泌尿系統(tǒng)動物模型

1、Animal models of urinary system,Department of Pathophysiology Xianya Medical College Central South University,Associate Professor Sipin Tan,Human Urinary System,Urologic disease,Congenital,acquired dysfunction of theurinary system,Urologic disease,Kidney disease,Non-renal urinary tract disease,Testi

2、ng parameters for Urinary disease,1.Blood urea nitrogen (BUN) and serum creatinine,2.1 HE staining,2. Pathogenic parameters,2.2.PAS染色(“過碘酸雪夫氏染色” ,糖原染色 ):基底膜、系膜基質(zhì)、纖維蛋白、血管玻璃樣變、淀粉樣纖維等可成陽性反應，呈紫紅色或淡染，從而可以觀察系膜基質(zhì)、基底膜等,可用于糖尿病性腎小球硬化癥或血管病的診斷,2.3.Masson三色染色,IgA腎病,膜性腎病,膜性增生性腎小球腎炎,3.Urine examination,尿的顏色、透明度、酸堿

3、度、紅細胞、白細胞、上 皮細胞、管型、蛋白質(zhì)、比重及尿糖定性,實驗動物尿液收集方法,1.代謝籠法,2.導尿法由尿道插入導尿管，可以采到?jīng)]有受到污染的尿液,3.壓迫膀胱法（觀察藥物的排泄情況） ，適用于狗，兔等大動物,4.輸尿管插管法,5. 膀胱插管法,6.穿刺膀胱法,7.剖腹采尿法,8.反射排尿法：適用于小鼠,動物模型建立遵循的原則,1.相似性：復制的動物模型應盡可能近似人類疾病，并有人類疾病的病理變化,3.可靠性：復制的模型，力求可稱地反映人類疾病.即可特異地反映該種疾病或某種功能、代謝、結(jié)構(gòu)變化，同時應具備該種疾病的主要癥狀和體征，并經(jīng)過一系列檢測（如心電圖、臨床生理、生化指標檢驗、病理切

4、片等得以證實。如果易自發(fā)地出現(xiàn)某些相應病變的動物,就不 應選用；易產(chǎn)生與復制疾病相混淆的疾病或臨床癥狀者也不宜選用。,2. 重復性：理想的人類疾病動物模型應該是可重復的,也應該是叫標準化的,動物模型建立遵循的原則,4.適用性和可控性：設(shè)計復制人類疾病動物模型.應盡量考慮在臨床能應用和便于控制其疾病的發(fā)展，以便 于開展研究工作,5.易行性和經(jīng)濟性：復制動物模型設(shè)計,成盡量做到方法容易執(zhí)行和合乎經(jīng)濟原則,Animal models of urinary system,1.腎小球疾病動物模型 2.腎盂腎炎動物模型 3.腎小管間質(zhì)性腎病動物模型 4.腎衰竭動物模型 5.尿路結(jié)石動物模型 6.膀胱癌動物

5、模型,1.腎小球腎炎動物模型,1.1系膜增殖性腎小球腎炎,1.2.Thy1系膜增生性腎炎動物模型,一 . 腎小球疾病動物模型,1.3微小病變型腎病動物模型,1.4. IgA腎病動物模型,1.5 硬化性腎小球腎病,1.1系膜增殖性腎小球腎炎,系膜增生性腎小球腎炎(Mesangial proliferative glomerulonephritis，MsPGN)是一組以彌漫性腎小球 系膜細胞增生及不同程度系膜基質(zhì)增多為主要特征 的原發(fā)性腎小球疾病，可導致腎小球硬化及腎間質(zhì) 纖維化，以血尿、蛋白尿、高血壓、腎功能不全及小管間質(zhì)損害等為臨床表現(xiàn)。根據(jù)其免疫病理可將其分 為IgA腎病及非IgA腎病兩型，

6、其中非IgA系膜增 生性腎小球腎炎是我國最常見的原發(fā)性腎小球疾 病，占成人原發(fā)性腎小球疾病腎活檢病例的247 30。3,造模機制,造模方法,1.1系膜增殖性腎小球腎炎動物模型,模型特點,運用范圍,1.2.Thy1系膜增生性腎炎動物模型,微小病變性腎病(minimal change disease，MCD)為常 見的腎小球疾病。臨床表現(xiàn)為單純性的腎病綜合征。以其病理形態(tài)學特征命名，MCD光鏡下可見輕度系膜增生，電鏡下腎小球特征性表現(xiàn)為彌漫性足突融合,1.3 微小病變型腎病動物模型,1.3.1 嘌呤霉素腎炎模型,1.3.2 阿霉素腎病模型,造模方法,模型特點,兩次給藥法的造模特點,運用范圍,注意事

