大鼠单侧肾切除模型

大鼠单侧肾切除（UNX）模型：原理、方法与应用

一、引言

肾脏是维持机体稳态的核心器官，承担排泄、内分泌及代谢调节等关键功能。当功能性肾单位大量丢失（如慢性肾病、肾切除术后），残留肾单位会发生代偿性适应，包括肾小球高滤过、肾小管高代谢等。短期内这是一种适应性修复机制，但长期持续可导致肾小球硬化、肾小管间质纤维化，最终进展至终末期肾病。深入研究这一过程对于理解慢性肾病进展机制、开发防治策略至关重要。

大鼠单侧肾切除（Unilateral Nephrectomy, UNX）模型是模拟残留肾功能代偿及其长期后果的经典实验范式。该模型操作相对简单、稳定性高、重复性好，已被广泛应用于：

1. 残留肾代偿机制研究： 探索肾单位减少后，肾小球血流动力学、肾小管功能、分子信号通路（如RAAS、TGF-β）的变化规律。
2. 慢性肾病进展机制研究： 观察肾小球硬化、肾小管萎缩、间质纤维化等病理改变的发生发展过程及驱动因素。
3. 肾毒性评估： 研究药物、环境毒素等在残留肾负荷增加背景下对肾脏的损伤作用及机制。
4. 干预措施评价： 评估潜在治疗药物（如ACEI/ARB、抗纤维化药物）、营养干预、干细胞治疗等对延缓残留肾损伤的保护效应。

二、模型建立方法

(一) 实验动物准备

1. 动物选择：

   • 品系： 常用Sprague-Dawley (SD)、Wistar大鼠。雄性使用更为普遍（避免雌激素周期影响），雌性也可用于特定研究。
   • 年龄与体重： 通常选择8-12周龄、体重200-300克的健康成年大鼠。年龄和体重需保持一致，以减少个体差异。
   • 适应性饲养： 动物购入后，在标准清洁级动物房（温度22±2°C，湿度50±10%，12h/12h光暗循环）中适应性饲养至少1周，自由饮水摄食。
   • 术前禁食： 手术前禁食6-12小时（不禁水），以减少麻醉风险。

2. 伦理审查与镇痛：

   • 所有动物实验方案必须事先获得机构动物伦理委员会的审查批准，严格遵守动物福利原则（3R原则）。
   • 术前、术中及术后需提供有效的镇痛管理。

(二) 手术操作流程

大鼠单侧肾切除通常选择左侧经腹或经腰背切口入路，右侧肾脏因其位置较深、紧邻主要血管和下腔静脉，手术风险较大，故较少作为切除侧。

1. 麻醉：

• 推荐使用吸入麻醉（如异氟烷或七氟烷）或注射麻醉（如腹腔注射氯胺酮/赛拉嗪混合液）。麻醉深度需适宜，确保动物无痛觉、肌肉松弛良好。
• 麻醉后，剃除手术区域（左侧腹或腰背部）毛发，并用碘伏和酒精（或专用外科消毒液）进行严格消毒。

2. 切口与暴露：

• 经腹入路（常用）： 在左侧肋缘下约1-1.5 cm处，平行于肋缘作一长约2-3 cm的纵向或横向切口。依次切开皮肤、皮下组织、腹肌层及腹膜，进入腹腔。轻柔地将肠管推向右侧或用湿润的无菌纱布覆盖保护。
• 经腰背入路： 在左侧脊柱旁约1 cm处，作一长约2-3 cm的纵向切口。依次切开皮肤、皮下组织及肌肉层（背阔肌、腹外斜肌等），钝性分离肌肉，暴露腹膜后间隙。
• 找到位于腹膜后脂肪组织中的左侧肾脏。

3. 肾脏分离与切除：

• 小心地用湿棉签或钝头器械（如玻璃棒）分离包裹肾脏的肾筋膜和肾周脂肪组织，充分游离肾脏。
• 清晰暴露肾蒂结构（肾动脉、肾静脉、输尿管）。
• 使用精细的显微外科器械操作：
  • 动脉和静脉处理： 使用可吸收缝线（如4-0或5-0丝线、薇乔线）在靠近肾门处分别双重结扎肾动脉和肾静脉。务必确认结扎牢固。或在结扎线之间剪断血管。也可谨慎使用电凝设备进行止血（注意避免灼伤周围组织）。
  • 输尿管处理： 在肾脏下端找到输尿管，分离一小段，双重结扎后于两结扎线之间剪断。
• 完整移除左侧肾脏。注意检查肾蒂残端有无活动性出血。

