張威，孟令峰，劉曉東，王佳文，張耀光

(北京醫(yī)院國家老年醫(yī)學中心泌尿外科， 北京 100730)

間質(zhì)性膀胱炎/膀胱疼痛綜合征(interstitial cystitis，IC/bladder pain syndrome，BPS)是國際公認的診療十分困難的下尿路功能障礙相關性疾病之一。國際尿控組織與歐洲泌尿外科協(xié)會提出：IC/BPS與真正的膀胱炎性疾病不同，應被歸類為一種慢性疼痛綜合征，是一種與膀胱相關的疼痛、壓力或不適，至少伴有一種泌尿系統(tǒng)癥狀，例如沒有大量液體攝入的情況下出現(xiàn)的尿頻，或者持續(xù)的尿意感[1]。國內(nèi)外學者建立了多種IC/BPS動物模型，其中嚙齒類動物的建模周期短，表現(xiàn)穩(wěn)定，操作簡單，花費少，是國內(nèi)外IC/BPS研究的首選[2]。由于IC/BPS不存在標準的病理變化,因此沒有公認的造模標準。各類動物模型大多表現(xiàn)IC/BPS的一種或幾種表型，哪種模型的表型最全面、最適合用作研究，目前尚無定論。本文對嚙齒類動物中最常用的大鼠模型進行了綜述。

1 大鼠IC/BPS模型分類

IC/BPS模型的造模方式主要分為三類：膀胱內(nèi)途徑模型、膀胱外途徑模型和聯(lián)合途徑模型。膀胱內(nèi)途徑模型是通過膀胱內(nèi)灌注的方式，利用灌注物對于膀胱直接的物理、化學或者生物性作用，使其產(chǎn)生特定的病理變化；膀胱外途徑模型是通過全身或局部用藥的方式，利用藥物本身或者代謝產(chǎn)物作用于動物，引起相應的病理生理改變；聯(lián)合途徑模型是將膀胱內(nèi)和膀胱外途徑共同作用于實驗動物進行建模。

2 常用造模方法

2.1 實驗大鼠選擇

由于雌性大鼠尿道短，利于膀胱灌注等操作，大鼠品系的選擇一般以SPF級SD雌性大鼠為主，偶爾采用白化Wistar大鼠、F344大鼠[3]。研究表明[4]雌激素與IC/BPS的發(fā)病相關，因此多選擇6 ～ 8周、已性成熟的大鼠。體重一般為200 ～ 250 g。實驗鼠一般需適應性喂養(yǎng)2 d ～ 2周，房間控制光照12 h/黑暗12 h，溫度20 ～ 26℃，濕度50% ～ 70%，自由攝食、水。

2.2 膀胱內(nèi)途徑模型

一般是將大鼠麻醉后經(jīng)尿道膀胱置管灌注藥物，保留一段時間，待充分反應后排出。

2.2.1 麻醉方式

主流的麻醉藥物包括：(1)戊巴比妥鈉：濃度3% ～ 5%，劑量0.3 mL/100 g體重，腹腔注射[5]。(2)烏拉坦：濃度20% ～ 25%，劑量0.7 mL/100 g體重，腹腔注射[6]。(3)水合氯醛：濃度10%，劑量0.3 mL/100 g體重，腹腔注射[7]。(4)乙醚：吸入性麻醉，適合時間短的操作[8]。以上藥物能夠滿足大多數(shù)的麻醉需求，另有鹽酸賽拉嗪+替來他明-唑拉西泮合劑肌肉注射、混合麻醉氣體(氧氣，N20，氟烷)或異氟醚氣體(5%誘導，2%維持)麻醉的方式[9-11]。

2.2.2 膀胱置管方式

麻醉完全后，將大鼠仰臥位固定于實驗臺。酒精消毒泌尿生殖區(qū)，PE-50導管導尿，200 μL/min膀胱注入試劑，避免注入過快造成膀胱輸尿管返流和試劑溢出，然后拔除導管[12]。灌注時間達到后，重新導尿，排空膀胱。

2.2.3 用于誘導的化學物質(zhì)

(1)硫酸魚精蛋白(protamine sulfate，PS)/脂多糖

PS是一種堿性蛋白，能與強酸性的肝素結合，形成穩(wěn)定的復合物，而膀胱上皮的氨基葡聚糖(glycosaminoglycan，GAG)層富含肝素，因此當PS與膀胱上皮接觸后，便可以破壞GAG層，造成上皮細胞的損傷。脂多糖是革蘭陰性細菌的內(nèi)毒素，可通過誘導肥大細胞的活化等介導炎癥反應。造模時用量為10 mg/mL PS 1 mL，2 mg/mL脂多糖1 mL，500 mmol/L氯化鉀溶液1 mL，時間30 ～ 45 min。Li等[13]采用PS+脂多糖造模，模型膀胱組織切片，光鏡下可見GAG層不規(guī)則；掃描電鏡下可見散在潰瘍面；透射電鏡下可見肥大細胞數(shù)顯著增加。善輝等[6]采用PS+氯化鉀溶液的方法也取得了類似效果。單用PS造模，濃度要求更高[14]。部分學者在灌注時或之后用生理鹽水或磷酸緩沖鹽溶液(phosphate buffer saline，PBS)沖洗膀胱，目的是避免不同試劑產(chǎn)生化學反應以及為試劑提供穩(wěn)定的液體環(huán)境[15]。造模周期從1 d到3個月不等。善輝等[6]應用PS+氯化鉀隔日灌注1次的方案，比較造模1、2、3個月的差異，發(fā)現(xiàn)模型炎癥反應的類型與造模時間相關，時間短者多為急性炎癥，隨時間延長逐漸過渡為慢性炎癥。

