急性炎症模型

发布时间：2025-06-16 10:49:44 阅读量：3 作者：生物检测中心

急性炎症模型：基础研究与药物评价的关键工具

引言 急性炎症是机体对有害刺激（如病原体、损伤、异物）产生的即时、非特异性防御反应，以红、肿、热、痛和功能障碍为特征。深入研究其发生发展机制及寻找有效干预策略，离不开可靠、可、针对性强的急性炎症实验模型。这些模型是探索炎症病理生理、筛选抗炎药物及评价其效力的基石。

一、急性炎症的核心病理生理过程 急性炎症反应本质上是免疫系统启动的复杂级联反应：

  1. 血管反应：
    • 血管扩张： 组胺、缓激肽、一氧化氮等介质使局部血管扩张，血流量增加（充血），导致“红”和“热”。
    • 血管通透性增高： 组胺、缓激肽、白三烯、P物质等作用于血管内皮细胞，使内皮细胞收缩、间隙增宽，血浆蛋白和液体大量渗出（水肿），导致“肿”。
  2. 白细胞募集与活化：
    • 滚动与黏附： 趋化因子（如IL-8）等上调内皮细胞黏附分子（选择素、整合素配体），使白细胞（主要是中性粒细胞）减速、滚动、牢固黏附于血管壁。
    • 渗出与迁移： 白细胞穿过内皮间隙（渗出），并在趋化因子梯度引导下向炎症灶定向迁移（趋化）。
    • 吞噬与清除： 中性粒细胞、单核/巨噬细胞到达炎症部位，吞噬病原体、坏死组织碎片。
    • 介质释放： 激活的白细胞释放活性氧（ROS）、溶酶体酶、花生四烯酸代谢产物（前列腺素、白三烯）、细胞因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）等，放大炎症反应，但也造成组织损伤。
  3. 炎症介质网络： 包含细胞源性（组胺、血清素、细胞因子、趋化因子、溶酶体酶、ROS）、血浆源性（补体系统、激肽系统、凝血/纤溶系统）介质，相互作用形成复杂调控网络。
  4. 组织损伤与修复： 适度的炎症反应有助于清除病原体和启动修复；过度或失控的炎症则导致组织损伤、功能障碍，甚至发展为慢性炎症或全身性反应。

二、常用急性炎症模型的构建原理与方法 模型选择需与研究目标（如靶器官、特定炎症阶段、机制通路）和待测药物特性相匹配。

  1. 化学诱导模型：

    • 角叉菜胶诱导大鼠足跖肿胀模型：
      • 原理： 足跖皮下注射角叉菜胶（一种多糖），激活巨噬细胞、补体系统、激肽系统，诱导大量炎症介质（前列腺素、缓激肽、组胺、细胞因子、一氧化氮）释放，导致局部血管通透性增高、血浆渗出、白细胞浸润。
      • 方法： 大鼠后足跖皮下注射角叉菜胶溶液（通常1%）。测量注射前及给药后不同时间点（如1h, 3h, 5h）足跖容积（排水法或容积测量仪）或厚度（游标卡尺）。
      • 评价指标： 肿胀度（%）、肿胀抑制率（%）；组织病理学（水肿、炎细胞浸润）；炎症介质水平（PGE2, TNF-α, IL-1β等）；髓过氧化物酶（MPO）活性（中性粒细胞浸润标志）。
      • 特点： 操作简便、重现性好、经济，广泛应用于非甾体抗炎药（NSAIDs）筛选及初步机制研究。肿胀呈双峰曲线（早期介质峰约1-3h，晚期前列腺素峰约3-6h）。
    • 醋酸诱导小鼠腹腔毛细血管通透性增高模型：
      • 原理： 腹腔注射稀醋酸溶液，刺激腹膜产生疼痛和强烈的急性炎症反应，导致局部毛细血管通透性显著增加。
      • 方法： 小鼠腹腔注射醋酸溶液（通常0.6%-1%）。同时或稍前静脉注射（尾静脉）伊文思蓝（EB）溶液。一定时间后（通常30分钟）处死动物，收集腹腔灌洗液，测定渗出液中EB染料含量（分光光度法）。
      • 评价指标： 腹腔渗出液体积、渗出液中EB含量（反映血管通透性增高程度）。
      • 特点： 操作相对简单，直接反映血管通透性变化，常作为早期炎症反应模型，用于评价药物抑制血管渗出的能力。
    • 二甲苯/巴豆油诱导小鼠耳肿胀模型：
      • 原理： 局部涂抹化学刺激物（二甲苯或巴豆油混合物）于小鼠耳廓，引起接触性炎症，导致耳组织水肿、血管扩张、通透性增加、白细胞浸润。
      • 方法： 在小鼠一侧耳廓两面均匀涂抹致炎剂（二甲苯或巴豆油），另一侧作对照（溶剂）。一定时间后（二甲苯约1-2h，巴豆油约4-6h）处死小鼠，剪下双耳，用打孔器取相同部位耳片称重。
      • 评价指标： 耳肿胀度（肿胀耳片重 - 对照耳片重）、肿胀抑制率（%）；组织病理学检查。
      • 特点： 操作便捷、直观、经济，适用于局部外用抗炎药物的筛选评价。