7、項,IgA 腎病特征性的表現(xiàn)是IgA 及IgG免疫復合物(彌漫性沉積伴腎小球系膜細胞增生。 IgA 腎病是世界范圍內(nèi)最常見的原發(fā)性腎小球腎炎，最常見的臨床表現(xiàn)是鏡下血尿伴不同程度的蛋白尿。是導致慢性腎衰竭的重要病因,1.4 IgA 腎病動物模型研究,1.4IgA 腎病動物模型研究,1.4.1.免疫誘導型,1.免疫復合物誘導,2.微生物成分誘導,3.異種蛋白誘導,1.4.2.繼發(fā)病變型,繼發(fā)病變型主要指某些全身性疾病發(fā)展時導致腎內(nèi) IgA免疫復合物沉積，出現(xiàn) IgA腎病的臨床表現(xiàn)。如酒精性肝炎、狼瘡性腎炎、 過敏性紫癜腎炎等,1.4.3. 自發(fā)病變型(基因工程IgA動物模型,造模機制,造模方法,

8、模型特點,二.繼發(fā)病變型,此類模型多采用肝臟切除或誘導動物肝硬化的方法使肝臟IgA清除減少,或者在誘導的系統(tǒng)性紅斑狼瘡模型基礎(chǔ)上進行后期處理,1.4.3. 自發(fā)病變型腎小球腎炎動物模型,自發(fā)病變型IgA腎病動物模型常指某些純系動物或轉(zhuǎn)基因動物具有IgA 腎病易感性。 ddY小鼠因其血清IgA濃度較高，在28周可見蛋白尿，同時免疫熒光顯示IgA，C3和IgG沉積出現(xiàn)，至59周出現(xiàn)系膜基質(zhì)增生,Zhang等利用基因打靶技術(shù)制作了子宮球蛋白（ uteroglobin，UG）基因剔除小鼠，結(jié)果UG敲除的小鼠出現(xiàn)以明顯蛋白尿、鏡下血尿、體重下降為特征的進行性腎小球疾病；腎組織病理學檢查發(fā)現(xiàn)嗜復紅的蛋白復

9、合物在腎小球沉積伴有腎小管細胞增生和腎實質(zhì)纖維化；免疫熒光檢查顯示IgG、補體C3、纖維連接蛋白（ FN）和膠原在腎小球沉積,二、腎盂腎炎動物模型,腎盂腎炎：上尿路感染。分為急性和慢性兩種,動物模型,急性腎盂腎炎動物模型,慢性腎盂腎炎動物模型,造模方法,造模機制,造模機制,一 、急性腎盂腎炎動物模型,模型特點,運用范圍,注意事項,模型評估,二 、慢性腎盂腎炎動物模型,造模方法,造模方法,造模機制,觀察指標,1.腎臟重量 2.細菌培養(yǎng) 3.血清檢測 4.血清大腸桿菌凝集效價檢測 5.腎臟形態(tài)觀察,模型特點,運用范圍,模型評估,三、腎間質(zhì)纖維化動物模型,1.單側(cè)輸尿管梗阻動物模型,2.孢素A腎病動

10、物模型,3.慢性馬兜鈴酸腎病動物模型,4.腎臟切除動物模型,5.大霉素引起的腎小管損傷和間質(zhì)纖維動物模型,6.鎮(zhèn)痛藥腎病動物模型,7.蛋白超負荷引起的腎間質(zhì)纖維化動物模型,8 .ET-l轉(zhuǎn)基因小鼠腎纖維化動物模型,3.1.單側(cè)輸尿管梗阻動物模型(unilateral ureteral obstmction UUO,實驗動物一側(cè)輸尿管結(jié)扎，在結(jié)扎后1周內(nèi)該側(cè)腎臟即開始出現(xiàn)腎間質(zhì)纖維化的動物模型,其他干預因素：UUO大鼠腹腔內(nèi)注射IN.1130(一種GF-B1受體的抑制劑)，觀察到給藥的uuO大鼠TGF、膠原I、pSmad2的mRNA水平較UU0對照大鼠下降。免疫組化證實IN.1130抑制腎臟膠原

