腺嘌呤致大鼠慢性腎功能衰竭模型研究

劉洪彥,楊愛華,劉雪梅*,劉麗秋

(1.青島大學醫學院附屬醫院腎內科,山東青島 266003;2.青島大學醫學院附屬醫院檢驗科,山東青島 266003）

(Chin J Lab Diagn,2011,15:2014）

慢性腎功能衰竭(Chronic Renal Failure,CRF）是多種原發和繼發性腎臟病變持續進展的共同結果,可出現多種并發癥,嚴重危害人類健康和生命。腎間質纖維化(Renal Interstitial Fibrosis,RIF）是各種腎臟疾病發展到CRF的共同途徑和主要基礎病理改變[1],如何延緩和阻斷RIF的進展成為防治CRF的關鍵。研制一種重復性好、與臨床相似度高、穩定的CRF動物模型對于其進展機制及并發癥的防治研究具有重大意義。本實驗對Yokozawa法[2]進行改良,應用腺嘌呤150對大鼠進行灌胃,以期構建病變以RIF為主、由輕到重逐漸進展且具備多種并發癥的CRF大鼠模型。

1 材料與方法

1.1 材料與模型構建方法

1.1.1 動物與試劑 清潔級雄性Wistar大鼠92只,體重230±20 g;腺嘌呤(Adenine）。

1.1.2 實驗分組及方法 大鼠隨機分為模型1組(M1,n=28）、模型2組(M2,n=28）、對照1組(C1,n=18）和對照2組(C2,n=18）。M1以腺嘌呤150 mg/(kg?d）灌胃;M2以腺嘌呤300 mg/(kg?d）灌胃;C1和C2以等體積生理鹽水灌胃。M1、C1于實驗第4、8、12周分別隨機抽取6只處死,M2、C2于實驗第1、2、3周分別隨機抽取6只處死。所有大鼠每周檢測血壓。腎組織行HE、Masson染色,并進行電鏡檢查。

1.2 觀察指標①觀察大鼠一般情況。②檢測血紅蛋白(Hb）、血尿素氮(BUN）、血肌酐(Scr）、血鈣(Ca）、血磷(P）、血總膽固醇(TC）、尿蛋白/尿肌酐(UP/Ucr）。③光鏡下觀察腎臟病理改變,參照文獻[3]計算腎小管間質纖維化指數:Masson染色下每張切片選取20個不重疊視野,將呈現為藍色的纖維化面積(去除腎小球和大血管）與統計場總面積的比值作為腎小管間質纖維化指數,計算每個視野的纖維化指數,求其平均值。④電鏡下觀察腎臟超微結構。

1.3 統計學處理實驗數據均以ˉx±s表示,采用SPSS13.0軟件進行數據統計分析,兩組間比較采用t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 實驗結果

2.1 一般情況兩組大鼠均出現少動、精神萎靡、鼠毛稀疏、卷曲弓背及體重下降等表現。

2.2 死亡情況M1大鼠于第 75、79、81天各死亡1只,總死亡率為 10.71%;M2 大鼠于第 13、14、15、17、18、20天各死亡1只,第21天死亡2只,總死亡率為28.56%,第3周死亡率為42.86%。C1、C2無死亡。

2.3 血壓與對照組相比,M1大鼠于第6周時收縮壓輕度升高(P＞0.05）,第8周時明顯升高(P＜0.05）,并呈進行性升高。M2血壓無明顯變化。

2.4 血液檢測①M1、M2大鼠Scr、BUN 呈進行性升高,各時間點與對照組相比,皆有顯著差異(P＜0.01）。②M1大鼠Hb不斷下降,第8周和第12周與對照組相比,皆有顯著差異(P＜0.01）。M2大鼠Hb無明顯變化。③與相應對照組相比,M1大鼠第4周時血磷升高(P＜0.05）,第8周時血鈣下降(P＜0.01）、TC升高 (P＜0.01）;第 12周時上述指標變化進一步增大。M2大鼠血磷、血鈣、TC無明顯變化。④對照組同一指標不同時間點之間均無差異(P＞0.05）。

2.5 尿液檢測M1大鼠UP/Ucr進行性升高,各時間點與對照組相比,皆有顯著差異(P＜0.01）。M2大鼠于第2周時UP/Ucr較對照組升高(P＜0.05）,第3周UP/Ucr較第2周進一步升高(P＜0.01）。對照組大鼠UP/Ucr未見明顯變化。