  2. 物理诱导模型：

    • 棉球/滤纸片诱导大鼠肉芽肿模型：
      • 原理： 皮下植入无菌棉球或滤纸片作为异物刺激，诱发慢性肉芽肿性炎症反应。虽然肉芽肿形成是慢性过程，但其早期（植入后数小时至几天）包含强烈的急性炎症反应（渗出、中性粒细胞浸润），后期（约7天后）以成纤维细胞增生、胶原沉积、新生血管形成为主。
      • 方法： 大鼠背部皮下无菌植入一定重量的灭菌棉球或圆滤纸片。通常在植入后第7天或更长时间处死动物，剥离包裹棉球/滤纸片的肉芽肿组织，称湿重，烘干后称干重。
      • 评价指标： 肉芽肿湿重、干重；组织病理学（炎细胞浸润、成纤维细胞增生、胶原含量）；羟脯氨酸含量（反映胶原沉积）。
      • 特点： 主要用于评价药物对肉芽肿增生（慢性炎症后期）的作用，但也反映对植入早期急性炎症渗出和浸润的影响。常作为糖皮质激素类抗炎药评价模型。

  3. 感染诱导模型：

    • 脂多糖诱导全身/局部炎症模型：
      • 原理： 腹腔、静脉注射或局部应用细菌内毒素脂多糖，通过激活Toll样受体4信号通路，强烈刺激免疫细胞（巨噬细胞为主）释放大量炎症因子（TNF-α, IL-1β, IL-6等），导致系统性炎症反应综合征或局部剧烈炎症。常用于模拟脓毒症或特定器官（如肺、肝）的急性炎症损伤。
      • 方法： 动物腹腔或尾静脉注射一定剂量的LPS溶液。观察动物状态，测定血清或组织中细胞因子水平（TNF-α, IL-6, IL-1β）；评估器官损伤标志物、组织病理学变化；生存率分析（高剂量LPS时）。
      • 评价指标： 血清/组织炎症因子水平；器官损伤指标（如ALT/AST、肌酐、肺湿干重比）；组织病理学评分；生存率。
      • 特点： 机制明确（TLR4通路），炎症介质风暴特征显著，是研究抗炎药物干预细胞因子风暴、脓毒症的常用模型。也可用于建立急性肺损伤、肝损伤等模型。
    • 病原体感染模型： 直接使用活细菌（如大肠杆菌、肺炎克雷伯菌）、病毒等感染动物，建立更接近临床感染性炎症的模型，用于研究宿主-病原体相互作用及抗感染抗炎策略（需在相应生物安全级别实验室进行）。

