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动物造模 |高尿酸血症造模为什么不容易成功?

高尿酸血症((hyperuricemia, HUA))是由于嘌呤代谢紊乱或尿酸排泄不足所导致体内尿酸升高的代谢紊乱疾病,随着生活水平的提高和饮食结构的改变、人口老龄化及肥胖的流行,高尿酸血症在世界各地的发病率和患病率均呈逐渐上升趋势。长期 HUA 可诱发多种并发症, 如痛风、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病、肝肾功能损伤等。但是模拟和研究人体HUA 并发症的病理诱导过程, 构建长期、稳定的HUA动物模型却不那么容易。

该如何选择造模动物?

由于生理病理过程与人类相似且饲养方便, 大多数研究选择啮齿类动物作为 HUA 的模式动物, 包括 SD 大鼠、昆明小鼠和 C57 小鼠等。但是,人类在进化中编码尿酸酶的基因沉默失活,但啮齿类动物编码尿酸氧化酶的基因并未沉默,尿酸氧化酶可将尿酸分解为尿囊素从而排除体外。这一特征正是当前药物诱导剂造模难以保证组织器官长期持续性高浓度尿酸暴露的原因。

相比而言, 禽类的嘌呤代谢途径与人类更为相似, 其仅需在基础饲料中添加次黄嘌呤、酵母等尿酸前体物质或腺嘌呤影响尿酸排泄即可诱导稳定的 HUA 模型。有研究以酵母食饵( 15 g /kg) 饲喂鹌鹑,实验 14 d可见模型鹌鹑血清尿酸水平显著升高,且持续至实验 35 d,模型较为稳定。同时发现,肾功能、血糖在造模初期有一过性升高,14 d 后可自行恢复,提示酵母造模无明显毒性反应。该模型已被陈奇教授主编《中药药理研究方法学》及苗志敏教授主编的《痛风病学》等著作收载,受到广泛认可与应用。该模型具备如下优势: 1) 酵母饲喂法与临床病因相符,实验动物鹌鹑尿酸代谢途径与人类相近,弥补了啮齿类动物高尿酸血症模型的缺陷,具有临床相似性; 2) 该造模剂价格低廉、安全性好,实验操作简便; 3) 造模期间可维持稳定的高尿酸状态,稳定性良好,保证实验的可重复性。是研究高尿酸血症发病机制的理想动物模型。

近年来, 基于斑马鱼的疾病模型受到广泛关注, 斑马鱼与人类基因高度同源, 生物结构与生理功能和人类亦高度相似, 且其有易于繁殖、实验周期短、实验药量小、给药方式简单的优点。当前, 基于斑马鱼的 HUA 模型尚处于摸索的起步阶段。有研究显示, 使用 200 μmol/L 氧嗪酸钾联合10 μmol/L 黄嘌呤可提升斑马鱼体内尿酸水平约 2 倍, 该方法可作为急性 HUA 模型, 该模型可应用于化合物的降尿酸效果的快速评估。然而, 作为新兴模式动物, 当前斑马鱼的HUA 造模方法缺乏长期慢性状态下的有效性评估。

灵长类动物的尿酸合成代谢途径与人类最为相似, 但由于其饲养难度大以及实验成本高昂, 鲜少用于 HUA 相关研究。近期研究显示, 给予雄性恒河猴 200 mg/kg 肌苷腹腔注射 1 h 后, 血清尿酸浓度提高约 4 倍; 然而, 4 h 后血清尿酸即回落至基线。该方法并不适用于长期慢性 HUA 及相关并发症影响的评估。

综上, 今后研究人员可进一步推动其他模式动物如禽类在 HUA相关领域的应用。由于饲养便捷且廉价, 斑马鱼被广泛用于药物筛选实验, 但其在 HUA 上的方法建立尚不成熟, 在未来条件优化后或许会有良好的表现。

主流的造模方法有哪些?

高效、稳定的高尿酸血症动物模型是防治高尿酸血症药物研究的重要基础。目前主要是通过增加体内尿酸来源( 如腺嘌呤、酵母) 、减少肾对尿酸排泄( 如乙胺丁醇) 、抑制尿酸氧化酶活性( 如氧嗪酸钾) 、基因改造( 如敲除 ABCG2) 等方式进行药物单独或联合造模来构建高尿酸血症模型。

药物造模方法

当前, 大部分实验以啮齿类动物为主的造模方法仍是以通过药物干预为主的方式增加尿酸来源、抑制尿酸代谢及排泄, 主要造模药物包括氧嗪酸钾、次黄嘌呤、 腺嘌呤、乙胺丁醇、 烟酸、果糖、酵母等。本文通过文献梳理比较了HUA造模常用药物及成模性评价。

HUA造模常用药物及成模评价

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联合造模对HUA的诱导效果

有研究将氧嗪酸钾、果糖、次黄嘌呤 3 种造模剂单用或联合造模,在不同的造模时间、造模方式下建立大鼠高尿酸血症模型,通过观测大鼠的血尿酸、肌酐、尿素氮水平、AST、ALT 和 XO 活力、肝肾病理切片、肾 ABCG2 蛋白表达的变化情况,评价各种造模的优劣势,以期为高尿酸血症模型的合理建立和应用提供实验依据。


基因干预造模

当前研究中针对 HUA 的基因干预造模所选用的小鼠以 C57BL 系列为主, 不同基因的敲除对于模型动物的获得数以及尿酸水平的提高具有较大差异。

通过基因干预诱导 HUA 模型是今后重要的发展方向。在当前研究中, UOX 敲除可引起尿酸水平的显著性升高, 然而其死亡率高且子代获得困难。其次为 GLUT9, 尤其是肝特异性敲除GLUT9 后, 实验动物在存活率以及尿酸升高倍数上均有良好表现。其实, 无论是何种敲除, 均需考虑该基因及尿酸水平对胚胎发育的影响, 在未来条件性诱导敲除或许是解决胚胎致畸致死或成年前死亡率过高的发展方向。

此外,同一造模方法在不同实验环境、实验条件等因素影响下,效果也会有所不同,因此至今国内外尚无公认、统一的高尿酸血症模型。通过对此类文献的梳理,本文对分尿酸血症的动物模型的建立,目前造模的瓶颈和未来的发展方向进行总结,希望能为业界学者开展研究提供参考。


来源:

[1]陈建新,刘刚,杨麟,陈亮,池凤蘇,唐璐,谭婧.5种方法制备高尿酸血症大鼠模型的实验研究[J].广州中医药大学学报,2021,38(11):2456-2461.DOI:10.13359/j.cnki.gzxbtcm.2021.11.027.
[2]朱丽华,蒋翠花,张健,张现涛,殷志琦.不同程度肝肾损伤的高尿酸血症大鼠模型研究[J].中国比较医学杂志,2021,31(10):1-8.
[3]张乐琦,林翠婷,黄清华,吴婷,杨阳.不同方法建立长期慢性高尿酸血症模型及对相关并发症影响的研究进展[J].生命科学研究,2022,26(02):125-130.DOI:10.16605/j.cnki.1007-7847.2021.11.0223.
[4]裴忆雪,刘永杰,张笛,刘德俊,徐凌云.建立高尿酸血症性肾损害小鼠模型的实验研究[J].中国比较医学杂志,2018,28(09):46-54.
[5]杨婷,林志健,王雨,张冰,姜卓希,邹丽娜.痛风相关模型研究进展及痛风病建模思考[J].世界中医药,2021,16(01):46-51.



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