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一种通过透析液和导管建立的具有临床相关性的小鼠腹膜纤维化模型

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DOI：

10.3791/63901

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2022年6月10日

 , 
1Department of Integrated Diagnostics & Therapeutics, National Taiwan University Hospital, 2Renal Division, Department of Internal Medicine, National Taiwan University Hospital, 3Graduate Institute of Physiology, National Taiwan University College of Medicine

通讯作者： Shuei-Liong Lin <linsl@ntu.edu.tw>

本文内容

摘要

严重的腹膜纤维化患者具有较高的发病率和死亡率。腹膜纤维化的机制尚不明确。在本研究中，我们描述了一种通过注射腹膜透析液诱导的简单的小鼠腹膜纤维化实验模型。

摘要

腹膜纤维化可发生于接受腹膜透析（PD）的患者，严重腹膜纤维化患者的发病率和死亡率较高。腹膜炎、高葡萄糖腹膜透析液以及长期进行腹膜透析均会诱发腹膜纤维化的发生。由于人体和细胞研究存在局限性，开展腹膜纤维化的动物研究十分必要。 体外 研究。然而，大多数动物模型无法模拟临床状况。为了研究腹膜纤维化，我们开发了一种具有临床相关性的小鼠模型，通过植入腹膜导管，并在21天内每天向腹腔内注射2.5%高葡萄糖腹膜透析液联合20 mM甲基乙二醛（MGO）。腹膜导管的植入避免了穿刺针引起的腹膜损伤，并更贴近临床腹膜透析患者的情况。免疫荧光染色显示，肌成纤维细胞在纤维化的腹膜中积聚。实验组的小鼠超滤量降低，腹膜膜转运功能（腹膜平衡试验）受损。本文中，我们提供了该模型的详细操作方案。

引言

腹膜透析（PD）是终末期肾病（ESRD）患者接受的一种肾脏替代治疗方式，约有11%的ESRD患者采用该疗法1。研究表明，接受PD治疗的患者可发生腹膜纤维化2。包裹性腹膜硬化症（EPS）是腹膜纤维化的一种严重形式，具有较高的发病率和死亡率3。腹膜纤维化的危险因素包括腹膜炎、高葡萄糖腹膜透析液、长期PD治疗以及遗传因素4。腹膜纤维化的机制涉及腹膜微环境的复杂变化以及不同类型细胞之间的相互作用。体外实验和临床观察在揭示腹膜纤维化机制方面存在局限性，因此需要动物模型。在人类疾病研究中，通常使用狗、兔、猪、大鼠和小鼠等实验动物5，其中小鼠因体型小、成本低且易于操作而成为最常用的实验动物。此外，利用谱系示踪技术可在小鼠疾病模型中对特定细胞进行研究。

建立合适的动物模型有助于理解腹膜纤维化的病理生理学机制。理想的模型应具备成本低廉、易于复制的特点，并能为腹膜纤维化的临床治疗提供依据。

目前可用的腹膜纤维化动物模型是通过每日腹腔注射高葡萄糖透析液持续28天、每周三次注射氯己定葡糖酸盐（CG）持续3周，或单次注射次氯酸钠建立的6,7,8。然而，这些模型存在局限性。尽管高葡萄糖透析液注射与临床实践高度相关，但仅能诱导轻度腹膜纤维化，无法重现重度腹膜纤维化（如腹膜硬化性包裹综合征，EPS）的临床状况。CG或次氯酸盐可通过化学损伤诱导出类似EPS的重度腹膜纤维化9。然而，CG和次氯酸盐诱导腹膜损伤和纤维化的机制可能与高葡萄糖透析液不同。

本研究描述了建立小鼠腹膜纤维化模型的实验方案。在此模型中，首先插入腹膜透析导管，随后连续21天每日注射高葡萄糖腹膜透析液联合甲基乙二醛（MGO）。MGO是腹膜透析液中一种有毒的葡萄糖降解产物，可促进晚期糖基化终末产物的形成，从而诱导炎症反应和血管生成10,11。在高葡萄糖腹膜透析液中添加MGO可诱导肌成纤维细胞积聚，并促进腹膜纤维化。因此，该模型能够模拟临床病理状态。

