本文介绍了使用无创实时全身体积描记法(WBP)系统测量咳嗽的方法,以及小鼠组织样本采集的标准操作流程,并概述了一些评估气道炎症的方法。
本文介绍了使用无创实时全身体积描记法(WBP)系统测量咳嗽的方法,以及小鼠组织样本采集的标准操作流程,并概述了一些评估气道炎症的方法。
慢性咳嗽是指持续超过8周的咳嗽,是最常见的需就医的临床主诉之一,患者承受着巨大的社会经济负担,并伴有明显的生活质量下降。动物模型能够模拟咳嗽复杂的病理生理过程,是咳嗽研究的重要工具。检测咳嗽敏感性及气道炎症对于研究咳嗽的复杂病理机制具有重要意义。本文介绍了利用无创、实时的全身体积描记(WBP)系统测量咳嗽的方法,以及小鼠组织样本(包括血液、肺、脾脏和气管)采集的规范操作流程。同时,本文还介绍了一些评估气道炎症的方法,包括苏木精-伊红(HE)染色肺和气管切片的病理学改变、支气管肺泡灌洗液(BALF)上清中总蛋白浓度、尿酸浓度和乳酸脱氢酶(LDH)活性,以及BALF中白细胞总数及分类计数。这些方法具有良好的可重复性,是研究咳嗽复杂病理生理机制的有力工具。
咳嗽是一种重要的防御行为,可维持气道通畅并保护肺部免受潜在有害物质的侵害。然而,当咳嗽调节失常时,便会成为一种病理状态1。慢性咳嗽通常定义为持续八周或更长时间,是最常需要就医的症状之一2。由于慢性咳嗽常持续数年,患者承受着巨大的社会经济负担,并且生活质量显著下降3,4,5。慢性咳嗽被广泛认为是一种咳嗽高敏感性综合征,其特征是频繁由低强度的热、机械或化学刺激诱发令人困扰的咳嗽6。咳嗽高敏感性的发生与气道炎症密切相关7。然而,调控咳嗽敏感性的病理生理机制仍有待进一步阐明。
动物模型能够模拟咳嗽的复杂病理生理过程,是咳嗽研究的重要工具8,9。既往研究发现,病毒感染、肺内灌注干扰素-γ(IFN-γ)、食管内灌注盐酸、污染物暴露、香烟烟雾以及柠檬酸等均可在动物中诱导咳嗽反应10,11,12,13,14,15,16,17。为了更好地评估咳嗽和气道炎症,本研究采用非致死剂量的H1N1病毒建立了小鼠咳嗽模型。在咳嗽检测方面,临床上已建立了一些咳嗽测量工具,包括主观和客观方法18。用于评估咳嗽严重程度的主观评价工具主要包括视觉模拟评分、咳嗽评分以及生活质量问卷等19,20。然而,这些方法难以应用于动物咳嗽的评估。此外,咳嗽还可通过咳嗽激发试验和咳嗽频率监测进行客观评估。利用全身体积描记(WBP)系统进行的咳嗽激发试验是一种在动物研究中广泛应用的客观方法,可用于测量咳嗽敏感性并揭示咳嗽的潜在机制13,16。基于咳嗽反射的神经解剖学特征,柠檬酸、辣椒素、腺苷5'-三磷酸(ATP)、烯丙基异硫氰酸酯(AITC)以及炎症介质缓激肽等常被用作致咳剂以诱导咳嗽21,22。其中,柠檬酸是最早且应用最广泛的致咳剂之一,已被验证可用于测量咳嗽敏感性。此外,柠檬酸激发试验具有良好的安全性、可行性和耐受性,被推荐用于评估咳嗽治疗对咳嗽反射敏感性的影响23。因此,本文将描述利用非侵入性、实时的WBP系统在小鼠中测定对柠檬酸咳嗽敏感性的方法。
咳嗽病理生理学的研究需要检测样本,包括血液、支气管肺泡灌洗液(BALF)以及肺和气管组织样本,以验证关键因子水平的变化24。目前尚缺乏获取小鼠组织样本的规范化操作流程,相关研究采用的不同方法使得气道炎症的评估变得复杂。支气管肺泡灌洗是评估呼吸系统疾病中气道炎症的重要方法25。不同的支气管肺泡灌洗方法将导致相关研究之间缺乏可比性。此外,不同的支气管肺泡灌洗方法会影响BALF中的炎性细胞和炎性细胞因子。因此,本文将介绍采用非致死剂量H1N1病毒建立小鼠咳嗽模型、利用WBP系统测量咳嗽反应,以及一种可靠、安全且成功率高的小鼠支气管肺泡灌洗方法。
所有实验程序均经广州医科大学动物护理与使用委员会批准(编号:20240248),并严格遵循批准的指南进行。本研究使用雄性SPF级C57BL/6小鼠,体重为20–25 g。所有小鼠均饲养在实底笼具中,环境温度控制在(22 ± 2)°C,湿度为(50% ± 20%),光照时间为上午6:30至下午6:30,自由摄食和饮水。实验流程的时间线见图1。
1. 咳嗽小鼠模型的建立
2. 咳嗽敏感性测量
3. 小鼠血液、脾脏、支气管肺泡灌洗液(BALF)、肺和气管组织的采集(图4)
图6展示了经HE染色的小鼠肺(图6A、B)、气管(图6C、D)和脾脏(图6E、F)中病理变化的代表性图像。H1N1病毒感染导致小鼠肺部出现炎症性改变,包括水肿以及大量淋巴细胞和中性粒细胞浸润。H1N1病毒感染还引起小鼠气管的炎症性改变,表现为纤毛脱落及炎性细胞浸润(大量淋巴细胞和少量中性粒细胞)。此外,感染还显著增加了小鼠脾脏中白髓区域面积与整个脾脏面积的比值。淋巴细胞在脾脏白髓中聚集。这一标准化的组织样本采集流程可更有效地评估气道炎症。

