硫酸葡聚糖钠(DSS)诱导的结肠炎模型

发布时间：2025-07-01 08:01:52 阅读量：1 作者：生物检测中心

硫酸葡聚糖钠(DSS)诱导的结肠炎模型：原理与应用

摘要：
硫酸葡聚糖钠(DSS)诱导的结肠炎模型是研究炎症性肠病(IBD)，尤其是溃疡性结肠炎(UC)发病机制和潜在治疗策略的经典实验动物模型。该模型具有操作简便、诱导时间短、病变特征与人类UC相似度高等优点，广泛应用于基础研究与药物筛选领域。

一、 模型建立原理

硫酸葡聚糖钠是一种人工合成的硫酸化多糖。其主要作用机制包括：

  1. 直接损伤肠上皮屏障： DSS带强负电荷，其硫酸根基团能与肠黏膜层带正电荷的粘蛋白结合，破坏黏液层的完整性及连续性。同时，DSS可直接损伤肠上皮细胞，破坏紧密连接结构，导致肠道通透性增加。
  2. 启动先天免疫反应： 肠屏障损伤使得肠道内容物（如细菌及其产物LPS）易位进入肠黏膜固有层。模式识别受体（如TLR4）识别这些病原体相关分子模式(PAMPs)，激活巨噬细胞、树突状细胞等，释放大量促炎因子（如TNF-α, IL-1β, IL-6）。
  3. 诱发炎症级联反应： 持续的炎症信号募集并激活中性粒细胞、淋巴细胞等，释放更多炎症介质（如活性氧、蛋白酶、趋化因子），导致黏膜水肿、充血、糜烂、溃疡形成以及隐窝结构破坏。
  4. 影响肠道菌群： DSS诱导的肠道环境改变会显著影响肠道菌群的组成和功能，菌群失调反过来又可能加剧炎症反应。
 

二、 实验操作流程及要点

  1. 实验动物选择： 常用近交系小鼠（如C57BL/6, BALB/c）或大鼠。选择周龄、体重相近的健康雄性动物（雌性激素对炎症有一定调节作用，故常用雄性以降低变异）。
  2. DSS试剂： 选用合适分子量的DSS（常用MW 36, 000-50, 000 Da）。不同分子量及批次的DSS活性可能存在差异，确保实验批次一致性至关重要。溶解： 将DSS粉末溶解于动物日常饮用的纯净水中（超纯水或经处理的自来水）。需充分搅拌溶解，避免结块。溶液当天配制或新鲜配制。
  3. 给药方案：
    • 浓度： 小鼠常用浓度为1.5%-5% (w/v)，大鼠常用浓度稍高（如3%-7%）。具体浓度需依据实验目的（急性/慢性）、动物品系、DSS批次等进行预实验优化。浓度过低可能无法诱导有效炎症，过高则可能导致动物死亡。
    • 周期：
      • 急性模型： 连续饮用含DSS的饮水5-7天。常在给药第3-4天开始出现明显症状（体重下降、腹泻、便血），第7天左右达到高峰。
      • 慢性模型/复发缓解模型： 常用多轮循环给药方案，例如：3%-5% DSS饮水 5-7天 -> 换回正常饮水7-14天（恢复期）-> 再给予低浓度DSS（如1.5%-2.5%）7天。循环次数根据研究需要设定（通常1-4个循环）。此模型可模拟UC的慢性炎症、组织修复及反复发作特征。
    • 对照组： 设置饮用正常纯净水的对照组。
  4. 饲养管理： 常规笼具饲养，自由饮水（含DSS或不含DSS）和进食标准饲料。密切观察动物状态（活动度、精神状态）。含DSS的饮水需每日更换新鲜配制溶液，并记录饮水量（评估摄入量）。
  5. 疾病活动度评估（DAI）： 每日监测并记录，综合以下三项指标评分：
    • 体重下降百分比： (0) 无下降或增加；(1) 1%-5%； (2) 5%-10%； (3) 10%-20%； (4) >20%。
    • 粪便性状： (0) 正常成型颗粒；(1) 软便；(2) 稀便；(3) 水样便。
    • 便血程度： (0) 无血（隐血阴性）；(1) 隐血阳性；(2) 肉眼可见便血；(3) 直肠出血/严重血便。
    • DAI总分 = (体重下降评分 + 粪便性状评分 + 便血评分) / 3。DAI是反映整体疾病严重度的关键指标。
 

