慢性胰腺炎動物模型研究進展

劉日 弓靜

海軍軍醫大學附屬長海醫院影像醫學科，上海 200433

【提要】 慢性胰腺炎(CP)的動物模型應從模擬其發病機制、外界刺激、生長環境、基因缺陷等因素出發進行構建。模型的成功構建有助于闡明該疾病的病因學、發病機制以及開發新的治療措施。本文總結近年來最常用的CP動物模型，概述它們的病理生理學，并討論它們的優點和局限性。

慢性胰腺炎(CP)是一種不可逆的炎癥過程，形態學變化主要表現為間質纖維化和腺泡細胞萎縮。目前CP的早期診斷需要結合影像學、胰腺功能測試、臨床表現等進行綜合判斷[1-4]。急性胰腺炎(AP)和復發性AP可發展為CP[5]，因此，它們被認為是一種連續性疾病[6]。對胰腺炎發病機制的理解主要依賴于實驗動物模型的數據，CP的動物模型應從模擬其發病機制、外界刺激、生長環境、基因缺陷等因素出發進行構建。本文旨在介紹幾種CP的代表性實驗動物模型。

一、藥物注射所致的CP模型

1．雨蛙素注射：重復注射雨蛙素是CP最常用的造模方法之一。雨蛙素注射的具體操作在不同的研究中有所不同，一項研究發現[7]小鼠每周兩次雨蛙素腹腔注射(50 μg·kg-1·h-1×6 h)連續10周可導致急性胰腺損傷，鏡下見腺泡單位周圍和小葉間隙內的細胞外基質(extracellular matrix, ECM)中有前膠原蛋白表達并隨造模時間逐步累積。另一項研究[8]采取大鼠水浸應激處理5 h，并且每周兩次腹腔注射雨蛙素(20 μg/kg)，16周后鏡下見胰腺萎縮并有明顯的小葉結構破壞、纖維化、脂肪浸潤；同時出現內分泌功能異常。有學者采取更加密集的注射策略[9-10]，每周3次雨蛙素腹腔注射，6周即可觀察到顯著的腺泡結構改變和更迅速的腺泡周圍纖維化累積。但在刺激停止后，胰腺的纖維化大部分在3～6周內逐漸分解，提示胰腺中ECM降解途徑仍有活性[10]。

有研究將雨蛙素聯合脂多糖(lipopolysaccha ride, LPS)制作CP模型，發現LPS的聯合應用增加了纖維化的量[11]。Ahmadi等[12]聯合雨蛙素、乙醇小鼠腹腔注射進行CP造模，6周后發現乙醇聯合雨蛙素組胰腺的病理變化、TGF-β水平較單用雨蛙素組更顯著，而單純乙醇注射組并未見明顯胰腺病理改變。

2．左旋精氨酸(L-Arg)注射：以500 mg/100 g為初始劑量給大鼠腹腔注射L-Arg，接下來以250 mg/100 g體重的劑量每天注射3次，連續10 d即可產生CP模型。造模24 h后鏡下胰腺表現為嚴重的水腫型AP。第5天高達90%的腺泡破壞并被脂肪組織替代，但導管和胰島細胞未損。造模成功6個月后上述病理改變仍存在[13]。Weaver等[14]給大鼠腹腔注射350 mg/100 g L-Arg，每天1次持續4周，發現導管周圍、血管、胰腺內神經和胰島的纖維結締組織基質中僅有少量腺泡細胞保留。Yamaguchi等[15]發現，在第一次腹腔注射L-Arg后第54天，85%～90%的腺泡組織被脂肪組織和擴張的胰管代替而非纖維化。

3．二丁基二氯化丁基(DBTC)注射：DBTC是一種化學品，在工業上用于聚氯乙烯塑料的熱穩定。靜脈注射DBTC能誘導慢性胰腺損傷，將DBTC溶于100%乙醇中，與甘油混合后將200 μl體積的DBTC(8 mg/kg體重)尾靜脈注射誘導大鼠CP[16]。DBTC在24 h內誘發急性水腫性胰腺炎，7 d后可觀察到單核細胞大量浸潤，隨后發生纖維化，同時編碼Ⅰ型膠原蛋白的tRNA和TGF-β1表達上調，但該造模方式同樣引起嚴重的肝損害[17]。

Zhang等[18]采取DBTC尾靜脈注射聯合乙醇喂食進行小鼠的CP建模，實驗組小鼠可見急性間質性胰腺炎伴胰腺水腫，腺泡細胞壞死，胰腺持續炎癥和胰腺永久性纖維化等CP的典型形態學改變。與對照組比較，實驗組胰腺基質金屬蛋白酶1(MMP-1) mRNA表達降低，基質金屬蛋白酶抑制劑(TIMP-1) mRNA表達升高，削弱了MMP-1降解I型膠原的能力，導致ECM在胰腺中沉積[19]。

二、胰管結扎所致的CP模型

人類胰腺炎中過氧化物和NO合成酶(NOS)的表達上調，胰管結扎誘導的大鼠胰腺炎模型中腺泡和導管周圍有類似的氧化應激和NOS表達上調。表明胰管結扎誘導的大鼠胰腺炎是進一步研究人類胰腺炎發展的適當模型[20]。而小鼠和大鼠的完全胰管梗阻主要導致胰腺萎縮，此改變并非CP的特征。胰管結扎數月后胰腺的小葉內可見脂肪浸潤[21]。因此，單獨導管結扎不會導致典型的CP。然而，完全胰管結扎聯合雨蛙素給藥在72 h后即可引起大量的間質膠原蛋白表達[22]。

