DSS诱导大小鼠/转基因鼠的急性/慢性肠炎(Ulcerative Colitis)

DSS诱导大小鼠/转基因鼠急性/慢性溃疡性结肠炎模型：原理与应用

概述
葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的结肠炎模型是研究人类溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）病理机制及评估治疗策略的核心实验工具。该模型操控性强、重复性好，可在普通大小鼠或特定基因工程小鼠中诱导急性或慢性炎症损伤，高度模拟人类UC的关键特征。

核心机制

• 直接肠上皮损伤： DSS携带负电荷，破坏肠上皮细胞间的紧密连接及表面黏液层完整性。
• 屏障功能紊乱： 肠黏膜物理屏障受损，肠道菌群及有害抗原易位进入固有层。
• 固有免疫激活： 抗原呈递细胞（如巨噬细胞、树突状细胞）识别入侵抗原，释放TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎因子。
• 炎症级联放大： 炎症因子募集并激活中性粒细胞等效应细胞，产生活性氧簇（ROS）和蛋白酶，导致组织水肿、溃疡、隐窝结构破坏。
• 适应性免疫参与（尤其在慢性期/转基因鼠）： DSS引发的初始损伤可激活T细胞（如Th1、Th17反应），在慢性化或特定基因背景小鼠中介导持续性炎症。

模型构建方案

1. 动物选择：

   • 常用品系： C57BL/6（敏感度高）、BALB/c（相对耐受）小鼠；Sprague-Dawley、Wistar大鼠。
   • 转基因/基因敲除鼠： 研究特定基因在UC中的作用（如IL-10⁻/⁻、T-bet⁻/⁻ Rag2⁻/⁻、TLR4⁻/⁻、NLRP3⁻/⁻等免疫相关基因模型）。

2. DSS试剂：

   • 分子量选择： 常用36-50 kDa（诱导平衡），低分子量（5kDa）更易吸收致全身毒性，高分子量（500kDa）局部作用强但溶解度低。
   • 给药方式： 溶解于动物饮用水（最常用），浓度需依据品系、实验周期优化。

3. 急性结肠炎模型：

   • 方案： 给予1.5-5% DSS饮用水（通常C57BL/6小鼠用2-3%），连续饮用5-7天（具体浓度时间依品系调整）。
   • 终点评估： 第7-10天处死动物评估。
   • 特征： 快速出现体重下降、腹泻、便血、结肠缩短、急性炎症浸润（中性粒细胞为主）、隐窝损伤/溃疡。

4. 慢性结肠炎模型：

   • 方案： 常用多轮循环法（模拟缓解与复发）：
     • 循环1： 给予2-3% DSS水7天。
     • 恢复期： 换正常饮水7-14天（症状部分缓解）。
     • 循环2： 再次给予较低浓度DSS（如1.5-2.5%）5-7天。
     • 可重复循环： 通常2-4轮，总时长3-9周。
   • 特征： 结肠缩短更显著、慢性炎症细胞浸润（淋巴细胞、巨噬细胞增多）、隐窝结构扭曲、杯状细胞减少、纤维化（晚期可能出现）、异型增生（长期模型）。

5. 转基因鼠应用：

   • 将特定基因工程小鼠（如免疫缺陷鼠、特定受体/通路缺陷鼠、炎症因子过表达鼠）暴露于DSS。
   • 目的：
     • 验证特定基因在UC发生发展中的作用。
     • 评估特定分子靶点干预的治疗效果。
     • 研究基因-环境（DSS）互作机制。

评估指标

1. 疾病活动指数 (Disease Activity Index, DAI)： 结合体重变化、粪便性状、便血程度进行综合评分。
2. 结肠宏观变化：
   • 结肠长度： 结肠显著缩短是炎症和损伤的直观标志（测量回盲瓣至肛门距离）。
   • 重量/长度比： 反映组织水肿和细胞浸润。
   • 大体损伤评分： 评估充血、水肿、溃疡、粘连严重程度。
3. 组织病理学评估（核心指标）：
   • 评分系统： 常用基于隐窝结构破坏、炎症浸润深度广度、杯状细胞缺失、溃疡范围的评分系统（如悉尼系统）。
   • 显微镜下特征： 炎症细胞浸润（类型、密度）、隐窝脓肿、隐窝分支或消失、上皮完整性破坏、溃疡、黏膜下层水肿/增生、纤维化（慢性）。
4. 分子生物学分析：
   • 炎症因子检测： qRT-PCR、ELISA、Western Blot检测结肠组织匀浆或血清中TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-17, IFN-γ, IL-10等水平。
   • 免疫组化/免疫荧光： 定位特定蛋白表达（如炎症因子、免疫细胞标志物、紧密连接蛋白、增殖/凋亡标记）。
   • 通路分析： 检测NF-κB, MAPK, STAT等信号通路活化状态。
5. 其他：
   • 肠道通透性： FITC-Dextran灌胃法。
   • 粪便潜血/血液生化： 评估全身性影响。
   • 肠道菌群分析： 研究DSS诱导的菌群失调及其作用（16S rRNA测序）。
   • 微型内窥镜成像： 活体动态观察黏膜炎症变化（应用增多）。

模型优势

• 操作简便： 仅需饮水给药。
• 可靠性高： 诱导快速，病理特征（炎症、溃疡、结肠缩短等）稳定且可量化。
• 可调控性强： 通过调整DSS浓度、给药时长及循环次数精确模拟急性或慢性UC。
• 适用性广： 兼容多种近交系小鼠、大鼠及转基因模型。
• 与人类UC相关性： 共享关键病理特征（黏膜炎症、溃疡、隐窝损伤）和免疫反应通路。

局限性及注意事项

• 品系敏感性差异： 不同品系对DSS敏感性差异显著，需优化条件。
• 批间差异： 不同来源或批次的DSS效果可能存在差异，建议预实验。
• DSS并非免疫原： 主要作用机制与化学刺激和屏障损伤相关，适应性免疫为继发反应（转基因鼠可弥补此点）。
• 动物福利考量： 模型动物承受痛苦，需密切监控，设定严格的人道终点（如体重下降≥20%，严重萎靡，无法进食饮水）。
• 实验设计严谨： 设置合适的对照组（自由饮水）、保证饮水消耗量监测、精确记录DSS暴露时间。

伦理声明
所有动物实验必须严格遵守所在国家或地区的实验动物护理与使用指南，并获得机构动物伦理委员会（IACUC或类似机构）的正式批准。研究者有责任最大限度减少动物痛苦，优先考虑替代方法，严格执行实验方案设计及人道终点标准。

结论
DSS诱导的大小鼠及转基因鼠结肠炎模型是研究溃疡性结肠炎病理生理学、宿主-微生物互作及筛选新型治疗药物的不可或缺且强有力的工具。理解其作用机制、熟练掌握急性和慢性模型的构建方案、合理选择评估方法并恪守伦理规范，是获得高质量、可重复性研究数据的基础。该模型持续推动着我们对UC的认识和治疗方法的创新。

关键参考文献示例 (PMID格式):

• DSS模型建立与机制: PMID: 17054962, PMID: 18772878
• 急慢性方案与评估: PMID: 22852028, PMID: 24130822
• 转基因鼠应用举例: PMID: 12438445 (IL-10 KO), PMID: 16453024 (T-bet⁻/⁻ Rag2⁻/⁻)
• 组织学评分系统: PMID: 9187113 (悉尼系统)
• 伦理指南参考: 《ARRIVE 2.0指南》相关条目