小鼠、大鼠缺铁性贫血模型 - 中析研究所生物检测中心

小鼠、大鼠缺铁性贫血模型：原理、建立与应用

缺铁性贫血（IDA）是全球范围内最常见的营养缺乏性疾病，严重影响人类健康（尤其是婴幼儿、育龄妇女及老年人）。为深入探究IDA的发病机制、病理生理变化及验证干预措施的有效性，建立稳定可靠的动物模型至关重要。小鼠和大鼠因其生理特性与人类相似、遗传背景清晰、繁殖周期短、易于操作管理等优点，成为构建IDA模型的首选动物。本综述旨在系统阐述小鼠和大鼠IDA模型的构建原理、方法、评估指标及其在生物医学研究中的应用价值。

一、模型构建原理

模型的建立基于铁代谢的基本生理过程：

铁吸收受限： 铁主要在十二指肠以二价铁形式被吸收。
铁储存与利用： 吸收的铁与转铁蛋白结合运输至骨髓用于血红蛋白合成，或储存于肝、脾等器官。
铁丢失增加： 失血是导致铁缺乏的最常见原因。

通过以下核心策略模拟人类IDA的主要成因：

膳食铁剥夺： 饲喂特制的低铁或极度缺铁饲料。
阶段性放血： 模拟慢性失血过程。
两者结合： 最常用且效果显著的方法。

二、模型建立方法与流程（以结合法为例）

实验动物选择：
- 种属与品系： 常用近交系小鼠（如C57BL/6， BALB/c）或大鼠（如SD， Wistar）。品系选择需考虑研究目的（如遗传学研究宜选用近交系）。
- 年龄与性别： 通常选择刚断乳（3-4周龄）或成年早期（6-8周龄）动物。性别需明确，因雌性更易诱导IDA（生理性铁需求更高）。一般雌性更常用。
- 初始状态： 动物需健康，无贫血或其他明显疾病。购买后适应性饲养至少1周（饲喂标准饲料）。
低铁饮食：
- 饲料成分： 使用特制的纯化/半纯化低铁饲料。关键特征：
  - 铁含量：极低，通常在2-8 mg Fe/kg 饲料范围内（标准啮齿类饲料含~200-350 mg Fe/kg）。
  - 蛋白质来源：常使用乳清蛋白或酪蛋白水解物（降低天然铁含量）。避免使用血红蛋白或肌红蛋白含量高的成分（如血红素铁）。
  - 其他营养素： 需足量且均衡（蛋白质、维生素、矿物质如铜、钴等），确保贫血由缺铁引起而非营养不良。添加络合剂（如EDTA）有助于降低微量矿物质（包括铁）的生物利用度。
- 饮水： 使用去离子水或超纯水饲喂。避免使用含铁管网的自来水。水瓶需使用玻璃瓶或塑料瓶（避免金属瓶盖或管道引入铁）。
周期性放血：
- 目的： 加速铁储存耗竭和贫血形成。通常在膳食铁剥夺基础上进行。
- 方法：
  - 部位： 尾静脉（最常用）、眶后静脉丛（操作需规范，现使用减少）、或颌下静脉穿刺采血。
  - 血量： 取决于动物体型、年龄和计划采血频率。基本原则是每次不超过循环血量的10-15%（小鼠总血量约~1.5-2.5 mL/100g体重，大鼠约~6-7 mL/100g体重）。常用量：
    - 小鼠： 每次100-200 μL。
    - 大鼠： 每次0.5-1.0 mL。
  - 频率： 通常每周1-2次。频率和血量需根据模型建立速度要求和动物耐受性调整。
- 操作规范： 严格无菌操作。采血后压迫止血。密切观察动物状态（活动、毛发、体重等）。遵循动物福利原则。
建模周期：
- 小鼠： 通常需要4-6周（低铁饮食结合每周1-2次采血）。
- 大鼠： 通常需要4-8周（低铁饮食结合每周1-2次采血）。
- 具体时间受动物品系、年龄、性别、起始铁状态、采血量/频率、饲料铁含量等多种因素影响。需通过预实验确定最佳方案。目标是将血红蛋白（Hb）降至基础值的50-60%以下。