(2)透明質(zhì)酸酶(Hyaluronidase，HA)

HA是1種內(nèi)切糖苷酶，可水解透明質(zhì)酸等GAG成分，啟動膀胱炎癥進程，促進細胞間黏附分子-1的促炎癥作用。造模選用4 mg/mL HA 0.5 mL膀胱灌注，時間30 min，每周3次，周期為1周、2周和4周不等。Lv等[16]將1周和4周組進行對比發(fā)現(xiàn)，兩組均有炎癥細胞增多、排尿頻率增加，但4周組的尿頻癥狀和病理改變更重。呂夷松等[7]采用了2周的造模周期，也獲得成功。

(3)鹽酸

鹽酸屬于無機一元酸，具有較強腐蝕性，可直接造成膀胱上皮組織的化學性損傷。用鹽酸制作的動物模型顯示出多種IC樣病理生理改變，如上皮剝脫、炎癥因子增加等[17]。0.1 mol/L 鹽酸 200 μL即可造模。Furuta等[3]用鹽酸膀胱灌注4 min，每周1次，共2周，第2次灌注后等待1, 2, 3周和4周分別取病理，發(fā)現(xiàn)：1 ～ 2周時肥大細胞數(shù)顯著增加，而2 ～ 4周，膠原纖維表達顯著增加。Song等[9]用鹽酸造模發(fā)現(xiàn)，模型鼠1周時排尿間隔縮短，2周后自行恢復，病理顯示尿路上皮糜爛。

(4)乙酸

乙酸是一種有機一元酸，水溶液具有腐蝕性，可直接造成膀胱上皮的損傷。Song等[9]用50 μL 3%的乙酸膀胱灌注，結果表明乙酸造模所致IC相關變化能夠自行消失，無法持續(xù)。

2.2.4 模型特點

膀胱內(nèi)途徑的造模方式有很多優(yōu)點：膀胱內(nèi)灌注藥物，能夠保證藥物優(yōu)先作用于膀胱，減少全身用藥的副作用及其他器官的損傷；各類造模試劑相對容易獲得，價格適中；造模周期靈活，可以滿足多種實驗進程需要；PS/脂多糖與HA造模相對成功的模擬了間質(zhì)性膀胱炎患者中膀胱GAG層損傷的病理變化，且給藥周期越長，與急性炎癥模型的區(qū)別越明顯，是目前國內(nèi)進行治療學研究應用最廣泛的造模方法。當然，膀胱內(nèi)途徑也有一些無法避免的劣勢：大鼠清醒狀態(tài)下對于尿道內(nèi)置管無法耐受，因此每次灌注都需要進行麻醉，操作相對繁瑣，多次麻醉，對于大鼠健康狀態(tài)可能會有影響；鹽酸和乙酸造模并無明確病理生理學支持，造模周期短，病損可恢復，造模周期長，則與急性化學性膀胱炎的膀胱黏膜損傷表現(xiàn)非常類似。

2.3 膀胱外途徑模型

多采用皮下或腹腔注射藥物的方式。

2.3.1 用于誘導的化學物質(zhì)

(1)環(huán)磷酰胺

環(huán)磷酰胺是一種化療藥，本身對膀胱無毒性，腹腔注射后，通過腎臟代謝產(chǎn)生丙烯醛，該物質(zhì)能夠破壞膀胱上皮黏膜屏障，造成炎癥反應及疼痛。腹腔注射劑量為40 ～ 150 mg/kg體重[18]。模型鼠膀胱可見慢性炎癥細胞浸潤及肥大細胞脫顆粒。李兆飛等[8]對比了造模4 h、48 h、10 d、30 d、45 d的病理改變，發(fā)現(xiàn)早期改變多為急性炎癥，30 d后才進入慢性炎癥期。

(2)尿溶蛋白II(uroplakin II，UPKII)

UPKI、II和III是尿路上皮的整體膜蛋白家族，在膀胱中高表達，研究證實UPKII能夠誘導小鼠膀胱發(fā)生特異性自身免疫反應和IC相關炎癥表現(xiàn)，但該模型的疼痛表現(xiàn)并不顯著[19]。因此，Song等[9]將大鼠腹部皮下注射200 μL的等體積PBS和甘油+200 μg UPKII 進行造模，3 ～ 7 d觀察到模型大鼠膀胱過度活動，2周時消失，肥大細胞的改變也類似，IFN-γ等細胞因子有顯著性差異，病理提示尿路上皮糜爛。如何建立更為接近IC/BPS表型的自身免疫膀胱炎動物模型，是將來的熱點。