表1 第4、8、12周模型1組與對照1組各項指標比較(±s）

表1 第4、8、12周模型1組與對照1組各項指標比較(±s）

注:與相應對照組相比,*P＜0.01,**P＜0.05;與第8周相比,▲P＜0.01,▲▲P＜0.05

項目 第4周 第8周 第12周模型1組 對照1組 模型1組 對照1組 模型1組 對照1組例數 6 6 6 6 6 6肌酐(μ mol/L） 159.00±9.84*▲ 65.19±4.60 221.00±15.75* 69.33±11.43 276.18±22.99*▲ 66.84±7.68尿素氮(mmol/L） 27.67±3.59*▲ 7.06±0.74 42.39±4.90* 7.23±0.66 62.97±6.76*▲ 7.34±1.18血鈣(mmol/L） 2.50±0.11▲ 2.54±0.07 2.39±0.63* 2.52±0.06 1.99±0.74*▲ 2.50±0.10血磷(mmol/L） 2.79±0.47**▲ 2.28±0.14 4.72±0.63* 2.27±0.10 6.67±0.87*▲ 2.25±0.11總膽固醇(mmol/L） 1.65±0.12▲▲ 1.64±0.06 1.91±0.12* 1.64±0.05 2.37±0.28*▲ 1.67±0.04血紅蛋白(g/L） 147.67±3.61▲ 151.44±5.89 127.33±4.68* 149.50±5.13 98.00±6.84*▲ 148.67±4.63尿蛋白/尿肌酐 0.72±0.10*▲ 0.38±0.07 1.04±0.10* 0.36±0.06 1.77±0.12*▲ 0.40±0.07收縮壓(mmHg） 115.17±4.07▲▲ 113.50±7.23 124.33±7.12** 112.33±6.35 136.17±5.98*▲ 114.33±4.63纖維化指數(%） 16.15±7.61*▲ 4.7±2.13 36.70±10.97* 4.90±1.48 70.40±13.55*▲ 4.6±2.24死亡數/總數 0/28 0/18 0/22 0/12 3/16 0/6

表2 第1、2、3周模型2組與對照2組各項指標比較(±s）

表2 第1、2、3周模型2組與對照2組各項指標比較(±s）

注:與相應對照組相比,*P＜0.01,**P＜0.05;與第2周相比,▲P＜0.01,▲▲P＜0.05

項目 第1周 第2周 第3周模型1組 對照1組 模型1組 對照1組 模型1組 對照1組例數 6 6 6 6 6 6肌酐(μ mol/L） 168.67±11.08*▲ 66.12±6.21 203.50±11.26* 63.68±7.88 234.83±14.13*▲ 64.22±7.37尿素氮(mmol/L） 29.21±3.70*▲ 6.94±0.70 37.02±5.37* 7.32±0.95 53.33±9.43*▲ 7.30±1.06血鈣(mmol/L） 2.49±0.12 2.51±0.11 2.48±0.08 2.47±0.08 2.49±0.08 2.51±0.09血磷(mmol/L） 2.24±0.05 2.27±0.05 2.27±0.09 2.25±0.06 2.36±0.09**▲▲ 2.28±0.09總膽固醇(mmol/L） 1.65±0.09 1.64±0.06 1.65±0.06 1.67±0.06 1.67±0.07 1.64±0.06血紅蛋白(g/L） 146.17±5.71 148.50±4.89 147.67±6.25 149.17±5.71 147.50±7.92 150.67±8.09尿蛋白/尿肌酐 0.40±0.08▲▲ 0.38±0.05 0.48±0.07** 0.37±0.06 0.71±0.09*▲ 0.39±0.08收縮壓(mmHg） 113.33±5.88 116.00±6.03 112.17±5.56 114.67±5.53 112.83±5.13 115.50±5.39纖維化指數(%） 5.45±1.96▲ 4.5±1.93 8.60±3.39* 4.8±1.64 19.15±7.17*▲ 4.65±1.76死亡數/總數 0/28 0/18 2/22 0/12 6/14 0/6

2.6 腎臟組織病理變化

2.6.1 肉眼 模型組大鼠腎臟體積明顯增大,呈灰白色,初期可見彌漫的小米粒大小的白色顆粒,后期表面凹凸不平。

2.6.2 光鏡 ①M1:第4周,腎小管管腔及間質內可見明顯針狀褐色2,8-二羥基腺嘌呤結晶(見圖1A）,腎小管廣泛擴張,部分萎縮消失,管腔內可見管型。腎間質內有膠原纖維增生及大量炎癥細胞浸潤(見圖1B）。腎小球可見輕度系膜增生。第8周,腎小管大量萎縮消失,間質增寬,纖維組織較第4周明顯增多。腎小球出現囊壁增厚、系膜輕中度增生、細胞增多。第12周,上述病理改變進一步加重,腎間質重度纖維化(見圖1D）,腎小球出現毛細血管袢閉塞、纖維化硬化、數目減少。對照組大鼠腎臟未見明顯異常(見圖1C、1F）。②M2:第1周,腎小管內可見結晶沉積,腎間質內大量炎性細胞浸潤,未見明顯纖維增生;第2周,腎間質輕度纖維增生;第3周部分腎小管萎縮、消失,腎間質纖維化較明顯,腎小球輕度系膜增生、細胞增多(見圖1E）。