4. 关腹/缝合：

• 生理盐水或温热的无菌缓冲液冲洗手术野，确认无活动性出血。
• 逐层缝合：
  • 腹膜和腹肌层（或腰背肌肉层）用可吸收缝线（如4-0薇乔线）连续或间断缝合。
  • 皮下组织可用可吸收缝线缝合。
  • 皮肤切口用不可吸收缝线（如4-0丝线）间断缝合或皮肤缝合钉闭合。
• 再次消毒皮肤切口。

5. 假手术对照组：

• 对照组动物需进行假手术，即进行与UNX组相同的手术操作（麻醉、备皮、消毒、切开、暴露左侧肾脏、分离肾周组织），但不结扎血管和输尿管，不切除肾脏。操作完成后同样逐层缝合伤口。这对评估手术创伤本身的影响至关重要。

(三) 术后护理

1. 恢复：

   • 将动物置于温暖（如37°C加热垫）、安静的环境中单独饲养，密切观察直至从麻醉中完全清醒（通常在30-60分钟内）。
   • 麻醉清醒前保持侧卧位，防止呼吸道阻塞。

2. 镇痛：

   • 术后给予有效的镇痛药物至少24-48小时。常用药物包括：
     • 布托啡诺（皮下注射）
     • 布洛芬或卡洛芬（腹腔注射或饮水/饲料中添加）
     • 局麻药浸润（如缝合前使用布比卡因浸润切口边缘）
   • 需根据动物疼痛评估结果调整镇痛方案和持续时间。

3. 监测与支持：

   • 术后24-72小时内密切观察动物状态：活动性、精神状态、呼吸、伤口情况、排尿排便等。记录体重变化。
   • 提供易于摄取的食物（如湿软饲料置于笼底）和饮水。
   • 保持垫料清洁干燥，防止伤口感染。
   • 术后一周内可考虑预防性使用抗生素（如恩诺沙星饮水）。

4. 伤口管理：

   • 观察伤口有无红肿、渗液、开裂或感染迹象。
   • 术后7-10天拆除皮肤缝线或缝合钉。

(四) 模型验证与评估

1. 肾功能评估（术后不同时间点）：

   • 血清生化指标： 血肌酐（SCr）、尿素氮（BUN）在术后早期（如1-7天）会因代偿不完全而暂时性升高，随后逐渐下降并趋于稳定（但仍高于假手术组）。
   • 肌酐清除率： 收集24小时尿液测定尿肌酐浓度，结合血肌酐计算，是评估肾小球滤过率（GFR）的金标准。UNX大鼠的GFR最终会代偿至接近双肾的70-80%。
   • 蛋白尿： 24小时尿蛋白定量或尿白蛋白/肌酐比值是评估肾小球损伤的重要指标，通常在术后数周至数月逐渐升高。
   • 肾脏损伤分子-1等新型标志物： 也可用于评估早期肾小管损伤。

2. 形态学与组织病理学评估（终点或不同时间点取材）：

   • 脏器称重： 麻醉处死后，迅速取出残余（右）肾并称重。残余肾重量/体重比值显著高于假手术大鼠，是肾脏代偿性肥大的直接证据。
   • 组织病理学检查：
     • 光镜： 常规HE染色观察肾脏整体结构；PAS染色、Masson三色染色、天狼星红染色评估肾小球硬化（系膜基质增生、基底膜增厚、毛细血管袢闭塞）、肾小管萎缩/扩张、管型、间质炎症细胞浸润及纤维化程度。需按照标准评分系统进行半定量分析。
     • 电镜（可选）： 观察足细胞损伤、基底膜变化、系膜基质沉积等超微结构改变。
   • 免疫组化/免疫荧光： 检测特定蛋白（如胶原、α-SMA、TGF-β、炎症因子等）的表达和定位，揭示分子机制。