(3)曲司尼特

曲司尼特是一種新型抗變態(tài)反應藥物。臨床偶然發(fā)現(xiàn)其高劑量給藥可以通過抑制血管成纖維細胞的活性以及增加血管通透性而造成IC樣改變。Nishijima等[20]通過給大鼠飲用含有大劑量曲尼司特懸浮液的水的方式(2 mg/mL，20 mL/d，共4周)建模。結果發(fā)現(xiàn)模型大鼠膀胱收縮間隔明顯縮短，部分符合IC/BPS的建模要求。

2.3.2 模型特點

膀胱外途徑造模大多通過特定物質(zhì)代謝以及免疫的方式間接作用于泌尿系統(tǒng)，造成IC/BPS相關臨床及病理改變，相對于化學物質(zhì)對于膀胱的直接損傷更接近IC/BPS可能的自然發(fā)病機制，多被用于進行IC/BPS病因?qū)W及發(fā)病機制的研究；給藥途徑多為皮下或腹腔注射甚至飲水投喂，不需麻醉，操作簡單，對動物的全身影響??；環(huán)磷酰胺獲取相對簡單，儲存方便，造模30 d以上的模型便能夠表現(xiàn)疼痛和膀胱過度活動的典型IC/BPS表現(xiàn)，膀胱組織病理也可見明確慢性炎癥細胞及肥大細胞浸潤，因此是目前最常用的膀胱外造模藥物；UpkII構建了典型的自身免疫模型，對IC/BPS的免疫學病因研究更有意義；而曲司尼特造模則更適合于進行IC/BPS的血管生成及通透性障礙的研究[21]。但膀胱外途徑的造模藥物造模周期長；UPKII的保存條件非常苛刻；除環(huán)磷酰胺外，UPKII和曲司尼特均價格昂貴；且UPKII和曲司尼特的模型動物表現(xiàn)以膀胱過度活動為主，疼痛癥狀缺失，并非完整的IC/BPS模型，應用受限。

2.4 聯(lián)合造模途徑

聯(lián)合造模的組合方式基本就是上述的兩種或幾種方式的聯(lián)合應用。邵遠等[10]采用膀胱灌注PS+脂多糖聯(lián)合環(huán)磷酰胺腹腔注射的方式造模，發(fā)現(xiàn)無論從炎癥等級還是肥大細胞的浸潤數(shù)目上，聯(lián)合造模組均優(yōu)于其他組。張祥等[22]將環(huán)磷酰胺的劑量增大后發(fā)現(xiàn)：模型鼠中可見明顯的尿路上皮脫落以及黏膜下層的水腫，雖然大鼠的痛覺反應并未納入評估，但研究基本證實聯(lián)合造模的可行性。因此，以膀胱灌注PS+脂多糖聯(lián)合環(huán)磷酰胺腹腔注射為代表的聯(lián)合造模方式，更加接近IC/BPS的病理生理改變，價格適中，造模周期相對穩(wěn)定，操作簡單，實用性強，值得在治療學研究方面推廣應用。

3 IC/BPS動物實驗新進展

3.1 治療方案

近年來逐漸嘗試應用各類干細胞治療IC/BPS，例如脂肪間充質(zhì)干細胞[3]；尿源性干細胞[13]；臍帶血間充質(zhì)干細胞[17]；牙髓干細胞[23]等，通過膀胱內(nèi)灌注和膀胱壁注射可以通過激活Wnt信號級聯(lián)通路或抑制氧化應激、炎癥反應、凋亡過程等復雜機制恢復膀胱的功能和組織學結構，從而改善間質(zhì)性膀胱炎動物模型的炎癥表現(xiàn)和膀胱疼痛及過度活動癥狀。

3.2 發(fā)病機制

目前對于IC/BPS發(fā)病機制的研究多聚焦于各類細胞或炎癥因子。研究發(fā)現(xiàn)：NALP3炎癥小體[5]；單核細胞趨化因子-1[15]；細胞間粘附分子-1[21]等在IC/BPS動物模型中均有增加，可通過各種不同的機制來促進肥大細胞的活化脫顆粒，釋放炎癥介質(zhì)。前列腺素E受體-1,-2,-4有可能在IC中被激活，造成膀胱過度活動表現(xiàn)[7,24]。除了炎癥因子，還有抗炎因子的發(fā)現(xiàn)，腫瘤壞死因子α刺激基因-6能夠編碼一種保護性的炎癥因子，通過與GAG層成分結合，參與細胞外基質(zhì)重塑，具有保護性抗炎作用[16]。

4 結語

綜上所述，盡管現(xiàn)階段并未發(fā)現(xiàn)非常理想的能夠擬合IC/BPS所有表征的大鼠模型，但目前有多種可行的造模方案可根據(jù)不同的實驗目的進行選擇，關于IC/BPS大鼠模型的研究也取得了一定的成果，相信通過將動物模型與臨床基礎研究緊密結合，未來一定能夠發(fā)現(xiàn)更加滿足研究要求的IC/BPS動物模型，解決更多IC/BPS的診療難題。