圖1 各組大鼠腎臟病理變化(×400）

2.6.3 電鏡 M1大鼠于實驗第4周時,近曲小管管腔內可見菱形針狀結晶(見圖2A）。隨著灌胃時間的延長,結晶明顯增多,近曲腎小管基底膜增厚、斷裂,腎小管上皮細胞內溶酶體增多、線粒體腫脹、結晶沉積及明顯的膠原纖維(見圖2B）。腎間質內可見炎癥細胞浸潤、成纖維細胞增多及明顯纖維增生。M2也可見結晶沉積,第3周時腎小管上皮細胞內可見少量膠原纖維。對照組大鼠腎臟未見明顯異常。

3 討論

圖2 模型組大鼠腎臟超微結構

理想的動物模型應具備良好的臨床相似性,相似度越高,越有利于人類疾病的研究。綜合文獻報道發現[4,5],近年來眾多學者應用腺嘌呤300mg/(kg?d）灌胃3周左右制備的CRF動物模型,均出現腎功異常,但并無貧血、高血壓等并發癥。此模型以腎間質纖維化為主要病變,但鮮有學者動態觀察其病理變化。因此,有必要對此模型進一步研究并改良,以制備更加符合CRF臨床表現及發展特點的動物模型。為此,本實驗應用腺嘌呤150 mg/(kg?d）灌胃12周與上述方法進行比較,并動態觀察模型變化。

應用腺嘌呤150 mg/(kg?d）對大鼠進行灌胃,結果顯示第4周時大鼠腎功能異常并進行性加重;第8周時具有輕度貧血、高血壓、脂代謝及鈣磷代謝紊亂;隨著灌胃時間的延長,病情不斷進展,第12周時腎功能嚴重受損,并發癥表現突出;實驗結束后大鼠停止腺嘌呤灌胃并繼續飼養,結果發現腎功能較停止灌胃前下降,提示腎臟病變已進入不可逆轉的慢性進展過程。以上模型變化與CRF的臨床表現和病程發展特點極為相似。通過光鏡和電鏡觀察,第4周時大鼠腎臟可見間質纖維化,隨著實驗的進行其纖維化程度進行性加重,而腎小球病變程度相對較輕。由此可見,應用腺嘌呤150 mg/(kg?d）對大鼠進行灌胃可以成功構建以RIF病變為主且病變由輕到重不斷進展的大鼠CRF模型。有研究報道[6,7],腺嘌呤代謝生產2,8-二羥基腺嘌呤,后者沉積在腎小管,影響氮質化合物的排泄,最終引起腎功能衰竭。電鏡下可見腎小管上皮細胞內有結晶沉積和大量膠原纖維(與文獻報道一致[8]）,提示腎小管上皮細胞可吸收結晶并可能發生腎小管上皮細胞轉分化[9,10],參與腎間質纖維化的進展。

以腺嘌呤300 mg/(kg?d）對大鼠進行灌胃,第1周與第2周時大鼠腎功能急劇惡化,病理檢查可見腎小管擴張、上皮細胞腫脹、間質內大量炎癥細胞浸潤,未見腎小管萎縮、間質纖維化等慢性腎衰表現,此情況符合急性腎損害的特點;第3周時可見腎小管萎縮及間質纖維化,但未出現CRF常有的并發癥。由此提示,該模型與CRF患者的臨床表現(病變緩慢進展、伴發多個系統并發癥）相似性較差,難以滿足CRF進展機制及其并發癥防治研究的需要,可用于慢性腎衰的早期研究及藥物療效的探討。另外,該方法死亡率高,不利于實驗的進行。

綜合分析認為,腺嘌呤 150 mg/(kg?d）灌胃12周的腎衰模型成功模擬了人類CRF發生、發展的病程和特點,其優點在于制作方便、穩定性好、死亡率低、具備多種CRF并發癥,臨床相似度高,能較好地滿足CRF進展機制及其并發癥防治研究的需要。

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