11、I的表達,TGF的表達明顯被抑制，纖連蛋白(fibmnectin，F(xiàn)N)及膠原I在腎臟的表達也被抑制,選擇性內(nèi)皮素受體拮抗劑波生坦(bosentan)后ETaR表達下降，腎間質(zhì)纖維化明顯改善,3.2.環(huán)孢素A腎病動物模型,CsA腎病模型多采用SD大鼠皮下注射CsA 7525 mg (kgd)，多數(shù)文獻為15 mg(kgd).連續(xù)28 d或35 d，同時給予無鈉或低鈉飲食,組織學表現(xiàn)為條紋狀腎間質(zhì)纖維化、腎小管萎縮與腎小球入球小動脈的透明變性,3.3.慢性馬兜鈴酸腎病動物模型,Wistar大鼠腹膜內(nèi)注射馬兜鈴酸5 mg(kgd)，共16周，注射畢雖已可見腎臟損害，但并無腎間質(zhì)纖維化發(fā)生，直至24

12、周才出現(xiàn)多灶性纖維化及腎小管萎縮,通浸膏水溶液給SD大鼠間斷灌胃，也成功建立了慢性AAN模型,3.4.腎臟切除動物模型,用140-160 g的雄性SD大鼠，行右側(cè)腎切除同時結(jié)扎左側(cè)腎動脈后段和前段的1-2支造成左腎23梗塞。造模1周時腎間質(zhì) 細胞增生，2周時血小板衍生生長因子在腎小管內(nèi)表達增 加，210周時在間質(zhì)表達增加,1周后結(jié)蛋白(desmin)和僅平滑肌肌動蛋白(d-smooth muscle actin，sMA)在腎間質(zhì)表達進行性增加。間質(zhì)單核巨噬細胞浸潤在2周開始，同時膠原I、膠原、層連蛋白(1aminin)和FN在腎間質(zhì)內(nèi)聚積,3.5.慶大霉素引起的腎小管損傷和間質(zhì)纖維化動物模型,

13、慶大霉素引起的腎小管損傷是其造成急性腎衰竭的主要原因,給藥方式有皮下注射、肌肉注射或腹腔內(nèi)注射，給藥劑量80 mg400 ml/d)，用藥時間4-14 d,觀察到停藥后30 d出現(xiàn)腎問質(zhì)纖維化,Wistar大鼠連續(xù)2 d皮下注射慶大霉素250 mg(kg /d)，觀察到4 d時腎問質(zhì)纖維化最明顯，28 d時恢復正常,3.6.鎮(zhèn)痛藥腎病動物模型,用雌性Fischer 344大鼠，阿司匹林230 m(kgd)和撲熱息痛380 m(kgd)溶解于飲水，持續(xù)給藥65周。最早出現(xiàn)腎乳頭的結(jié)構(gòu)損傷，并累及腎間質(zhì)細胞和基質(zhì)，隨后可見到腎間質(zhì)纖維化和腎小管萎縮,3.7.蛋白超負荷引起的腎間質(zhì)纖維化動物模型,大

14、鼠和小鼠建立的每日腹腔注射無菌小牛血清0.5 mL，造成腎間質(zhì)纖維化的同時還造成明顯的腎小球硬化,3.8.ET-l轉(zhuǎn)基因小鼠腎纖維化動物模型,將人的ET-1基因通過顯微注射法轉(zhuǎn)移到NMRI小鼠受精卵，ET-1在腎、腦和肺高表達。此轉(zhuǎn)基因小鼠在14個月時觀察到腎小球硬化、腎間質(zhì)纖維化和腎囊腫，而無高血壓，提示ET-l能非血壓依賴地引起腎纖維化。此ET-1轉(zhuǎn)基因小鼠未出現(xiàn)明顯蛋白尿,四、腎衰動物模型,急性腎衰竭（acute renal failure,ARF)是指由于各種原因引起的腎功能急劇下降的臨床綜合癥,1.油酸誘發(fā)的大鼠急性腎衰模型 2.缺血性急性腎衰動物模型 3.汞劑誘發(fā)家兔急性腎衰模型

15、4.氨基糖甙類抗生素誘發(fā)大鼠急性腎衰模型,4.1.油酸誘發(fā)的大鼠急性腎衰模型,模型特點,4.2Mouse model of ischemic acute kidney injury,Experimental Procedures for Bilateral Ischemic AKI in Mice,1.Preparation for experiment,homeothermic monitor system, animal hair clipper , tissue forceps with blunt points, tweezers with ultra-sharp points, di

16、ssecting and operating scissors with sharp points , micro-aneurysm clip applying forceps, 40 Vicryl suture with 1/2-circle needle of 17-mm length; needle holder, Michel wound clips, Michel wound clip-applying forceps, 1-ml syringes, 30 G needles, alcohol swab, cotton swab, gauze sponges, and surgica

