LPS与CLP诱导的啮齿类动物脓毒症模型：机制、应用与考量
脓毒症是宿主对感染反应失调引发的危及生命的器官功能障碍，其研究高度依赖可靠的动物模型。脂多糖（LPS）诱导模型和盲肠结扎穿孔（CLP）诱导模型是两种最常用的模拟人类脓毒症的啮齿类动物（小鼠和大鼠）模型，它们在研究脓毒症的病理生理机制、免疫反应及潜在治疗策略中发挥着核心作用。
一、 LPS诱导的脓毒症模型：可控的全身炎症风暴
LPS是革兰氏阴性菌外膜的主要成分，也是其致病性的关键因子。
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基本原理：
- 通过外周（如静脉、腹腔）注射纯化的LPS，直接激活宿主免疫系统。
- LPS与免疫细胞（巨噬细胞、单核细胞、内皮细胞等）表面的模式识别受体（主要是TLR4）结合。
- 激活下游信号通路（如MyD88、TRIF依赖通路），导致NF-κB等转录因子活化。
- 触发大量促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β, IL-6, IFN-γ）、趋化因子和一氧化氮（NO）等介质的“瀑布式”释放。
- 引发系统性炎症反应综合征（SIRS），模拟脓毒症早期的过度炎症状态。
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模型特点与优势：
- 标准化程度高： LPS剂量、注射途径和时间点可精确控制，实验间变异相对较小。
- 炎症反应快速、剧烈且可预测： 通常在注射后数小时内即可观察到显著的体温变化（低体温）、行为改变（萎靡、竖毛）、细胞因子风暴和组织损伤标志物升高。
- 操作简便、成本较低： 无需手术，仅需注射操作。
- 专注于炎症机制研究： 特别适合研究脓毒症早期的过度炎症反应、细胞因子信号网络、TLR4通路及其干预策略。
- 生存时间可调： 通过调整LPS剂量（通常小鼠腹腔注射剂量范围在1-20 mg/kg，大鼠在5-30 mg/kg），可以建立致死性或亚致死性模型。
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局限性：
- 非感染性模型： 缺乏活菌感染及其伴随的抗原负荷、持续刺激和组织侵袭过程。
- 无法模拟脓毒症中晚期： 模型主要反映早期高炎症期，难以重现脓毒症后期常见的免疫抑制/麻痹状态和多器官功能障碍综合征（MODS）的复杂演变。
- 病理生理学简化： 仅由单一分子启动，无法完全模拟临床脓毒症中多种病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs）共同作用的复杂性。
- 器官损伤模式： 损伤主要由炎症因子风暴介导，与临床脓毒症中感染灶直接扩散或栓塞引起的器官损伤可能不同。
二、 CLP诱导的脓毒症模型：更接近临床的多因素脓毒症
CLP模型通过手术制造腹腔内多菌种感染灶，是目前公认的最接近人类复杂性腹腔感染继发脓毒症的模型。
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基本原理：
- 通过手术暴露盲肠。
- 在盲肠远端（通常距盲端1/2 - 3/4处）进行结扎，造成远端盲肠缺血坏死和肠内容物滞留。
- 使用特定规格的针头（如18-21G）贯穿结扎处以下的盲肠壁（单孔或多孔），使肠腔内容物（包含大量多种肠道共生菌）持续泄漏入腹腔。
- 由此引发混合性（革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、厌氧菌）腹腔感染，导致局部和全身性的炎症反应、细菌播散、免疫应答失调，最终发展为脓毒症、脓毒性休克和多器官衰竭。
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模型特点与优势：
- 高度临床相关性： 模拟了由明确感染病灶（腹腔感染）引发的、包含多种病原体的脓毒症自然进程。
- 病理生理过程完整： 能重现脓毒症从早期高炎症期到后期免疫抑制/麻痹期的双相免疫反应，以及进行性加重的多器官功能障碍（如肺、肝、肾、心血管）。
- 包含感染核心要素： 涉及活菌增殖、细菌产物（包括LPS等）释放、病原体清除、组织损伤修复等完整过程。
- 生存率可调： 通过调整结扎盲肠的长度（决定缺血坏死范围）和穿孔针头的大小（决定污染速度和程度），可以精确控制模型的严重程度和动物死亡率（从亚临床到高致死率）。