三、 模型评估指标（终点分析）

动物通常在急性期结束（或慢性模型预定时间点）后处死进行剖检和分析。

  1. 大体形态观察：
    • 结肠长度： DSS诱导的结肠炎典型特征是结肠显著缩短（由于炎症、水肿、纤维化）。测量从盲肠连接处到直肠末端的长度，与对照组比较。
    • 结肠宏观损伤评分： 观察结肠壁增厚、充血水肿、溃疡范围与大小、粘连程度、内容物性质（血性/脓性）等，按照公认标准进行评分（0-10分或更高，依据具体标准）。
    • 脾脏重量/指数： 炎症反应常伴随脾脏肿大（免疫细胞活化增殖），计算脾脏重量(mg)与体重(g)的比值（脾指数）。
  2. 组织病理学分析（金标准）：
    • 样本采集与固定： 取相同解剖位置的结肠段（如远端结肠），纵向或“瑞士卷”方式包埋。固定于10%中性福尔马林溶液。
    • 切片与染色： 石蜡包埋，切片（4-5 μm厚度），进行常规苏木精-伊红(HE)染色。
    • 组织病理学评分： 由病理学专家在盲法下进行评分，通常包括：
      • 炎症细胞浸润深度及密度： （0-3分或4分）
      • 组织损伤范围（隐窝结构破坏/缺失、溃疡深度）： （0-3分或4分）
      • 黏膜/黏膜下层水肿程度: （0-3分）
      • 上皮再生/修复情况： （慢性模型关注）
      • 总分： 各项分数相加（总分范围依据评分标准而定，如0-12分或0-16分）。
  3. 分子生物学与生化指标：
    • 促炎细胞因子检测： 取结肠组织匀浆或血清，利用ELISA、qPCR、Western Blot等方法检测TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-12, IFN-γ等水平。
    • 髓过氧化物酶(MPO)活性检测： MPO是中性粒细胞特异性酶，其活性高低可定量反映组织中中性粒细胞浸润程度（常用比色法测定组织匀浆）。
    • 紧密连接蛋白表达： Occludin, Claudins, ZO-1等（qPCR, Western Blot, 免疫组化/荧光），评估肠屏障功能。
    • 氧化应激指标： MDA（丙二醛，脂质过氧化产物）、抗氧化酶活性（SOD, GSH-Px）等。
 

四、 模型优势

  1. 操作简便、成本相对较低： 通过饮水给药，无需手术或复杂操作。
  2. 诱导时间短、重复性好： 急性模型可在1周内建立，结果相对可靠稳定。
  3. 病变特征相似： 诱导的结肠炎在组织病理学（隐窝脓肿、隐窝结构破坏、溃疡、炎症细胞浸润）、临床症状（腹泻、便血、体重减轻）方面与人类UC高度相似。
  4. 易于评估： 疾病活动度(DAI)、结肠缩短、组织病理评分等指标直观、可靠。
  5. 适用性强： 适用于小鼠、大鼠等多种啮齿类动物，可用于研究多种品系和基因修饰动物。
  6. 灵活性高： 可通过调整DSS浓度、给药周期和轮次模拟急性、慢性及复发缓解等不同疾病阶段。
 

五、 模型局限性及注意事项

  1. 主要反映先天免疫： DSS模型主要涉及上皮屏障损伤和先天免疫系统激活（巨噬细胞、中性粒细胞），适应性免疫（T/B细胞）的作用相对次要，这与人类UC存在差异（UC中适应性免疫也起重要作用）。
  2. 自限性/自愈倾向： 急性给药结束后，动物炎症通常能自发缓解（尤其是低剂量或短时间给药），这与人类UC的慢性迁延不完全一致。慢性模型可部分克服此点。
  3. 个体差异与批次差异： 动物品系、年龄、性别、环境压力、肠道菌群状态以及不同批次DSS的活性差异都可能影响造模结果，需严格控制和记录。
  4. DSS摄入量不均： 饮水摄入量受动物习性影响，可能导致个体间摄入DSS量不均，影响疾病严重度一致性。记录饮水量有助于分析。
  5. 非特异性损伤： DSS损伤并非抗原特异性，其诱导的炎症属于化学性损伤后的继发反应。
  6. 肾毒性： 高剂量或长期摄入DSS可能对肾脏产生毒性作用。
  7. 关注动物福利： 严格按照动物伦理要求操作，密切监控动物状态（体重、DAI）。当动物体重下降超过20%或出现严重痛苦迹象（如极度虚弱、无法活动、严重出血）时，应予以人道终点处死。
 

六、 应用领域

  1. 炎症性肠病发病机制研究： 研究肠道屏障功能、先天免疫激活、炎症信号通路（如NF-κB, MAPK）、细胞焦亡/坏死性凋亡、氧化应激、菌群-宿主互作等在结肠炎中的作用。
  2. 新型治疗药物/干预措施评价： 评估抗炎药（5-ASA类似物、糖皮质激素）、生物制剂（抗TNF-α, 抗整合素）、免疫调节剂、小分子抑制剂、益生菌/益生元/合生元、粪菌移植(FMT)、膳食成分（如短链脂肪酸）、天然产物（中药单体/复方）、干细胞治疗等对结肠炎的预防或治疗效果及作用机制。
  3. 疾病相关基因功能研究： 利用基因敲除(KO)、转基因(Tg)或条件性基因敲除小鼠在DSS模型上研究特定基因在结肠炎发生发展中的作用。
  4. 肠上皮修复与再生研究： 研究炎症消退过程中上皮干细胞增殖、分化及黏膜修复的机制。
 

结论：

硫酸葡聚糖钠(DSS)诱导的结肠炎模型因其简便、可靠且能有效模拟人类溃疡性结肠炎的诸多关键病理特征，已成为IBD研究领域中不可或缺的工具。深入理解其作用机制、熟练掌握实验操作细节、客观认识其优势与局限性，对于利用该模型获得可靠、可重复的科学数据至关重要。研究者需精心设计实验方案，严格监控动物状态和模型质量，并结合多种评估指标进行综合分析，以更准确地阐明疾病机制或评价干预措施的潜在价值。

参考文献 (示例)：

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