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 the urinary system. Urologic disease Kidney disease Non-renal urinary tract disease Tes
2、ting parameters for Urinary disease 1.Blood urea nitrogen (BUN) and serum creatinine 2.1 HE staining 2. Pathogenic parameters 2.2.PAS染色 (“过碘酸雪夫氏染色 ” ,糖原染色 ):基底膜、系 膜基质、纤维蛋白、血管玻璃样变、淀粉样纤维等可成阳性 反应，呈紫红色或淡染，从而可以观察系膜基质、基底膜等 , 可用于糖尿病性肾小球硬化症或血管病的诊断 。 2.3.Masson三色染色 IgA肾病 膜性肾病 膜性增生性肾小球肾炎 3.Urine examination 尿
3、的颜色、透明度、酸碱度、红细胞、白细胞、上 皮细胞、管型、蛋白质、比重及尿糖定性 实验动物尿液收集方法： 1.代谢笼法 2.导尿法 由尿道插入导尿管，可以采到没有受到污染的尿液 3.压迫膀胱法 （观察药物的排泄情况） ，适用于狗，兔等大动物 。 4.输尿管插管法 5. 膀胱插管法 6.穿刺膀胱法 7.剖腹采尿法 8.反射排尿法：适用于小鼠 动物模型建立遵循的原则 1.相似性： 复制的动物模型应尽可能近似人类疾病，并 有人类疾病的病理变化 。 3.可靠性： 复制的模型， 力求可称地反映人类疾病 .即可特 异地反映该种疾病或某种功能、代谢、结构变化，同时 应具备该种疾病的主要症状和体征，并经过一系
4、列检测 （如心电图、临床生理、生化指标检验、病理切片等 得 以证实。如果易自发地出现某些相应病变的动物 ,就不 应选用；易产生与复制疾病相混淆的疾病或临床症状者 也不宜选用。 ） 2. 重复性 ： 理想的人类疾病动物模型应该是可重复的 , 也应该是叫标准化的 动物模型建立遵循的原则 4.适用性和可控性 ： 设计复制人类疾病动物模型 .应尽 量 考虑在临床能应用和便于控制其疾病的发 展 ，以便 于开展研究工作。 5.易行性和经济性 ： 复制动物模型设计 ,成尽量做到方 法容易执行和合乎经济原则 Animal models of urinary system 1.肾小球疾病动物模型 2.肾盂肾炎动
5、物模型 3.肾小管间质性肾病动物模型 4.肾衰竭动物模型 5.尿路结石动物模型 6.膀胱癌动物模型 1.肾小球肾炎动物模型 1.1系膜增殖性肾小球肾炎 1.2.Thy1系膜增生性肾炎动物模型 一 . 肾小球疾病动物模型 1.3微小病变型肾病动物模型 1.4. IgA肾病动物模型 1.5 硬化性肾小球肾病 1.1系膜增殖性肾小球肾炎 系膜增生性肾小球肾炎 (Mesangial proliferative glomerulonephritis， MsPGN)是一组以弥漫性肾小球 系膜细胞增生及不同程度系膜基质增多为主要特征 的原发性肾小球疾病，可导致肾小球硬化及肾间质 纤维化，以血尿、蛋白尿、高血
6、压、肾功能不全及小管 间质损害等为临床表现。根据其免疫病理可将其分 为 IgA肾病及非 IgA肾病两型，其中非 IgA系膜增 生性肾小球肾炎是我国最常见的原发性肾小球疾 病，占成人原发性肾小球疾病肾活检病例的 24 7 30。 3 【 造模机制 】 【 造模方法 】 1.1系膜增殖性肾小球肾炎动物模型 【 模型特点 】 【 运用范围 】 1.2.Thy1系膜增生性肾炎动物模型 微小病变性肾病 (minimal change disease， MCD)为常 见的肾小球疾病。临床表现为单纯性的肾病综合征。以其 病理形态学特征命名， MCD光镜下可见轻度系膜增生，电 镜下肾小球特征性表现为弥漫性足突