图1:建立咳嗽小鼠模型的实验方案。 小鼠于第0天经戊巴比妥钠麻醉后,通过鼻腔接种50 µL含H1N1病毒(0.8 × LD50)的PBS溶液,单次给药。咳嗽测量于第20天进行,次日将小鼠处死。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 2:H1N1 病毒的鼻内滴注。(A)在 50 µL PBS 中滴注 0.8 × LD50 的 H1N1 病毒。(B)用拇指将小鼠的嘴闭合。(C)将小鼠置于仰卧位。请点击此处查看该图的高清版本。

图3:咳嗽敏感性测量。(A)小鼠咳嗽检测设备与(B)咳嗽反射曲线。建模后,使用全身容积描记(WBP)系统检测雾化柠檬酸溶液(0.4 M)刺激引起的咳嗽事件次数。请点击此处查看该图的放大版本。

图4:采集小鼠血液、脾脏、支气管肺泡灌洗液(BALF)、肺组织和气管的代表性图像。(A)血液采集,(B)打开胸腔,(C)剪除左心耳,(D)肺循环灌注,(E)脾脏采集,(F)支气管肺泡灌洗,以及(G)肺叶采集和(H)气管采集,用于组织病理学分析。请点击此处查看该图的放大版本。

图 5:支气管肺泡灌洗管规格。 支气管肺泡灌洗管的长度为 5 cm。上端直径为 5 mm,下端直径为 1 mm。 请点击此处查看该图的放大版本。

图6:H1N1病毒对小鼠肺、气管和脾脏病理变化的影响。(A,B)HE染色肺组织切片中病理变化的代表性图像,分别为(A)对照组和(B)H1N1感染组。“↑”符号标记淋巴细胞(红色)和中性粒细胞(蓝色)的浸润。比例尺:50 µm。(C,D)HE染色气管组织切片中病理变化的代表性图像,分别为(C)对照组和(D)H1N1感染组。“↑”符号标记淋巴细胞(红色)和中性粒细胞(蓝色)的浸润。比例尺:20 µm。(E,F)HE染色脾组织切片中病理变化的代表性图像,分别为(E)对照组和(F)H1N1感染组。“↑”符号标记白髓(绿色)。比例尺:500 µm。 请点击此处查看该图的放大版本。
一些慢性难治性咳嗽和感染后咳嗽是与呼吸道病毒感染相关的常见病症27。为了更好地评估咳嗽敏感性和气道炎症,本研究建立了H1N1病毒感染的小鼠咳嗽模型。其他研究应根据研究目的选择合适的小鼠咳嗽模型。以往大多数研究在咳嗽的机制研究或新药试验中采用豚鼠作为动物模型28,29,30。近期研究表明,尽管小鼠的咳嗽行为仍存在争议,但由于其繁殖周期较短、可用试剂较多且易于进行遗传操作,可能适用于咳嗽病理生理学的评估16,31。本研究使用柠檬酸作为致咳剂以诱导咳嗽。柠檬酸诱发咳嗽反射的机制可能与激活颈静脉C纤维和结状神经节Aδ纤维有关32。此外,全身体积描记(WBP)系统能够以非侵入性方式测量小鼠咳嗽反射的变化,并最大限度地减少心理应激的影响。在检测咳嗽敏感性时,应尽量减少外界环境对小鼠的影响。应将小鼠置于测试室内,并用塑料袋覆盖,以减少外界环境带来的刺激。