17、l gloves. 0.9% sodium chloride), 5 mg/ml pentobarbital in saline, 0.03 mg/ml buprenorphine in saline,2. Surgical procedure and surgery,Fig. 1. Sites of ank incision of bilateral mouse model of ischemic acute kidney injury (AKI). The incision sites on the left (A) and right (B) sides are labeled with

18、 red line,3.Monitoring the Success of Renal Ischemia-Reperfusion,1. The kidney color,Red dark purple deep dark purple change back to red,Remove the clips,2. Blood urea nitrogen (BUN) and serum creatinine detection,Monitor the BUN before the renal ischemia and at different reperfusion time points,The

19、 serum creatinine is usually determined at the endpoint of the experiment,3. Histological examination of kidney tissues,Fig2 Blood urea nitrogen (BUN) level of C57BL/6 mice after different ischemia-reperfusion periods,Fig 3 Histological examination of kidney tissues by methods such as hematoxylin-an

20、d-eosin (H microaneurysm clips,4.Surgery: (1)Dehydration status and surgery time: conduct the ischemia experiment at a certain time of the day,2) Anesthesia,3) Body Temperature Maintenance,4）Operation Time,5）Minimization of Surgical Trauma,Postsurgery Care,1.saline supplementation,2.Easily accessibl

21、e water and food supplies,3.If the water and food are at high positions, it is important to keep some gel food on the floor of the cage,Animals are excluded from a study if,1) There is abnormal kidney morphology and kidney function before surgery; 2) There are noticeable abnormalities in other organ

22、s; 3) Surgery is not well performed or accidents occur during surgery; 4) Test substance delivery fails,4.3.汞劑誘發(fā)家兔急性腎衰模型,實驗動物】家兔，大鼠，小鼠,造模方法】氯化汞用生理鹽水或蒸餾水配成溶液，靜脈注射,模型特點】 ：腎小球濾過率下降，腎小管細胞壞死，腎小管排泄，重吸收功能下降,模型評估和運用】簡單易行，病變穩(wěn)定,4.4.氨基糖甙類抗生素誘發(fā)大鼠急性腎衰模型,造模方法】慶大霉素腹腔注射，140mg/kg體重,檢測指標】尿量，尿常規(guī)，BUN， Cr,形態(tài)學檢查,模型評估和運用】

23、較好的模擬腎小管壞死引起的急性腎衰。適用于研究急性腎小管壞死機制與藥物治療的評價,慢性腎衰動物模型,1.腎毒性慢性腎衰動物模型,2.腎切除慢性腎衰動物模型,1.腎毒性慢性腎衰動物模型,造模方法,檢測指標,運用范圍,研究慢性腎衰的機制與治療,模型評估,2.腎切除慢性腎衰動物模型,造模機制,模型特點,五、高尿酸、泌尿系統(tǒng)結(jié)石動物模型,泌尿系結(jié)石（簡稱尿石）是一種常見的疾病，不同地區(qū)的結(jié)石發(fā)病率在3% 到14%之間，且手術(shù)治療后復發(fā)率高，嚴重影響了人體的健康。在70%以上的尿石中，草酸鈣單獨或和其他鈣鹽共同為主要成分,5.1結(jié)石模型 【造模方法】：藥物誘導結(jié)石模型。乙二醇，對苯二甲酸等誘導,模型特點

24、,應用范圍,5.2 高尿酸血癥腎病動物模型,造模方法,模型特點,運用范圍,六 膀胱腫瘤動物模型,1.自發(fā)性膀胱腫瘤模型,2.誘發(fā)性膀胱腫瘤模型,3.移植性膀胱腫瘤動物模型,4.轉(zhuǎn)基因動物模型,6.1.自發(fā)性膀胱腫瘤模型,犬自發(fā)性膀胱移行細胞癌和人膀胱癌的比較,在所有腫瘤類型中占有的比例； 發(fā)生的年齡階段； 危險因子(芳香化合物、環(huán)境因素等)； 組織病理學特征； 臨床表現(xiàn) 腫瘤的轉(zhuǎn)移； 對單一化療藥物的治療反應； TNM分期； 分子生物學特點,缺點：制作復雜、費時，模型的重復性不一定能得到保證,6.2.誘發(fā)性膀胱腫瘤模型,化學致癌劑誘發(fā)膀胱癌,硝基呋喃噻唑甲酰胺(FANFT),N-甲基亞硝基脲（