三、模型评价的关键指标 全面评价药物对急性炎症模型的作用，需结合多层面指标：

  1. 宏观表现： 肿胀度（容积、厚度、重量）、渗出液体积/染料含量、红肿程度评分、动物行为学（疼痛评分）。
  2. 生化指标：
    • 炎症介质： 血浆、血清、渗出液或组织匀浆液中前列腺素E2、白三烯B4、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等浓度（ELISA、Luminex）。
    • 酶活性： 髓过氧化物酶活性（反映中性粒细胞浸润）、环氧化酶活性。
    • 氧化应激： 丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等。
  3. 组织病理学： 通过苏木精-伊红染色观察组织炎症程度（水肿、炎细胞浸润类型与密度、组织损伤程度），进行半定量或定量评分。
  4. 分子生物学： 检测炎症相关基因（如COX-2, iNOS, TNF-α, IL-1β）在组织中的mRNA（qRT-PCR）或蛋白（Western Blot, IHC）表达水平。
  5. 细胞学研究（离体或在体）： 白细胞趋化能力测定、吞噬功能检测、免疫细胞亚群分析（流式细胞术）等。

四、模型的优势与局限性及应用注意事项

  • 优势：
    • 可控性强：诱导因素、剂量、时间点可精确操控和标准化。
    • 重现性较好：在规范操作下，结果相对稳定可靠。
    • 周期短：急性模型通常数小时至数天完成。
    • 成本相对较低（尤其啮齿类化学诱导模型）。
    • 是揭示分子机制、药物高通量初筛的理想平台。
  • 局限性：
    • 物种差异： 啮齿类模型结果外推至人类需谨慎（免疫系统、代谢差异）。
    • 简化性： 模拟的是特定刺激下的急性反应，难以完全人类复杂疾病的异质性和慢性演变过程。
    • 诱导剂特异性： 不同模型主要激活的炎症通路可能不同（如角叉菜胶主要涉及前列腺素，LPS主要涉及TLR4/细胞因子）。
    • 安慰剂效应/应激反应： 注射、操作本身可引起应激反应，需严格设立对照组（空白对照、溶剂对照、阳性药对照）。
  • 应用注意事项：
    1. 明确研究目标： 根据研究问题（机制通路？药物筛选？）选择最匹配的模型（靶器官？炎症阶段？）。
    2. 严格实验设计： 遵循动物伦理原则（3R原则），确保分组随机化、盲法评价、足够的样本量。
    3. 设立合理对照： 必须包括阴性对照组（正常/溶剂对照）和阳性对照组（已知有效药物，如吲哚美辛用于角叉菜胶模型，地塞米松用于LPS/肉芽肿模型）。
    4. 标准化操作： 动物品系、周龄、性别、饲养条件、致炎剂浓度/剂量/体积、给药途径/剂量/时间点、评价指标方法与时间点等需高度一致。
    5. 多指标综合评价： 避免仅依赖单一指标（如仅看肿胀度），结合宏观、生化、病理、分子等多层面证据。
    6. 结合离体实验： 用细胞模型（如LPS刺激巨噬细胞）验证药物直接作用及初步机制。
    7. 理解模型局限性： 对结果的解释需考虑模型本身的不足，阳性结果需在更复杂模型或临床试验中进一步验证。

五、结论 急性炎症模型是基础免疫学和抗炎药物研发中不可或缺的工具。从经典的化学刺激（角叉菜胶、醋酸、二甲苯）到涉及特定通路激活的LPS模型，每种模型都有其独特的应用场景和优缺点。研究者需深刻理解目标疾病的病理生理特征、各种模型的诱导原理和局限性，进行精准选择和严谨设计。通过多维度指标综合评价药物效应，结合离体研究和更贴近临床的复杂模型（如基因修饰动物模型、类器官等），才能更有效地利用急性炎症模型阐明机制并发现具有转化潜力的抗炎治疗策略。恪守实验动物伦理规范，不断改进模型以更好地模拟人类疾病，是未来研究的重要方向。

参考文献（示例格式，实际应引用具体文献）

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