腺嘌呤或肾切法诱导的CKD模型

腺嘌呤或肾切除术诱导的慢性肾脏疾病模型综述

慢性肾脏疾病（CKD）的病理机制研究和治疗药物开发高度依赖可靠的动物模型。腺嘌呤饲料诱导模型和肾部分切除术（尤其5/6肾切除）模型是应用最广泛的核心工具，两者在机制、病理表现及适用性上各有特点。

一、 腺嘌呤诱导的CKD模型

• 机制原理：

  • 高剂量腺嘌呤口服后，经体内黄嘌呤氧化酶代谢生成难溶性化合物 2,8-二羟基腺嘌呤（2,8-DHA）。
  • DHA晶体沉积于肾小管管腔（尤其近曲小管），引发梗阻、肾小管上皮细胞损伤、坏死。
  • 持续的晶体沉积导致慢性间质性肾炎、炎性细胞浸润（巨噬细胞、淋巴细胞）、进行性间质纤维化、肾小球硬化，最终损害肾功能。

• 模型构建方法（以大鼠为例）：

  • 实验动物： 常用SD或Wistar大鼠。
  • 腺嘌呤饲料配制： 将腺嘌呤粉末均匀混入标准啮齿动物饲料中。常用浓度为 0.5% - 0.75% (w/w)。例如，0.75%饲料喂养约4周可诱导稳定CKD。
  • 给药方式： 自由采食含腺嘌呤饲料。
  • 建模周期： 通常持续 2-8周。
    • 早期（1-2周）： 出现多尿、结晶尿、血尿素氮/肌酐轻度升高。
    • 中期（3-4周）： 肾功能显著下降（血清肌酐、尿素氮显著升高），贫血明显（肾性贫血特征），肾脏出现明显的间质炎症和纤维化。
    • 晚期（>4周）： 严重肾功能不全，显著的肾纤维化、肾小球硬化、囊性变、肾萎缩。

• 核心病理特征：

  • 肾小管间质病变为主： 肾小管扩张（含晶体）、上皮细胞变性坏死脱落、间质大量炎性细胞浸润、进行性间质纤维化。
  • 继发性肾小球病变： 肾小球缺血（源于间质病变压迫）、节段性或全球性硬化。
  • 显著的系统性表现： 严重贫血、高磷血症、继发性甲状旁腺功能亢进、骨代谢异常（CKD-MBD）等CKD典型并发症。

• 优势：

  • 操作简便： 仅需配制特殊饲料，无需手术，技术门槛低。
  • 病变稳定可重复： 通过调整饲料浓度和喂养时间可较精确控制病变程度。
  • 病变速度快： 能在较短时间内（数周）诱导出显著的肾功能衰竭和相关并发症（如贫血、CKD-MBD）。
  • 病理特征明确： 以肾小管间质损伤和纤维化为核心，适合研究相关机制及抗纤维化药物。

• 局限：

  • 非生理性诱导： 病因（DHA结晶）在人类CKD中罕见，不能完美模拟糖尿病肾病、高血压肾硬化等常见病因。
  • 肾小管毒性为主： 肾小球病变相对继发，可能不适用于主要研究原发性肾小球疾病的场景。
  • 动物状态差： 后期动物常因尿毒症状态表现萎靡、体重下降明显，影响长期实验观察或需要积极支持治疗。
  • 潜在全身影响： 高剂量腺嘌呤对其他器官（如肝脏）是否有影响需关注。

二、 肾部分切除术（5/6 Nephrectomy, Nx）诱导的CKD模型

• 机制原理：

  • 通过手术移除大部分功能性肾组织（通常切除右肾和左肾上下极，或结扎左肾分支动脉），直接、急剧地减少肾单位总数 (>70%)。
  • 残余肾单位发生血流动力学代偿：入球小动脉扩张、肾小球内高压、高滤过、高灌注（三高）。
  • 持续的超负荷工作导致残余肾单位进行性损伤：肾小球硬化、足细胞损伤/丢失、肾小管萎缩、间质炎症和纤维化，最终发展为CKD。此机制（肾单位减少→残余肾单位高滤过→硬化）是理解人类多种CKD（如肾切除后、巨大肾结石后）进展的核心。