7、融合。 1.3 微小病变型肾病动物模型 1.3.1 嘌呤霉素肾炎模型 1.3.2 阿霉素肾病模型 【 造模方法 】 【 模型特点 】 两次给药法的造模特点 【 运用范围 】 注意事项 IgA 肾病特征性的表现是 IgA 及 IgG免疫复合物 (弥漫 性沉积伴肾小球系膜细胞增生。 IgA 肾病是世界范 围内最常见的原发性肾小球肾炎，最常见的临床表现 是镜下血尿伴不同程度的蛋白尿。 是 导致慢性肾衰竭 的重要病因。 1.4 IgA 肾病动物模型研究 1.4IgA 肾病动物模型研究 1.4.1.免疫诱导型 1.免疫复合物诱导 2.微生物成分诱导 3.异种蛋白诱导 1.4.2.继发病变型 继发病变型主
8、要指某些全身性疾病发展时导致肾内 IgA 免疫复合物沉积，出现 IgA肾病的临床表现。如酒精性 肝炎、狼疮性肾炎、 过敏性紫癜肾炎等。 1.4.3. 自发病变型 (基因工程 IgA动物模型） 【 造模机制 】 【 造模方法 】 【 模型特点 】 二 .继发病变型 此类模型多采用肝脏切除或诱导动物肝 硬化的方法使肝脏 IgA清除减少 ,或者在 诱导的系统性红斑狼疮模型基础上进行 后期处理。 1.4.3. 自发病变型肾小球肾炎动物模型 自发病变型 IgA肾病动物模型常指某些纯系动物或转基因动物 具有 IgA 肾病易感性 。 ddY小鼠因其血清 IgA浓度较高，在 28周可见蛋白尿，同时免疫 荧光显
9、示 IgA， C3和 IgG沉积出现，至 59周出现系膜基质增生。 Zhang等利用基因打靶技术制作了子宫球蛋白（ uteroglobin， UG）基因剔除小鼠，结果 UG敲除的小鼠出 现以明显蛋白尿、镜下血尿、体重下降为特征的进行性肾小 球疾病；肾组织病理学检查发现嗜复红的蛋白复合物在肾小 球沉积伴有肾小管细胞增生和肾实质纤维化；免疫荧光检查 显示 IgG、补体 C3、纤维连接蛋白（ FN）和胶原在肾小球 沉积 二、肾盂肾炎动物模型 肾盂肾炎：上尿路感染。分为急性和慢性两种。 动物模型 急性肾盂肾炎动物模型 慢性肾盂肾炎动物模型 【 造模方法 】 【 造模机制 】 【 造模机制 】 一 、急
10、性肾盂肾炎动物模型 【 模型特点 】 【 运用范围 】 【 注意事项 】 【 模型评估 】 二 、慢性肾盂肾炎动物模型 【 造模方法 】 【 造模方法 】 【 造模机制 】 观察指标 1.肾脏重量 2.细菌培养 3.血清检测 4.血清大肠杆菌凝集效价检测 5.肾脏形态观察 【 模型特点 】 【 运用范围 】 【 模型评估 】 三 、 肾间质纤维化动物模型 1.单侧输尿管梗阻动物模型 2.孢素 A肾病动物模型 3.慢性马兜铃酸肾病动物模型 4.肾脏切除动物模型 5.大霉素引起的肾小管损伤和间质纤维动物模型 6.镇痛药肾病动物模型 7.蛋白超负荷引起的肾间质纤维化动物模型 8 .ET-l转基因小鼠
11、肾纤维化动物模型 3.1.单侧输尿管梗阻动物模型 (unilateral ureteral obstmction UUO) 实验动物一侧输尿管结扎，在结扎后 1周内该侧肾脏即开始出 现肾间质纤维化的动物模型 其他干预因素： UUO大鼠腹腔内注射 IN.1130(一种 GF-B1受体的抑 制剂 )，观察到给药的 uuO大鼠 TGF、胶原 I、 pSmad2的 mRNA水平 较 UU0对照大鼠下降。免疫组化证实 IN.1130抑制肾脏胶原 I的表达。 TGF的表达明显被抑制，纤连蛋白 (fibmnectin， FN)及 胶原 I在肾脏的表达也被抑制。 选择性内皮素受体拮抗剂波生坦 (bosenta
12、n)后 ETaR表达下降，肾 间质纤维化明显改善。 3.2.环孢素 A肾病动物模型 CsA肾病模型多采用 SD大鼠皮下注射 CsA 7 5 25 mg (kgd) ，多数文献为 15 mg (kgd).连续 28 d或 35 d，同时给予无钠或低 钠饮食 . 组织学表现为条纹状肾间质纤维化、肾小管萎缩与肾小球入球小 动脉的透明变性。 3.3.慢性马兜铃酸肾病动物模型 Wistar大鼠腹膜内注射马兜铃酸 5 mg (kgd) ，共 16周，注 射毕虽已可见肾脏损害，但并无肾间质纤维化发生，直至 24 周才出现多灶性纤维化及肾小管萎缩。 通浸膏水溶液给 SD大鼠间断灌胃，也成功建立了慢性 AAN模
