血液系统疾病常见动物模型造血系统疾病(Disease of hematopoietic system),除了地中海贫血等少数疾病具有明确的病因以外,再盛赞该性贫血等大多数疾病都还没有明确的病因,造血系统疾病的动物模型,就成为研究造血系统疾病的发病机理、探索新型治疗技术和新药研究的基本工具。
一、缺铁性贫血动物模型缺铁性贫血(iron deficiency anemia,IDA)是体用来合成血红蛋白(HGB)的贮存铁缺乏,HGB合成减少而导致的小细胞低色素性贫血,主要发生于以下情况:(1)铁需求增加而摄入不足,见于饮食中缺铁的婴幼儿、青少年、孕妇和哺乳期妇女。
(2)铁吸收不良,见于胃酸缺乏、小肠粘膜病变、肠道功能紊乱、胃空肠吻合术后以及服用抗酸和H2受体及抗剂等药物等情况。
(3)铁丢失过多,见于反复多次小量失血,如钩虫病、月经量过多等。
IDA是一种多发性疾病,据报道,在多数发展中国家,约2/3的儿童和育龄妇女缺铁,其中1/3患IDA,因此,研究IDA的预防和治疗具有重要的意义。
在这些研究中,缺铁性贫血的动物模型(Animal model of IDA),又是实施研究的基础工具。
常见的IDA动物模型的构建技术如下:实验动物:一般选用SD大鼠,4周龄,雌雄不拘,体重65g左右,HGB≥130g/L。
建模方法:低铁饲料加多次少量放血法。
低铁饲料一般参照AOAC配方配制,采用EDTA 浸泡处理以去除饲料中的铁,饲料中的含铁量是诱导SD大鼠形成缺铁性贫血模型的关键,现有研究表明,饲喂含铁量<15.63mg/Kg的饲料35天,SD大鼠出现典型IDA表现,而饲喂含铁40.30mg/Kg的饲料SD大鼠出现缺铁,但并不表现贫血症状。
建模时一般采用去离子水作为动物饮水,以排除饮水中铁离子的影响。
少量多次放血主要用于模拟反复多次小量失血导致的铁丢失,还可以加速贫血的形成。
放血一般在低铁饲料饲喂2周后进行,常用尾静脉放血法,1~1.5ml/次,2次/周。
模型指标:(1)HGB≤100g/L;(2)血象:红细胞体积较正常红细胞偏小,大小不一,中心淡染区扩大,MCV减小、MCHC降低;(3)血清铁(SI)降低,常小于10μmol/L,血清总铁结合力(TIBC)增高,常大于60μmol/L。
需要指出的是,以上模型不能用于铁吸收不良相关IDA的防治研究。
根据具体的研究需要,也可以适当调整建模方法。
二、再生障碍性贫血动物模型再生障碍性贫血(aplastic anemia),简称再障,系多种病因引起的造血系统退行性变,红骨髓总容量不断减少,黄骨髓不断增加,造血衰竭,以全血细胞减少为主要表现的一组综合征。
再障的发病机制尚未完全阐明,目前存在四种假说:(1)“种子”学说,有证据表明,再障与患者造血干细胞存在某种在缺陷有关。
(2)“土壤”学说,有证据表明,再障与患者的造血微环境存在某种缺陷,对造血支持不良有关。
(3)“虫子”学说,有证据表明,免疫反应、药物、病毒损伤造血干细胞可致再障发生。
(4)“遗传”学说,有证据表明再障具有遗传易感性。
目前,再障的发病机制、预防和治疗都是有待深入研究的课题,这些研究都需要大量的动物模型。
目前已报道的再障动物模型构建技术有:(一)化学方法建模1.腺嘌呤致大鼠肾性贫血模型实验动物:SD大鼠,雌雄不拘。
建模方法:腺嘌呤肾毒性建模法,由肾脏分泌的粗红细胞生成素(EPO)是红系、巨核系分化、成熟所必需的细胞因子,腺嘌呤可导致肾脏病变,使EPO分泌不足,进而导致红系和巨核系造血障碍。
王威等于1999年报道,利用饲喂含腺嘌呤0.75%,投饲量300mg/(kg.d),连续喂养7周,获得肾衰竭贫血模型,实验动物红细胞、血红蛋白及红细胞压积等主要红系指标均、血小板均显著下降。
用途:可作为肾性贫血的发病机制研究、疾病进展研究和治疗药物筛选的动物模型。
2.马利兰致骨髓抑制的再障模型实验动物:小鼠、SD大鼠、家兔,雌雄不拘。
建模方法:利用马利兰的骨髓选择性抑制作用,一次性超致死剂量给药或者多次小剂量给药,均可导致造血干细胞、骨髓微环境的抑制,形成再障。
(1)口服给药,15mg/kg/周或30mg/kg/周,总给药剂量达到118-153mg/kg时,可致家兔的再障,出现全血细胞减少、淋巴细胞比值增加、骨髓黄化和骨髓纤维化。
(2)一次性给药,35mg/kg腹腔注射,可致大鼠再障。
(3)口服给药,18mg/kg/天,连续给药10天,可致NIH小鼠再障,出现血细胞减少和骨髓有核细胞降低,建模稳定、实验动物存活率高。
3.苯致骨髓抑制的再障模型实验动物:CD1小鼠、家兔。
建模方法:苯类化学物质进入动物体后,在骨髓富集(可达血清浓度的20倍),对骨髓有较强的抑制作用,可导致再障。
(1)皮下注射给药,苯与玉米油1:1混合物,4.0ml/kg,3次/周,共给药25次,可致CD1小鼠再障,表现为全血细胞减少、骨髓黄化、脂肪细胞等非造血细胞数目增多,骨髓间质血窦充血、出血伴水肿。
(2)皮下注射给药,纯苯,0.5-1.0ml/kg/天,3次/周,连续给药2周以上,可致全血细胞减少、造血细胞减少。