本研究详细介绍了采集小鼠血液、脾脏、支气管肺泡灌洗液(BALF)、肺组织和气管组织的标准化操作流程,并引入了一些用于评估气道炎症的检测方法。为检测气道炎症,采用苏木精和伊红对肺组织和气管切片进行染色,以评估常规组织病理学变化24。支气管肺泡灌洗液(BALF)上清液中总蛋白和尿酸浓度的升高与气道炎症及细胞损伤相关33。BALF 上清液中乳酸脱氢酶(LDH)活性反映细胞损伤和坏死程度34。BALF 和血液中的白细胞数量可反映疾病的炎症程度35。BALF 的白细胞分类计数在慢性气道疾病气道炎症评估中被广泛应用,对于研究疾病发病机制、诊断以及制定慢性呼吸系统疾病的管理策略具有重要意义36。
本实验的局限性在于,采集大量组织样本需要对小鼠进行较长时间的手术操作,这可能影响组织样本的活性。因此,小鼠组织样本在采集后应立即置于冰上。此外,本研究中使用的支气管肺泡灌洗管适用于小鼠,但不适用于较大的动物。
综上所述,我们详细描述了小鼠咳嗽和气道炎症的检测方法。这些方法为研究人员提供了研究咳嗽复杂病理生理学的工具。
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由广州市科技计划项目(202002030151)、广州国家实验室重大项目(GZNL2024A02001)以及呼吸疾病国家重点实验室资助(SKLRD-Z-202202)支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 4% 多聚甲醛 | Biosharp | BL539A | |
| Buxco 小型动物全身体积描记系统 | DSI | — | |
| 无钙无镁 Hank’s 平衡盐溶液 | 碧云天 | C0219 | |
| 柠檬酸 | Sigma-Aldrich | C2404 | |
| 苏木精-伊红 | 宝盛生物 | BA-4098 | |
| 肝素钠 | Alfa Aesar | A16198 | |
| 甲型流感病毒 A/California/7/2009 (H1N1) | ATCC | VR-1894 | |
| 异氟烷 | RWD | R510-22 | |
| 乳酸脱氢酶检测试剂盒 | 南京建成生物工程研究所 | A020-2-2 | |
| 生理盐水 | 广州中博生物技术 | 1234-1 | |
| 巴斯德吸管 | NEST | 318415 | |
| 戊巴比妥钠 | Merck | P3761 | |
| 磷酸盐缓冲液 | 迈伦生物 | MA0015 | |
| 总蛋白检测试剂盒 | 南京建成生物工程研究所 | A045-3 | |
| 尿酸检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | A22181 |