13、型 3.4.肾脏切除动物模型 用 140-160 g的雄性 SD大鼠，行右侧肾切除同时结扎左侧肾动脉后 段和前段的 1-2支造成左肾 2 3梗塞。造模 1周时肾间质 细胞增生， 2周时血小板衍生生长因子在肾小管内表达增 加， 2 10周时在间质表达增加。 1周后结蛋白 (desmin)和仅平滑肌肌动蛋白 (d-smooth muscle actin， sMA)在肾间质表达进行性增加。间质单核巨噬细胞浸润 在 2周开始，同时胶原 I、胶原 、层连蛋白 (1aminin)和 FN在肾 间质内聚积。 3.5.庆大霉素引起的肾小管损伤和间质纤维化动物模型 庆大霉素引起的肾小管损伤是其造成急性肾衰竭的主
14、要原因。 给药方式有皮下注射、肌肉注射或腹腔内注射，给药剂量 80 mg 400 ml/d)，用药时间 4-14 d,观察到停药后 30 d 出现肾问质纤维化。 Wistar大鼠连续 2 d皮下注射庆大霉素 250 mg (kg /d)，观 察到 4 d时肾问质纤维化最明显， 28 d时恢复正常。 3.6.镇痛药肾病动物模型 用雌性 Fischer 344大鼠，阿司匹林 230 m(kgd) 和扑热息痛 380 m(kgd) 溶解于饮水，持续给药 65周。最早出现肾乳头的 结构损伤，并累及肾间质细胞和基质，随后可见到肾间质纤维化 和肾小管萎缩。 3.7.蛋白超负荷引起的肾间质纤维化动物模型 大
15、鼠和小鼠建立的每日腹腔注射无菌小牛血清 0.5 mL，造成 肾间质纤维化的同时还造成明显的肾小球硬化。 3.8.ET-l转基因小鼠肾纤维化动物模型 将人的 ET-1基因通过显微注射法转移到 NMRI小鼠受精卵， ET-1在肾、脑和肺高表达。此转基因小鼠在 14个月时观察到 肾小球硬化、肾间质纤维化和 肾囊肿，而无高血压，提示 ET -l能非血压依赖地引起肾纤维化。此 ET-1转基因小鼠未出现明 显蛋白尿。 四、肾衰动物模型 急性肾衰竭（ acute renal failure,ARF)是指由 于各种原因引起的肾功能急剧下降的临床综合症 。 1.油酸诱发的大鼠急性肾衰模型 2.缺血性急性肾衰动物
16、模型 3.汞剂诱发家兔急性肾衰模型 4.氨基糖甙类抗生素诱发大鼠急性肾衰模型 4.1.油酸诱发的大鼠急性肾衰模型 【 模型特点 】 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
17、ultra-sharp points, dissecting 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, gau
18、ze sponges, and surgical 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)
19、 sides are labeled with red line. 3.Monitoring the Success of Renal Ischemia-Reperfusion 1. The kidney color Red dark purple deep dark purple change back to redRemove the clips 2. Blood urea nitrogen (BUN) and serum creatinine detection Monitor the BUN before the renal ischemia and at different repe
20、rfusion time points. The 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 metho
21、ds such as hematoxylin-and-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 s
22、upplementation 2.Easily accessible 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 notic
