LPS诱导小鼠局部/系统炎症

发布时间：2025-06-30 14:59:36 阅读量：1 作者：生物检测中心

LPS诱导小鼠局部与系统炎症模型：机制、方法与意义

摘要：
脂多糖（LPS）作为革兰氏阴性菌细胞壁的关键组分，是诱导炎症反应的强力工具。通过精确控制LPS剂量与给药途径，可建立重现局部或系统性炎症特征的小鼠模型，为研究炎症机制、免疫应答及药物疗效提供关键平台。本文详细阐述LPS诱导炎症的分子机制、标准化建模方法、表型评估手段及其在生物医学研究中的核心应用价值。

一、 LPS与炎症触发：分子机制

  1. 识别受体：
    LPS首先与血浆中的脂多糖结合蛋白（LBP）结合，形成LPS-LBP复合物，转运至免疫细胞（如巨噬细胞、树突状细胞）。
  2. 受体复合物激活：
    复合物与细胞膜上的CD14结合，进而转移至TLR4/MD-2受体复合物。LPS与MD-2直接作用诱导TLR4二聚化及构象变化。
  3. 信号传导启动：
    二聚化的TLR4通过MyD88依赖途径（早期NF-κB、MAPK活化）和TRIF依赖途径（晚期IRF3活化、IFN-β产生）传递信号。
  4. 炎症介质风暴：
    转录因子（NF-κB, AP-1, IRF3）入核，驱动促炎因子（TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-12）、趋化因子（MCP-1, KC）及效应酶（iNOS, COX-2）大量表达释放。
  5. 级联放大效应：
    这些介质进一步激活内皮细胞、中性粒细胞等，引发血管扩张、通透性增加、白细胞浸润及组织损伤，形成局部/系统炎症。
 

二、 建立标准化小鼠炎症模型：方法与对照

  1. 实验动物准备：

    • 常用品系：C57BL/6， BALB/c（品系背景影响炎症应答强度）。
    • 周龄：8-12周龄成年鼠（年龄标准化）。
    • 环境：SPF级设施，适应环境≥1周。
    • 伦理合规：实验方案需经动物伦理委员会审批。

  2. LPS选择与配制：

    • 来源：大肠杆菌（如O111:B4、O55:B5）为常用标准品。
    • 溶解：无菌无热原生理盐水或PBS溶解（涡旋震荡/超声助溶）。
    • 储存：分装后-20℃或-80℃冻存，避免反复冻融。

  3. 诱导系统性炎症（全身性反应）：

    • 途径： 腹腔注射（i.p.）（最常用）、静脉注射（i.v.）。
    • 剂量：
      • 低剂量（0.1 - 1 mg/kg）：模拟亚临床状态，研究细胞因子网络。
      • 中等剂量（1 - 5 mg/kg）：诱导典型炎症综合征（嗜睡、竖毛、体温变化）。
      • 高剂量（5 - 20+ mg/kg）：诱发严重脓毒症/内毒素休克（需严格伦理评估）。
    • 终点： 数小时（细胞因子峰值）至数天（器官损伤评估）。

  4. 诱导局部炎症（组织特异性反应）：

    • 途径：
      • 足垫注射： 评估局部肿胀（游标卡尺/体积仪）、炎细胞浸润（组织学）。
      • 气道滴注/雾化吸入： 建立急性肺损伤（ALI）模型（BALF分析、肺湿干重比、病理评分）。
      • 关节腔注射： 模拟关节炎（关节肿胀评分、组织学炎症/破坏）。
      • 脑内/侧脑室注射： 研究神经炎症（行为学、小胶质细胞激活标志物）。
    • 剂量： 远低于系统剂量（μg/只或μg/器官），需预实验确定。
    • 终点： 数小时至数天（依局部反应进程而定）。

  5. 关键对照设置：

    • 空白对照： 仅注射等体积无菌溶媒（生理盐水/PBS）。
    • 处理对照： 如研究抑制剂/药物，需设置“抑制剂+溶媒”对照。
    • 阳性对照（可选）： 已知有效抗炎药验证模型敏感性。
 