• 模型构建方法（以大鼠为例）：

  • 实验动物： 常用SD或Wistar大鼠。
  • 手术步骤（经典两步法以减少死亡率）：
    1. 一期手术（去除约2/3肾组织）：
       • 麻醉后，背部左侧切口暴露左肾。
       • 方法一（皮质切除）： 结扎供应肾脏上、下极的分支动脉（通常2-3支），导致相应区域（约占整个左肾的2/3）缺血坏死；或直接手术切除上、下极皮质。
       • 方法二（极切除）： 直接手术切除左肾的上、下极。
       • 彻底止血，关闭腹腔。
    2. 恢复期（约1周）： 让动物从一期手术中恢复。
    3. 二期手术（去除剩余肾组织）：
       • 背部右侧切口，分离并完整切除右肾。
       • 彻底止血，关闭腹腔。
  • 替代方案（一步法）： 熟练操作者可尝试一次手术完成左肾部分切除（通常仅保留一侧肾门周围少量组织，约1/3）加右肾全切，但手术创伤和术后急性期死亡率较高。
  • 建模周期：
    • 急性期（术后1-2周）： 肾功能因手术急性下降，动物处于恢复期。
    • 代偿期（术后2-8周）： 残余肾单位肥大代偿，肾功能可能部分回升（但仍显著低于正常）。
    • 进展期（术后8-12周）： 残余肾单位开始失代偿，出现进行性蛋白尿（重要标志），肾功能进行性下降（肌酐清除率降低，血清肌酐/尿素氮升高），肾脏出现肾小球硬化、肾小管间质纤维化。
    • 晚期（>12周）： 显著的肾功能衰竭，严重肾纤维化和萎缩。

• 核心病理特征：

  • 肾小球病变显著： 肾小球肥大、系膜基质增生、肾小球基底膜增厚、毛细血管袢塌陷、肾小球硬化（局灶节段性或全球性）。蛋白尿是重要且早期可监测的表型。
  • 继发性肾小管间质病变： 肾小管萎缩、扩张（管型），间质炎性细胞浸润、进行性纤维化。
  • 系统性表现： 高血压（肾素-血管紧张素系统激活常见）、贫血、CKD-MBD等。

• 优势：

  • 机制贴近生理/病理： 基于“肾单位减少→残余肾超负荷→进行性损伤”的核心病理生理过程，是模拟人类多种CKD（如肾切除后、巨大肾结石后）的理想模型，尤其适用于研究肾小球硬化和高滤过机制。
  • 可诱导高血压： RAS系统激活常导致继发性高血压，是研究CKD合并高血压的良好平台。
  • 病变渐进性： 经历代偿期到失代偿期，病程相对较长，更适合研究CKD的渐进性进展及长期干预效果。
  • 蛋白尿表型明确： 蛋白尿是核心且重要的临床可量化指标。

• 局限：

  • 技术要求高、创伤大： 需精细显微外科手术，操作难度和手术创伤大于腺嘌呤模型，术后需精心护理，存在一定的急性期手术死亡率（尤其一步法）。
  • 建模周期较长： 达到稳定、显著的CKD（尤其晚期纤维化和衰竭）通常需要8-12周或更长时间。
  • 病变程度变异性： 手术操作的精确性（特别是肾部分切除的范围）对残余肾功能和后期病变速度影响较大，可能导致组内变异稍大。
  • 急性期干扰： 术后急性肾功能下降和手术创伤本身可能对早期指标产生干扰。

三、 模型对比与选择策略

四、 模型应用与选择建议

1. 研究肾小管间质损伤、纤维化及其靶向治疗：
   • 首选腺嘌呤模型： 其病变核心明确集中于肾小管间质，纤维化进展迅速且显著。
2. 研究CKD矿物质骨代谢异常（CKD-MBD）或肾性贫血：
   • 首选腺嘌呤模型： 这些并发症在腺嘌呤模型中发展迅速且严重，表型突出。
3. 研究肾小球硬化发生机制、高滤过损伤、抗硬化药物：
   • 首选5/6肾切模型： 其核心病理是肾小球适应性改变导致的进行性硬化，是研究肾小球病变的经典平台。
4. 研究CKD中蛋白尿的发生机制及治疗药物：
   • 首选5/6肾切模型： 蛋白尿是该模型的核心且可早期监测的表型。
5. 研究CKD相关高血压及RAS系统作用：
   • 首选5/6肾切模型： 继发性高血压是该模型非常普遍的特征。
6. 模拟由肾单位大量丢失引发的CKD（如肾切除术后）：
   • 首选5/6肾切模型： 其病理生理基础最接近。
7. 需要快速获得CKD表型进行初步筛选：
   • 可考虑腺嘌呤模型： 操作简便，建模周期短。
8. 需要更接近生理性进展过程的慢性模型：
   • 可考虑5/6肾切模型： 经历代偿到失代偿的渐进过程。
9. 研究CKD长期并发症或药物长期疗效：
   • 需权衡： 腺嘌呤模型后期动物状态差可能限制研究时长；5/6肾切模型周期长但状态相对稳定。

五、 总结

腺嘌呤诱导模型和5/6肾部分切除模型是构建实验性CKD的互补基石。腺嘌呤模型以其操作简易、病变速度快、肾小管间质损伤和CKD并发症（贫血、骨病）突出见长，是研究肾间质纤维化及相关并发症的理想工具。5/6肾切模型则通过模拟“肾单位减少-残余肾超滤过-硬化”的核心病理生理过程，更贴近人类多种CKD的进展机制，尤其在诱导显著肾小球硬化、蛋白尿和高血压方面具有不可替代的优势，是研究这些关键病理环节的金标准模型。研究者在选择时应紧密结合具体科学问题，充分考虑两种模型的核心病理差异、技术可行性、时间成本及所需的核心表型，有时结合使用两种模型能更全面地阐释CKD的不同侧面。