23、eable abnormalities in other organs; 3) Surgery is not well performed or accidents occur during surgery; 4) Test substance delivery fails. 4.3.汞剂诱发家兔急性肾衰模型 【 实验动物 】 家兔，大鼠，小鼠 【 造模方法 】 氯化汞用生理盐水或蒸馏水配成溶液 ，静脉注射 【 模型特点 】 ： 肾小球滤过率下降，肾小管细胞 坏死，肾小管排泄，重吸收功能下降 【 模型评估和运用 】 简单易行，病变稳定 4.4.氨基糖甙类抗生素诱发大鼠急性肾衰模型 【 造模方法
24、 】 庆大霉素腹腔注射， 140mg/kg体重 【 检测指标 】 尿量，尿常规， BUN， Cr,形态学检查 【 模型评估和运用 】 较好的模拟肾小管坏死引起的急性肾 衰。适用于研究急性肾小管坏死机制与药物治疗的评价。 慢性肾衰动物模型 1.肾毒性慢性肾衰动物模型 2.肾切除慢性肾衰动物模型 1.肾毒性慢性肾衰动物模型 【 造模方法 】 【 检测指标 】 【 运用范围 】 研究慢性肾衰的机制与治疗 【 模型评估 】 2.肾切除慢性肾衰动物模型 【 造模机制 】 【 模型特点 】 五、高尿酸、泌尿系统结石动物模型 泌尿系结石（简称尿石）是一种常见的疾病，不同地 区的结石发病率在 3% 到 14%
25、之间，且手术治疗后复发 率高，严重影响了人体的健康。在 70%以上的尿石中 ，草酸钙单独或和其他钙盐共同为主要成分 5.1结石模型 【 造模方法 】 ：药物诱导结石模型。乙二醇，对苯二 甲酸等诱导。 【 模型特点 】 【 应用范围 】 5.2 高尿酸血症肾病动物模型 【 造模方法 】 【 模型特点 】 【 运用范围 】 六 膀胱肿瘤动物模型 1.自发性膀胱肿瘤模型 2.诱发性膀胱肿瘤模型 3.移植性膀胱肿瘤动物模型 4.转基因动物模型 6.1.自发性膀胱肿瘤模型 犬自发性膀胱移行细胞癌和人膀胱癌的比较 在所有肿瘤类型中占有的比例； 发生的年龄阶段； 危险因子 (芳香化合物、环境因素等 )； 组
26、织病理学特征； 临床表现 肿瘤的转移； 对单一化疗药物的治疗反应； TNM分期； 分子生物学特点 缺点： 制 作复杂、费时，模型的重复性不一定能得到保证 6.2.诱发性膀胱肿瘤模型 化学致癌剂诱发膀胱癌 硝基呋喃噻唑甲酰胺 (FANFT),N-甲基亚硝基脲（ BBN） , N 一丁基 (4一羟丁基 )亚硝胺（ MNU）为常用的诱导剂。 FANFT为间接致癌物，可以口服给药，诱导肿瘤发生时间至 8个 月以上时成瘤率近 100% BBN既是直接致癌剂也是间接致癌剂，可口服及膀胱灌注给 药，成瘤时间需 58 个月。 BBN诱导的大鼠或小鼠膀胱癌大 多数为移行细胞癌，形态与人类十分相似 MNU为直接致
27、癌物作用于膀胱黏膜，经尿道膀胱插管给药 ， 8周即可成瘤心 6.3.移植性膀胱肿瘤动物模型 目前应用最多的肿瘤模型 常采用化学腐蚀、机械损伤、胰酶消化、或给 予细胞黏附剂等预处理破坏膀胱黏膜再行成瘤 摩擦装置通过套管经尿道置入膀胱对膀胱黏膜产生 机械损伤后植入肿瘤细胞。该过程操作简便， B超 及病理报告成功率达到 100 七 .糖尿病肾病（ diabetic nephropathy ）动物模型 1.诱发性 2.自发性 3.基因工程 理想的糖尿病肾病（ diabetic nephropathy）动 物模型 美国糖尿病并发症动物模型协会 (animal models of diabetic com
28、plication consortium,AMDCC)制定 DN 小鼠模型的评价标准 : (1)糖尿肾病小鼠整个生存期肾小球滤过率下降超过 50%; (2)与同品系同性别同年龄的对照组相比 ,糖尿肾病小鼠的尿 蛋白增加 10 倍以上 ; (3)糖尿病肾病小鼠肾脏病理改变 :有系膜基质增生 ,伴或不伴 结节硬化和系膜溶解 ;不同程度的小动脉透明样变 ;基底膜增 厚超过基线水平的 50%;小管间质纤维化。 7.1.诱发性 I型 糖尿病肾病模型 1.1 高剂量 STZ 诱导的小鼠糖尿病肾病模型 一次性给予实验动物 200 mg/kg 的 STZ 腹腔注射 1.2 低剂量 STZ 诱导的小鼠糖尿病肾病