三、模型特点与注意事项

优势：

1. 操作相对简单，技术成熟，成功率高。
2. 动物存活率高，术后恢复较快。
3. 能稳定诱导残留肾的代偿性肥大和高滤过状态，并最终发展为典型的进行性肾损伤（肾小球硬化和间质纤维化）。
4. 病理生理过程与人类慢性肾病进展有相似之处，是研究代偿机制和干预措施的经典平台。
5. 成本较低，实验周期相对可控（数周至数月）。

局限性及注意事项：

1. 早期代偿而非急性损伤： UNX模型主要反映的是残余肾单位在长期负荷增加的背景下发生的适应性改变和慢性进展过程。它并非模拟急性肾损伤或肾毒性导致的快速肾单位坏死模型（如缺血再灌注、药物肾毒性模型）。
2. 进展速度与程度： 单纯UNX诱导的肾损伤在普通品系大鼠（如SD、Wistar）中进展通常较缓慢且相对温和。损伤程度（如蛋白尿水平、纤维化面积）在个体间可能存在一定差异。研究“快速进展”可能需要特殊品系（如Fawn Hooded Hypertensive大鼠）或联合其他损伤因素（如高盐饮食、低剂量肾毒性药物、糖尿病）。
3. 手术创伤： 手术本身是一种应激。严格的假手术对照组对于区分手术创伤效应与肾切除效应至关重要。
4. 动物福利： 必须严格遵守伦理规范，提供充分的术前、术中和术后镇痛，细致护理，最大限度减少动物痛苦。根据研究目的选择最合适的观察终点。
5. 实验设计：
   • 样本量： 考虑到可能的个体差异，需有足够样本量以达到统计学效力。
   • 时间点选择： 根据研究目标（代偿早期改变 vs 晚期纤维化）合理设置观察终点（术后数天、数周、数月）。
   • 对照设置： 必须设立假手术组作为对照（同品系、同年龄、同期饲养、同时手术）。
6. 技术要点：
   • 精细操作，避免过度牵拉肾脏及周围组织（尤其是肾上腺）。
   • 血管结扎务必牢固，防止术后出血（是大鼠术后早期死亡的主要原因之一）。
   • 严格无菌操作，预防感染。
   • 熟练的解剖知识是避免误伤邻近器官（如脾脏、胰腺、肠道、肾上腺、大血管）的关键。
   • 轻柔处理组织，减少不必要的损伤。

四、应用场景

1. 肾脏代偿机制基础研究： 探究肾单位减少后，血流动力学改变（RAAS激活）、细胞肥大/增生、代谢重编程、炎症反应、纤维化信号通路（TGF-β/Smad, Wnt/β-catenin等）激活的分子机制。
2. 慢性肾病进展机制研究： 阐明肾小球硬化、肾小管间质纤维化发生发展的细胞和分子事件。
3. 肾保护药物药效学评价：
   • 评估RAS抑制剂（ACEI、ARB）、醛固酮受体拮抗剂等对减缓肾小球硬化和纤维化的作用。
   • 评价抗炎、抗氧化、抗纤维化（如靶向TGF-β、CTGF、Integrin的药物）等新型治疗策略的疗效。
   • 研究干细胞治疗、基因治疗等的潜力。
4. 营养因素影响研究： 探讨不同蛋白质摄入量、盐负荷、特定营养素等对残留肾功能代偿及长期预后的影响。
5. 肾毒性评价模型： 作为背景模型，用于评估在肾储备功能下降状态下，药物、造影剂或其他肾毒性物质的潜在风险是否增加。

五、结论

大鼠单侧肾切除模型因其操作可行、重复性好、能模拟慢性肾病核心进展机制（代偿性高滤过→肾单位进行性丢失→纤维化）等优点，自建立以来一直是肾脏研究领域不可或缺的基础工具。它为深入理解肾脏代偿适应与失代偿的转化机制、探索肾脏保护干预措施提供了重要平台。成功建立与应用该模型的关键在于严格遵守动物伦理规范、精细的手术操作、合理的术后管理、严谨的假手术对照设置以及针对研究目标选择合适的评价终点和指标。尽管存在进展相对缓慢等局限性，UNX模型在基础研究和新药研发中仍具有持久的价值。