方案

实验经中国台湾大学医学院与公共卫生学院机构动物照护及使用委员会（IACUC）批准并依照其规定进行。所有小鼠均在标准护理条件下饲养。

1. 动物实验

  1. 使用11周龄以上的雄性和雌性C57BL/6野生型（WT）小鼠。
  2. 准备手术材料，包括小鼠用4法式硅胶套管、手套、手术巾、导管、缝线和针头。
  3. 按以下步骤植入小鼠套管：
    1. 通过皮下注射给予小鼠氯胺酮/赛拉嗪（100/10 mg/kg体重）进行麻醉。
      1. 在手术过程中监测小鼠的呼吸频率和麻醉深度，以确保麻醉状态。
        注意：若小鼠呼吸变得急促而浅表，应追加先前剂量的20%。
    2. 将小鼠置于俯卧位，在左侧背部剃毛并清洁一块2 cm × 3 cm的区域，用聚维酮碘对皮肤进行消毒。
    3. 在左侧背部皮肤上做一个1.5 cm长的切口。
    4. 仔细分离左侧背部皮肤与肌肉之间的组织，创建一个1 cm × 2 cm的空间用于植入套管。
    5. 在左侧背部肌肉上穿刺一个小孔。
    6. 将小鼠套管的4法式远端部分完全插入腹腔内。
    7. 使用4-0尼龙缝线将套管根部固定于背部肌肉上。
    8. 将套管头部置于皮肤与背部肌肉之间。
    9. 用回形夹（7 mm）闭合皮肤。
      注意：由于小鼠常会啃咬伤口，回形夹优于缝线。
    10. 在套管植入7天后开始实验，将小鼠随机分为实验组和对照组。
    11. 注射液体前，用聚维酮碘对穿刺部位皮肤进行消毒。
    12. 实验组每日腹腔注射2.5%腹膜透析液（PDF）并含20 mM MGO，总体积为2 mL，持续21天；对照组注射生理盐水（NS）。

2. 腹膜功能测试（腹膜平衡试验）

  1. 配制2.5%腹膜透析液（2 mL），并测定腹膜透析液的葡萄糖浓度，定义为初始葡萄糖浓度（D0）。
  2. 将腹膜透析液注入小鼠腹腔导管端口。
  3. 30分钟后，通过过量异氟烷（100%）麻醉处死小鼠。
  4. 用注射器收集腹腔内液体，测定液体体积，定义为超滤量。
  5. 测定腹腔内液体的葡萄糖浓度，定义为最终葡萄糖浓度（D）。
  6. 计算腹膜平衡或腹膜功能12。
    ​注意：腹膜平衡试验12 = 腹膜透析液最终葡萄糖浓度（D）/ 腹膜透析液初始葡萄糖浓度（D0）。葡萄糖浓度采用己糖激酶法，通过生化分析仪检测13。

3. 组织制备与组织学分析

  1. 收集腹膜组织：右上腹壁（1 cm x 1 cm）和肝脏。用4%多聚甲醛固定腹膜组织2小时，然后在18%蔗糖溶液中过夜。7.
  2. 制备4 µm厚的腹膜组织冰冻切片，并按照先前发表的方法进行组织学分析7.
  3. 进行免疫荧光染色。
    1. 使用以下蛋白的一抗进行免疫标记：α-平滑肌肌动蛋白（SMA；2 h，1:200）用于检测肌成纤维细胞，细胞角蛋白（2 h，1:200）用于检测间皮细胞，以及4′,6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）（5 min，1:1000）用于检测细胞核。
  4. 以适当的形式展示所获得的数据。
    注意：本研究中数据以均值 ± 标准误表示。统计分析采用适当的统计分析软件进行。材料表），统计学显著性通过单因素方差分析或 t 检验进行评估。