29、模型 低剂量 ( 40mg/kg5 5 mg/kg )STZ 多次注射诱导糖尿病。 1.3单侧肾切除后诱导的大鼠 DN 模型 不同品系的大鼠 ( SD, Wistar 和 SHR) 单侧肾脏切除术加上 3 5 mg/kg5 0 mg/kg STZ 多次小剂量诱导即可制备模型 7.2.自发性 I型糖尿病 DN 动物模型 7.2. 1 型糖尿病肾病自发性动物模型 (1)NOD( nonobese diabetic mouse) 小鼠 NOD 小鼠是 ICR 近交系小 鼠 , 大概在 4 周龄 5 周龄起 , 小鼠胰腺自发出现程度不等的炎症 , 24 周龄 3 0周龄时大多数胰腺 B 细胞被破坏出现
30、显性糖尿病 , 进而发展 成为 DN, 表现为尿蛋白排泄增加。肾脏病理变化 : 系膜细胞增生 , 肾小 球毛细血管基底膜增厚 , 细胞外基质增多 , 最后出现肾小球硬化 . (2)胰岛素 2 Akita 小鼠 因为 Insulin 2 基因突变 , 导致胰岛素肽链错误折叠 , 选择性地对胰岛 B 细 胞产生蛋白毒性 , 导致 B 细胞分泌胰岛素能力下降。 Akita 小鼠模型可以出现病理结构表 现 , 如肾小球系膜扩张 , 足细胞数目减少 , 肾小球硬化 , 肾间质纤维化等 （ 3） LETL 大鼠 该模型在 18 30 周龄时会自发的出现胰腺淋 巴细胞的侵润 ,导致胰岛 细胞的破坏 ,最终发
31、展为 1 型糖尿病 7.3人工诱导的 2 型糖尿病模型 高脂饮食诱导加 STZ腹腔注射是目前最经济、实用的造 模方法 ,高脂饮食可以诱导模型动物发生肥胖、高血糖 、高脂血症、胰岛素抵抗等 2 型糖尿病患者代谢综合征 的特点 ,再予以小剂量的 STZ 即可使其成模。一般大鼠 高脂饲料诱导 6 8 周即可出现胰岛素抵抗 ,再 腹腔注射小剂量的 STZ30 mg/ kg，成模率可达 79% 2.2 II 型糖尿病肾病自发性动物模型 (1) db/db 小鼠 db/db 小鼠是位于小鼠 4 号染色体的瘦素受体因突变所致 的先天肥胖性 2 型糖尿病模型。 db/db 小鼠发生糖尿病的病程与人类极 为相似
32、 , 微血管并发症多见 (2) GK 大鼠 GK 大鼠是由对葡萄糖不耐受的 Wistar 大鼠重复近亲 繁殖多代后产生。这种动物模型的特点是中度的高血糖 , 外周胰岛素 抵抗和肥胖表型。 GK 大鼠产生 2 型糖尿病肾病主要由于胰岛 B 细 胞受损 (3)OLETF 大鼠 OLEFTF 大鼠是胆囊收缩素 ( CCK) 2A 受体信使 RNA( mRNA) 的表达完全缺失的 2 型糖尿病大鼠。早期以胰岛素抵抗、 糖脂 代谢紊乱为主 , 以后逐渐出现胰腺功能减退 , 胰岛纤维化 , 晚 期合并 DN （ 4） ob/ob 小鼠 , 造成其编码的蛋白瘦素缺乏 , 引起肝脂肪生成和肝糖原异 生显著增加
33、 , 高血糖又刺激胰岛素分泌 , 导致胰岛素抵抗。 2.2 II 型糖尿病肾病自发性动物模型 (5) Zucker 大鼠 Zucker 大鼠体内编码瘦素受体的基因错义突变 , 表现出高血糖、 高血脂、 高血压 7.4 II 型糖尿病肾病自发性动物模型 7.3基因工程糖尿病肾病动物模型 (1) eNOS 敲除鼠敲除上皮一氧化氮合酶 ( endothelial nitric oxidesynthase, eNOS) 基因的 C57BLKS / J( BKS)db/db 小鼠 , 表现为高 血糖、 高血压、 蛋白尿。 (2)转基因 OVE2 6 小鼠利用转基因技术使钙调蛋白在 OVE2 6 自发性糖尿 病小鼠胰岛 B 细胞中过量表达。小鼠 2 月龄时出现蛋白尿 , 6 月龄时出现大 量蛋白尿 , 9 月龄时肾小球基底膜增厚 , 系膜扩张 , 出现肾小球硬化和小管间 质性纤维化等病理改变 , 伴有肾小球滤过率降低 . (3)GIPR( dn) 转基因小鼠通过随机诱变和基因修饰获得 , 使得葡萄糖依赖性 促胰岛素多肽受体隐形表达 , 破坏 B 细胞 , 胰岛素分泌减少 , 形成 DN。进而 发展成为 ESRD.对于单基因 DN 的发病机制和治疗方法的研究具有重要意 义 Diabetic nephropathy 谢谢