- 适用于治疗研究： 是评估抗菌药物、免疫调节剂、支持疗法等干预措施效果的“金标准”模型，尤其适用于模拟临床复杂感染的治疗场景。
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局限性：
- 技术复杂性和变异性： 手术操作技术（结扎位置、松紧度、穿孔大小/数量）对模型严重程度影响极大，需要高度标准化的操作流程和经验丰富的手术者以减少实验间变异。
- 动物间个体差异： 动物的年龄、性别、品系、肠道菌群组成等都会影响对CLP的反应。
- 手术创伤干扰： 手术本身会造成应激和一定程度的组织损伤，需设置假手术组（仅开腹暴露盲肠，不结扎穿孔）以区分手术创伤和感染本身的影响。
- 成本和时间投入高： 需要麻醉、无菌手术操作和术后护理，耗时且成本高于LPS模型。
- 感染源相对单一： 主要源于肠道菌群，虽为多菌种，但仍与临床其他来源（如肺炎、尿路感染）的脓毒症存在差异。
三、 模型选择与应用场景
- 研究早期炎症风暴机制、TLR4信号通路、细胞因子拮抗策略等： LPS模型 因其标准化、简便性和对高炎症期的精准模拟是首选。
- 研究脓毒症全程（包括免疫抑制期）、多器官功能障碍、细菌清除、宿主-病原体相互作用、评估新型抗生素或综合治疗方案： CLP模型 因其高度的临床相关性和完整的病理过程是不可替代的“金标准”。
- 探索特定器官在脓毒症中的损伤机制（如脓毒症相关脑病、急性肾损伤、急性肺损伤）： 两种模型均可应用，需根据研究侧重点（单纯炎症因子损伤 vs 感染+缺血+炎症复合损伤）选择。
- 评价药物或疗法对生存率的影响： CLP模型因其可调的致死率和更接近临床的进程是更优选择。
四、 关键实验参数与检测指标
- LPS模型：
- 参数： LPS来源（通常为大肠杆菌）、剂量、溶剂、注射途径（腹腔iv常见）、注射体积、动物品系/年龄/性别。
- 检测： 生存分析、核心体温、行为评分、血清/组织促炎/抗炎细胞因子水平（ELISA, Multiplex）、组织病理学（肺、肝、肾等）、免疫细胞活化/耗竭状态（流式细胞术）、关键信号通路分子表达（WB, PCR）。
- CLP模型：
- 参数： 结扎盲肠长度比例（如50%, 75%）、穿孔针头规格（Gauge）、穿孔数量、是否挤压（模拟粪便泄漏）、麻醉方式、手术时长、术后支持（如皮下补液）、动物品系/年龄/性别。
- 检测： 生存分析、临床评分（体温、活动度、眼分泌物等）、血液/腹腔灌洗液/器官匀浆的细菌负荷培养计数、血培养、血清细胞因子谱、血生化指标（肝肾功能、乳酸等）、血气分析、组织病理学（盲肠、肺、肝、肾、脾等）、免疫细胞表型分析、器官功能指标（如超声心动图评价心功能）。
五、 重要考量与伦理规范
- 动物福利： 两种模型都会给动物带来显著痛苦（LPS的剧烈炎症不适，CLP的手术创伤和感染痛苦）。必须严格遵循动物实验伦理原则（3R原则：替代、减少、优化）。使用镇痛药物（如布托啡诺、丁丙诺啡）和必要的术后支持（保暖、补液）是强制要求。设置明确、符合科学目的的人道终点（如严重体重下降、濒死状态），并及时实施安乐死，避免不必要的痛苦。
- 模型验证与标准化： 特别是CLP模型，必须通过预实验确定稳定的手术流程和预期的严重程度（死亡率范围），并在整个研究期间保持一致。详细记录所有操作细节。
- 选择合适的对照： LPS模型需设溶剂对照组；CLP模型必须设假手术组（仅开腹暴露盲肠）和可能的未处理对照组。
- 结果的解读： 需结合模型的特点（LPS的局限性，CLP的复杂性）谨慎解读实验结果，避免过度外推到临床。认识到两种模型都不能完全模拟人类脓毒症的巨大异质性。
- 微生物因素： CLP模型中肠道菌群的组成是重要变量，需注意动物来源和饲养环境的稳定。LPS模型的纯度需保证。
结论：
LPS和CLP诱导的小鼠和大鼠脓毒症模型各有千秋，是研究脓毒症不可或缺的工具。LPS模型在揭示脓毒症早期炎症级联反应机制方面具有独特优势，操作简便、标准化程度高。CLP模型则因其能模拟包含活菌感染、免疫双相反应和多器官衰竭在内的完整脓毒症进程，而被视为最具临床相关性的“金标准”模型。研究者在选择模型时，应紧密结合具体的科学问题，充分理解每种模型的原理、优势、局限性和技术要点，并始终恪守严格的伦理规范，确保动物福利，才能获得可靠、可重复且有价值的科学数据，推动对脓毒症这一复杂综合征的理解和治疗手段的开发。