结果

对腹膜组织的组织学进行检查，结果显示，腹透液联合MGO（PDF）组成功诱导了腹膜纤维化。对肝脏表面脏层腹膜进行免疫荧光染色，显示PDF组损伤腹膜中肌成纤维细胞的积聚较对照组更多。图1）。如图所示 图2A，PDF组的超滤量低于对照组。如图所示 图2BPDF组的腹膜平衡试验结果较对照组有所降低。这些结果表明，连续21天每日注射2.5% PD液联合MGO可成功诱导腹膜炎症与纤维化。

免疫荧光显微镜显示组织样本中细胞角蛋白、αSMA 和细胞核的染色情况。
图1：肌成纤维细胞在受损的腹膜中积聚。 (A免疫荧光染色显示，肝脏表面的脏层腹膜上存在细胞角蛋白-FITC标记的间皮细胞。B) PD液体联合甲基乙二醛导致损伤的腹膜中αSMA-RFP+肌成纤维细胞积聚，且间皮细胞丢失。比例尺： 20 µm原始放大倍数：630×。 请点击此处以查看此图的放大版本。

超滤量和葡萄糖比较；柱状图；显著性水平标注；NS 与 PDF 比较。
图 2：腹膜透析液联合甲基乙二醛损害腹膜功能。 腹膜透析液（PDF）组的（A）超滤量和（B）腹膜平衡均低于对照组（NS）。数据以均值 ± 标准误表示，P < 0.005。 请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

腹膜分为脏层腹膜和壁层腹膜，分别覆盖腹腔器官和腹壁。腹膜由单层间皮细胞、间皮下层、浆膜、成纤维细胞、淋巴细胞以及分泌的蛋白质组成14。腹膜纤维化表现为间皮细胞的丢失和剥脱、间皮下层增厚，以及大量炎性细胞（如肌成纤维细胞和巨噬细胞）的积聚4,14。

腹膜纤维化的动物模型采用腹膜透析来诱导急性和慢性腹膜炎症。既往的急性腹膜炎症模型通过Staphylococcus epidermidis 无细胞上清液、细菌性腹膜炎以及含脂多糖的腹膜透析液来建立6,15,16。研究表明，在腹膜透析液中添加脂多糖可诱导炎症细胞浸润，并增加腹膜细胞因子的产生和溶质转运15。既往的慢性腹膜炎症模型包括使用高葡萄糖腹膜透析液（含或不含MGO）、转化生长因子-β1的过表达，或使用低pH溶液、次氯酸钠及葡萄糖酸氯己定（CG）造成的化学性损伤所诱导的腹膜纤维化6,7,8,9,17,18,19。化学性腹膜损伤可导致一种严重的纤维化类型，即腹膜硬化症（EPS）7。

植入PD导管可模拟接受腹膜透析的临床终末期肾病患者，避免因反复使用针头进行腹腔注射而导致的腹膜损伤。在此模型中，将小鼠导管端口植入背部，便于固定小鼠。该模型易于复制，可用于腹膜相关研究。

该模型的局限性在于实验小鼠具有正常的肾功能，而非尿毒症状态。尿毒症模型可能更接近临床终末期肾病（ESRD）患者。然而，尿毒症模型会伴随高钾血症和代谢性酸中毒等并发症，且六分之五肾切除手术的成功率依赖于操作者的技术水平。

披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本工作由国立中国台湾大学医院（NTUH）111-UN0026 项目资助。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
广谱细胞角蛋白抗体abcamab9377
贝克曼库尔特Beckman CoulterAU5800生化分析仪
DAPI，4′,6-二脒基-2-苯基吲哚抗体Sigma-Aldrich98718-90-3
手术巾任意
FITC标记山羊抗兔抗体Jackson ImmunoResearch 二抗111-095-144
手套任意
GraphPad PrismGraphPad SoftwareGraphPad Software 9.0
凯利钳任意
甲基乙二醛（MGO）Sigma-Aldrich
Mini-UTE 小鼠套管Access TechnologiesMMP-4S 061108B小鼠4-French硅胶套管
单克隆抗肌动蛋白，α-平滑肌-Cy3抗体Sigma-AldrichC6198
针头任意
7 mm 反折夹任意
4-0 尼龙缝线任意

参考文献

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