25、BBN）, N一丁基(4一羥丁基)亞硝胺（MNU）為常用的誘導劑,FANFT為間接致癌物，可以口服給藥，誘導腫瘤發(fā)生時間至8個月以上時成瘤率近100,BBN既是直接致癌劑也是間接致癌劑，可口服及膀胱灌注給藥，成瘤時間需58個月。BBN誘導的大鼠或小鼠膀胱癌大多數(shù)為移行細胞癌，形態(tài)與人類十分相似,MNU為直接致癌物作用于膀胱黏膜，經(jīng)尿道膀胱插管給藥，8周即可成瘤心,6.3.移植性膀胱腫瘤動物模型,目前應用最多的腫瘤模型,常采用化學腐蝕、機械損傷、胰酶消化、或給予細胞黏附劑等預處理破壞膀胱黏膜再行成瘤,摩擦裝置通過套管經(jīng)尿道置入膀胱對膀胱黏膜產(chǎn)生機械損傷后植入腫瘤細胞。該過程操作簡便，B超及病理報

26、告成功率達到100,七.糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy）動物模型,1.誘發(fā)性,2.自發(fā)性,3.基因工程,理想的糖尿病腎病（diabetic nephropathy）動物模型,美國糖尿病并發(fā)癥動物模型協(xié)會(animal models of diabetic complication consortium,AMDCC)制定DN 小鼠模型的評價標準,1)糖尿腎病小鼠整個生存期腎小球濾過率下降超過50%; (2)與同品系同性別同年齡的對照組相比,糖尿腎病小鼠的尿蛋白增加10 倍以上; (3)糖尿病腎病小鼠腎臟病理改變:有系膜基質(zhì)增生,伴或不伴結(jié)節(jié)硬化和系膜溶解;不同程度的小動脈透

27、明樣變;基底膜增厚超過基線水平的50%;小管間質(zhì)纖維化,7.1.誘發(fā)性I型糖尿病腎病模型,1.1 高劑量 STZ 誘導的小鼠糖尿病腎病模型 一次性給予實驗動物200 mg/kg 的 STZ 腹腔注射,1.2 低劑量 STZ 誘導的小鼠糖尿病腎病模型 低劑量( 40mg/kg5 5 mg/kg )STZ 多次注射誘導糖尿病,1.3單側(cè)腎切除后誘導的大鼠 DN 模型,不同品系的大鼠( SD, Wistar 和 SHR) 單側(cè)腎臟切除術(shù)加上 3 5 mg/kg5 0 mg/kg STZ 多次小劑量誘導即可制備模型,7.2.自發(fā)性 I型糖尿病DN 動物模型,7.2. 1 型糖尿病腎病自發(fā)性動物模型,N

28、OD( nonobese diabetic mouse) 小鼠NOD 小鼠是 ICR 近交系小鼠, 大概在 4 周齡5 周齡起, 小鼠胰腺自發(fā)出現(xiàn)程度不等的炎癥, 24 周齡3 0周齡時大多數(shù)胰腺 B 細胞被破壞出現(xiàn)顯性糖尿病, 進而發(fā)展成為 DN, 表現(xiàn)為尿蛋白排泄增加。腎臟病理變化: 系膜細胞增生, 腎小球毛細血管基底膜增厚, 細胞外基質(zhì)增多, 最后出現(xiàn)腎小球硬化,2)胰島素 2 Akita 小鼠,因為 Insulin 2 基因突變, 導致胰島素肽鏈錯誤折疊, 選擇性地對胰島 B 細胞產(chǎn)生蛋白毒性, 導致 B 細胞分泌胰島素能力下降,Akita 小鼠模型可以出現(xiàn)病理結(jié)構(gòu)表 現(xiàn), 如腎小球系膜擴張, 足細胞數(shù)目減少, 腎小球硬化, 腎間質(zhì)纖維化等,3）LETL 大鼠該模型在18 30 周齡時會自發(fā)的出現(xiàn)胰腺淋巴細胞的侵潤,導致胰島 細胞的破壞,最終發(fā)展為1 型糖尿病,7.3人工誘導的2 型糖尿病模型,高脂飲食誘導加STZ腹腔注射是目前最經(jīng)濟、實用的造模方法,高脂飲食可以誘導模型動物發(fā)生肥胖、高血糖、高脂血癥、胰島素抵抗等2 型糖尿病患者代謝綜合征的特點,再予以小劑量的STZ 即可使其成模。一般大鼠高脂飼料誘導6 8