三、 核心表型评估：从宏观到微观

  1. 宏观临床评分：

    • 活动状态、被毛、眼分泌物、呼吸频率、体重变化（系统炎症）。
    • 局部红肿热痛、肿胀程度（局部炎症）。

  2. 体温监测：

    • 腹腔注射LPS后常出现双相体温变化（早期发热，后期低体温），肛温计监测。

  3. 血清/血浆分析（系统炎症）：

    • 炎症因子风暴： ELISA/MSD/Luminex检测TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-10, IFN-γ等。
    • 急性期蛋白： CRP, SAA水平升高。
    • 生化指标： 肝酶（ALT/AST）、肾功能标志物（BUN/Cr）、乳酸（组织灌注）评估器官损伤。

  4. 局部组织/灌洗液分析（局部炎症）：

    • 组织病理学： H&E染色评估炎细胞浸润、组织水肿、坏死/损伤；特殊染色（如免疫组化IHC：F4/80, Ly6G/CD11b标记巨噬/中性粒）。
    • 支气管肺泡灌洗液（BALF）： 总细胞/分类计数、蛋白浓度（血管通透性）、炎性因子检测（肺模型）。
    • 关节液/滑膜组织： 类似分析（关节炎模型）。

  5. 免疫细胞流式分析：

    • 脾脏、外周血、淋巴结、炎症局部组织细胞悬液。
    • 分析免疫细胞亚群比例（如髓系来源抑制细胞MDSC扩增）、激活状态（MHC-II, CD86, CD80表达）、凋亡/坏死。

  6. 基因表达分析：

    • qRT-PCR检测炎症局部或关键脏器（肝、肺、脾）中炎症因子（Tnf, Il1b, Il6）、趋化因子（Ccl2）、效应分子（Nos2, Ptgs2）的mRNA水平。
 

四、 核心应用价值与研究意义

  1. 炎症机制解码：
    剖析TLR4信号网络、细胞因子级联、炎症消退调节的核心通路。
  2. 脓毒症研究基石：
    模拟脓毒症病理生理（高炎症、免疫抑制、器官功能障碍），评估新型疗法。
  3. 药物研发关键平台：
    • 抗炎药效评价： 快速初筛NSAIDs、生物制剂（如抗TNF-α抗体）、天然产物抗炎活性。
    • 药代/药效关联分析： 研究药物在炎症状态下的分布代谢特性。
  4. 疾病模型基础：
    作为构建更复杂疾病模型（如ALI/ARDS、关节炎、动脉粥样硬化、神经退行性疾病）的重要起始步骤。
  5. 免疫调节研究：
    探讨天然免疫与适应性免疫应答间的相互作用及免疫耐受机制。
 

五、 注意事项与优化策略

  1. 批次差异： LPS活性因来源、批次而异，需预实验标定每批效价。
  2. 个体/品系差异： 动物遗传背景显著影响LPS敏感性（如C3H/HeJ小鼠TLR4突变耐受LPS）。
  3. 内毒素污染： 试剂配制全程需使用无热原材料及耗材。
  4. 剂量精准探索： 特定研究目的需通过预实验确定最佳LPS剂量与时间点。
  5. 人道终点设定： 高剂量模型必须预设严格临床评分标准及时实施安乐死。
  6. 复合模型考量： 研究特定疾病（如脂肪肝、老龄相关炎症）时可结合高脂饮食、衰老小鼠等背景因素。
 

总结

LPS诱导小鼠炎症模型以其操作可控、表型明确、重现性好的特点，成为炎症机制研究与药物评价的金标准工具。通过精细设计给药方案（局部/系统、剂量、途径）并结合多维度表型分析，该模型可有效模拟临床炎症疾病的关键特征，为理解炎症、攻克炎症相关疾病提供不可替代的研究路径。

参考文献格式示例 (Vancouver Style):

  1. Raetz CR, Whitfield C. Lipopolysaccharide endotoxins. Annu Rev Biochem. 2002;71:635-700.
  2. Poltorak A, et al. Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: mutations in Tlr4 gene. Science. 1998 Dec 11;282(5396):2085-8.
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