有研究報道了一種改良的CP模型，具體操作是通過分支導管結扎結合雨蛙素給藥實現建模[23]。在這項研究中，通過結扎大鼠胃和胰腺十二指腸交界處的胰管來誘導CP，從而避免了膽管及其伴隨動脈的損傷。模型鼠在導管結扎后第2天接受單次雨蛙素給藥(50 μg/ kg)。術后3 d結扎的胰腺部分發生嚴重的壞死性胰腺炎，模型相關的死亡率為10%～15%，并始終發生在注射雨蛙素的48 h內，胰腺壞死區域被纖維化和脂肪組織替代，21 d后檢測到纖維化范圍最大。

三、胰管內注射的CP模型

1．牛黃膽酸鈉胰管內注射：牛黃膽酸鈉逆行注入大鼠胰管可引起急性出血性胰腺炎，72 h可見明顯的腺泡萎縮和纖維化，然而在單次逆行胰管內輸注劑量為40 μl/100 g的3%牛磺膽酸鈉時，42 d后胰腺組織學表型正常，提示該劑量誘導下的胰腺炎是可逆的[24]。另外注射劑量、藥物濃度、注射壓強和持續時間可能是這些復雜表型變化的因素。

2．乙醇膽胰管內注射：大鼠胰膽管解剖結構與正常人體存在很大的區別，其膽總管全長幾乎被胰腺組織包圍，并在其行程中接收若干條胰管匯入，最終開口于十二指腸乳突。Unal等[25]通過剖腹手術暴露胰腺，使用胰島素注射器將48%乙醇1 ml注入膽管后用1/0絲線縫合膽管，以防止乙醇逆行滲漏。術后7 d鏡下發現所有大鼠均發生CP病理改變，在胰腺組織中見到間質纖維化，淋巴管浸潤，導管擴張，腺泡細胞萎縮。

四、改變飲食結構所致的CP模型

1．乙醇相關性：Maki等[26]在動物飲用水中加入濃度為15%的乙醇，2個月后動物血清淀粉酶水平升高，胰腺水腫和腺泡細胞空泡化，但未見脂肪壞死或胰腺壞死。Ponnappa等[27]給大鼠喂養Lieber-DeCarli飲食9～12個月，大鼠的胰腺出現雨蛙素誘導產生的CP樣改變。乙醇喂養聯合雨蛙素注射加劇了胰腺的炎癥反應，加劇纖維化程度及腺泡受損萎縮[28-29]。乙醇模型聯合LPS給藥進行CP建模，發現接受乙醇喂養的大鼠顯示出更嚴重的腺泡空泡形成，腺泡細胞壞死，炎癥浸潤和出血，而對照飲食喂養加LPS組中幾乎沒有發現胰腺病灶[30]。Gukovsky等[31]報道了乙醇聯合環孢菌素、雨蛙素CP模型，該模型導致胰腺實質減少約86%。

2．慢性高脂飲食：Zhang等[32]采取高脂喂食方案(1%膽固醇，10%動物脂肪，0.3% NaTc)飼養10周后發現胰腺中游離脂肪酸、丙二醛升高，鏡下可見顯著的腺泡細胞破壞萎縮、脂肪浸潤、間質纖維化等典型CP病理表現。乙醇聯合高蛋白高脂飲食喂養的動物模型中可發現胰酶分泌增加[33]。而低脂飲食、慢性乙醇喂養的大鼠只產生輕度胰腺病理改變，如脂肪變性和間質水腫，而乙醇與高脂肪和超高脂飲食可導致腺泡細胞凋亡增加[34]。

五、遺傳性因素所致的CP模型

絲氨酸蛋白酶抑制劑Kazal-1型(SPINK1)、陽離子胰蛋白酶原基因(PRSS1)、囊性纖維化跨膜轉導調節因子(CFTR)已經被證實與人類CP發病密切相關。通過轉基因技術制備這3種顯性遺傳缺陷的小鼠，成為研究人類遺傳性CP很好的實驗對象。

1．CFTR遺傳缺陷型CP模型：囊性纖維化(CF)是一種常見的常染色體隱性遺傳性疾病，一種編碼CFTR氯離子通道的基因被認為是CF的致病基因。1992年第一個CF小鼠模型被建立，此后陸續開發出一系列更接近人類的特異性CF模型，這些模型可以出現與人類的CP相似的病理變化[35]。胰腺腺泡細胞顯著萎縮，小葉間胰腺導管擴張并充滿淀粉酶陽性的聚合物，伴有中度的炎性細胞浸潤。

2．SPINK遺傳缺陷型CP模型：小鼠的SPINK3與人類的SPINK1同源[36]， 兩者編碼產生的胰蛋白酶抑制劑能阻止胰蛋白酶早期在細胞內活化，SPINK3基因敲除的小鼠在胚胎發育16.5 d后胰腺停止發育并出現胰腺萎縮，出生后1.5 d胰腺內檢測到活化的胰蛋白酶[37]。

3．PRSS1遺傳缺陷型CP模型：人類PRSS1上的精氨酸-組氨酸突變(R122H)導致一種以壞死和慢性炎癥為特征的罕見類型的遺傳性胰腺炎[38]。攜帶胰蛋白酶4的R122H過度表達的錯義突變的轉基因小鼠會出現胰腺纖維化[39]，對雨蛙素誘導的AP易感性增加[40]，說明PRSS1突變在胰腺炎發生過程中起重要作用。

綜上所述，經過100多年的努力，科研工作者已經開發出大量的不同類型的CP，為人們研究疾病的病因、發病機制及各種治療方法提供了很大的幫助。每個模型都有自己的優點或缺點，研究者應根據具體的實驗目的并結合CP模型的特點，來選擇合適的動物模型。然而，目前為止還沒有與人類CP發病完全相同的理想動物模型，仍需科研工作者的進一步研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突