压力,以及由此在肠壁上产生的充血效应,是手术成功的关键。用棉签擦拭后观察到整个消化道变为粉红色,并出现红色出血点,是手术成功的指标。此外,术后平均GC值维持在约5,表明与假手术小鼠相比,该模型构建成功。通过苏木精-伊红(HE)染色显示的黏膜下层组织水肿及免疫细胞浸润的显微镜检查,也是验证术后肠麻痹(POI)严重程度的关键步骤。
为了优化实验结果或解决遇到的问题,可能需要对实验方案进行调整。例如,为了准确显示肠上皮的形态学变化,建议使用卡诺氏固定液(Carnoy's fixative)将肠道组织连同其内容物一起包埋9。这种独特的包埋方法可实现快速固定,对于保持组织形态至关重要。然而,如果研究目标集中在上皮层或固有层,建议采用改良的瑞士卷技术进行肠道组织的石蜡包埋10。该技术可压缩肠道组织间的间隙,并确保绒毛方向一致,从而便于将整个小肠包埋于单个石蜡样本中。
尽管该方案具有实用性,但仍存在一些局限性。其一,该方案依赖于动物模型,而动物模型可能无法完全复制人类病理生理学的复杂性。此外,手术技术的差异以及个体小鼠的反应差异可能导致实验结果的变异性。根据我们最近的研究,由同一名操作者完成实验是减少操作者依赖性变异的重要原则。此外,Van 等人介绍了一种自制装置,可对肠道施加特定重量,从而在不同小鼠之间对肠系膜(IM)施加一致的压力11。该方法在维持模型一致性方面确实具有重要价值。
本方案通过在小鼠中采用肌间神经丛(IM)手术诱导术后肠梗阻(POI),提供了一种标准化的方法,对该领域具有重要贡献。通过阐明关键操作步骤,并针对组织包埋和免疫细胞分离提供改进方案,本方案提高了POI建模的可重复性和可靠性。利用流式细胞术7,8进行免疫细胞分析,可全面探究POI发病机制中潜在的免疫反应,不仅补充了现有技术,也拓展了我们对这一复杂综合征的理解。
本文所述方案对未来致力于理解与治疗原发性卵巢功能不全(POI)的临床前研究具有广阔前景。通过优化手术技术并改进组织处理方法,研究人员可进一步探索POI发生发展的潜在机制,并鉴定新的治疗靶点。此外,该方案与流式细胞术的兼容性使得能够进行深入的免疫谱分析,为研究旨在缓解POI症状的免疫调节干预措施提供了新途径。总体而言,该方案为推进我们对POI的认识以及开发靶向治疗策略以改善患者预后奠定了基础。
作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢北京临床研究中心和北京友谊医院的实验动物中心提供动物护理。本工作由国家关键技术研发项目资助&D 计划(编号:2015BAI13B09)、北京市自然科学基金(编号:7232035)、国家自然科学基金(编号:82171823、82374190)以及北京友谊医院杰出青年学者项目(编号:yyqcjh2022-4)
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 M HEPES | Thermo | 15630080 | |
| APC 抗小鼠 I-A/I-E (MHC-II) | Biolegend | 107614 | |
| APC 抗小鼠 TCRb | Biolegend | 109212 | |
| APC/Cy7 抗小鼠 CD4 | Biolegend | 100414 | |
| APC/Cy7 抗小鼠 Ly6G | Biolegend | 127624 | |
| Brilliant Violet 421 抗小鼠 CD69 | Biolegend | 104545 | |
| Brilliant Violet 421 抗小鼠 F4/80 | Biolegend | 123132 | |
| Brilliant Violet 785 抗小鼠/人 CD44 | Biolegend | 103041 | |
| BUV395 抗小鼠 CD8a | BD | 563786 | |
| BUV737 抗小鼠 CD3e | BD | 612771 | |
| 胶原酶 IV | Sigma-Aldrich | C5138 | |
| 培养显微镜 | CKX53 | Olympus | |
| 牛胰脱氧核糖核酸酶 I (DNase I) | Sigma-Aldrich | DN25-5G | |
| DL-二硫苏糖醇溶液 | Sigma-Aldrich | 43816-10ML | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | EDS-100G | |
| FITC 抗小鼠 CD45 | Biolegend | 147709 | |
| FITC-葡聚糖 (70 kWM) | Sigma-Aldrich | FD70-100MG | 胃肠道转运实验 |
| HE 染色试剂盒 | solarbio | G1120 | |
| PE 抗小鼠 CD11b | Biolegend | 101208 | |
| PE 抗小鼠 PD-1 | Biolegend | 114118 | |
| PE/Cy7 抗小鼠 CD11c | Biolegend | 117318 | |
| Percoll | GE (Pharmacia) | 17-0891-01 | |
| Symphony A5 流式细胞仪 | BD | - | 免疫细胞检测与分选 |
| 三溴乙醇 | Sigma-Aldrich | T48402 | 麻醉剂 |
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| Zombie Aqua 可固定活力检测试剂盒 | Biolegend | 423102 | 荧光细胞活力染料 |