三、模型评估指标

模型成功的关键在于确认贫血由缺铁导致，并全面评估缺铁状态。

血液学指标（核心评估）：
- 血红蛋白浓度： 最直接反映贫血程度的指标。模型成功时显著低于对照组（通常<100 g/L，具体阈值因品系、性别、年龄而异）。
- 红细胞计数： 通常降低。
- 红细胞压积/比容： 显著降低。
- 平均红细胞体积： 降低。反映小细胞性贫血特征。
- 平均红细胞血红蛋白含量 & 浓度： 降低。反映低色素性贫血特征。
- 网织红细胞计数： 初始可能升高（骨髓代偿），后期可正常或降低。
- 红细胞分布宽度： 升高（红细胞大小不均）。
铁代谢指标（确认缺铁病因）：
- 血清铁： 显著降低。
- 血清转铁蛋白饱和度： 显著降低（血清铁/总铁结合力的百分比）。
- 血清铁蛋白： 显著降低。反映铁储存耗竭的最敏感指标之一（但啮齿类波动较大，需结合其他指标）。
- 血清转铁蛋白受体： 显著升高（反映组织铁需求未被满足）。
- 总铁结合力： 常升高（反映转铁蛋白合成增加）。
组织学与铁染色：
- 骨髓涂片： 普鲁士蓝染色显示骨髓可染铁（含铁血黄素）显著减少或消失。
- 肝脏/脾脏： 普鲁士蓝染色显示肝细胞、库普弗细胞或脾巨噬细胞中铁储存颗粒显著减少。
生理与行为观察：
- 体重增长： 通常低于对照组（有时差异不显著）。
- 皮毛状态： 可能变得粗糙、无光泽。
- 活动水平： 可能降低，显现倦怠。
- 饮食饮水： 一般正常。

四、模型优化与注意事项

动物福利：
- 严格控制采血量、频率和操作规范，最大限度减少动物痛苦和应激。
- 密切监测动物状态（体重、活动、毛发、伤口愈合等），设定人道终点（如极度衰弱、无法站立、体重急剧下降超过20%等）。
- 实验方案需经动物伦理委员会审批。
饲料一致性： 确保同一批次实验中所有动物使用同一批次、成分稳定的低铁饲料。饲料储存需避光干燥。
水的纯度： 持续保证饮水无铁污染。
对照组设置： 必须设立饲喂标准饲料、不进行放血的正常对照组（通常采血频率与模型组一致）。
生物样本采集： 采血时间尽量保持一致（如均在上午），避免昼夜节律影响。血清分离需及时规范（避免溶血），-80℃冻存备用。

五、模型的应用

该模型广泛应用于以下研究领域：

铁代谢机制研究： 探究肠道铁吸收（如DMT1, Ferroportin）、铁转运（转铁蛋白）、铁储存（铁蛋白）及调控（Hepcidin等）在IDA发生发展中的作用。
新型铁剂/营养补充剂评估： 评价口服或注射铁剂、铁强化食品、益生菌等干预措施的治疗效果、生物利用度及安全性。
贫血相关病理生理研究： 探究IDA对认知功能、免疫功能、能量代谢、氧化应激、心血管功能、生殖健康等的影响及其机制。
疾病模型的基础： 作为研究IDA与其他疾病（如感染、炎症、癌症）相互作用的平台。
诊断方法验证： 评估新的铁状态或贫血诊断标志物。

六、优缺点

优点：
- 成功模拟了人类IDA的核心特征（小细胞低色素性贫血、铁储存耗竭）。
- 诱导条件可控，可设定不同的严重程度和建模速度。
- 动物易于获取和管理，成本相对较低。
- 遗传背景清晰（特别是近交系），结果可比性强。
缺点：
- 建模过程涉及放血，存在动物福利问题，需严格控制操作。
- 建模周期较长（数周）。
- 啮齿类动物铁代谢（如铁蛋白动力学、Hepcidin调控细节）与人类存在一定差异。
- 无法完全模拟IDA的所有人类临床表现（如异食癖）。

七、小结

通过饲喂低铁饲料并结合周期性放血在小鼠和大鼠中成功建立的IDA模型，是一种研究人类缺铁性贫血发病机制、病理生理改变及干预措施有效性的重要工具。该模型具有特征鲜明（小细胞低色素性贫血、铁储备耗竭）、可重复性好、成本可控等优势。在应用过程中，需高度重视动物福利，严格规范操作流程（特别是饲料控制和采血操作），并结合全面的血液学和铁代谢指标评估模型状态，以确保实验结果的科学性和可靠性。该模型将持续为理解铁代谢基础、开发防治IDA的新策略以及探索贫血对其他系统的影响提供关键支撑。

参考文献（示例格式，需补充具体文献）

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