(二)物理方法建模1.外部照射建模法实验动物:小鼠,雌雄不拘。
建模方法:γ射线等高能射线可穿透机体,起DNA 损伤,干扰DNA复制,阻断有丝分裂,对造血干细胞等分裂增值活跃的细胞有强抑制作用。
使用钴60等放射性同位素,亚致死剂量(6.0Gy)辐照以后,可致小鼠全血再障,维持时间较长,但辐照的剂量不好控制,稍大易致小鼠死亡,稍低则个别小鼠不易达到造血抑制效果。
2.部照射建模法实验动物:小鼠,雌雄不拘。
建模方法:放射性同位素153Sm(钐)、89Sr(锶)、32P(32磷)、186Re(186铼)、188Re(188铼)、105Rh(105铑)、177LU(177镥)和60Co(60钴),能产生β射线及亲骨性特点,进入人体后对造血组织进行照射。
将氯化锶,按每克体重6.4或2 μCi腹腔注射给予11~12周龄的小鼠,6μCi组动物于35d后全部死亡.2μCi组动物全部存活。
6μCi组的小鼠于21d后股骨骨髓显示为脂肪髓。
全血细胞减少,骨髓有核细胞数和CFU-S产率都减少。
应用32P给小鼠一次静脉注射1.4mCi/kg体重也可导致再障。
三、溶血性贫血动物模型溶血性贫血(hemolytic anemia,HA)是一种常见的贫血类型,是指由于某种原因使红细胞存活期缩短,破坏增加,超过了骨髓代偿能力所引起的一类贫血,是常见的造血系统疾病。
【造模机制】动物注射一定量的乙酰苯肼(acetylphenylhydrazine,APH),APH是一种强氧化剂,能特异性地对红细胞起缓慢而进行性地氧化损伤作用,尤其是干扰红细胞的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶,促进血红蛋白变性而形成海氏小体,也可直接破坏红细胞的膜蛋白和脂类,使膜溶解破裂,红细胞崩解,造成溶血性贫血。
【造模方法】1.小鼠第1、4、7天皮下注射APH生理盐水溶液0.2g/kg、0.1g/kg、0.2g/kg,第9天造模成功,其他给药方法也可以造成此模型。
2.大鼠第1、4天皮下注射APH生理盐水溶液0.16g/kg、0.08g/kg,第8天造模成功;或两次剂量均为0.2g/kg,第10天造模成功。
3.家兔以2%APH生理盐水溶液给实验动物皮下或肌注射2~3次,剂量为0.1g/kg,即可建立溶血性贫血模型。
观察指标:一般生长状态观测,包括一般行为、毛发、出血点及死亡情况;外周血常规参数测定,如血红细胞计数、白细胞计数、血小板计数和血红蛋白含量;血细胞化学指标变化,如中性粒细胞的碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、三磷腺苷酸酶、琥珀酸脱氢酶、葡萄糖-6-磷酸酶和网织红细胞计数,海氏小体,骨髓象检查等指标。
【模型特点】注射APH后,实验组动物陆续出现活动减少、毛发暗淡无光泽、摄食减少、体重下降、疲乏无力、嗜睡、皮肤苍白等现象。
外周血血红蛋白和红细胞进行性下降;网织红细胞、海氏小体和白细胞总数则显著增多。
中性粒细胞的碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、三磷腺苷酸酶、琥珀酸脱氢酶、葡萄糖-6-磷酸酶,骨髓均有不同程度异常变化。
【模型评估和应用】用注射强氧化剂APH的方法可制作出符合临床特征的溶血性贫血动物模型,APH用量可通过预实验摸索,上述剂量可供参考。
本方法建模周期短,操作简便,模型动物症状和外周血象、血细胞的生化学变化与人类溶血性贫血基本相似,为研究实验性溶血性贫血提供了一种简易模型。
四、白细胞减少症动物模型人类白细胞减少症是临床上常见的病症。
为了研究该病症的发病规律和筛选有效的升高白细胞的药物,可用环磷酰胺、马利兰等化学物质,过量x射线、γ射线辐射损伤,细菌、真菌感染和遗传因素来建立白细胞减少症动物模型。
1.环磷酸胺诱发的白细胞减少症动物模型(animaln model of cyclophosphamide inducedlenkocytopenia)【造模机理】环磷酰胺是抗癌药,是实验常用的烷化毒,能使脱氧核糖核酸变性、核分裂停顿,造成白细胞生成减少。
【造模方法】以小鼠作为实验动物模型,按每公斤体重腹腔注射或皮下注射环磷酰胺50~70 mg。
用生理盐水配成2 mg/m1的环磷酰胺溶液。
每只小鼠注射0.5 mL,即可成功地复制白细胞减少症动物模型,按同样方法亦可复制白细胞减少症的大鼠模型。
2.食物中毒性白细胞缺乏症猫模型(cat model of alimentary toxic aleucia)【造模机理】ATA是由于人食用真菌污染的食物引起致死的真菌中毒。
人的ATA表现为白细胞进行性减少、贫血、坏死性咽峡炎、发热、出血及脓毒血症。
【造模方法】1981年,Lutsky等用倍半萜(Sesquiterpene)T-2毒素(从镰刀菌属的类分支孢菌中分离出来的单端孢菌素)胶囊,每48 h给健康猫口服0.08 mg/kg体重,直至发病.建立了食物中毒性白细胞缺乏症的猫模型。
初期伴有轻度白细胞增多,随后是严重的进行性白细胞减少。
伴有全身软弱无力,便血、后腿共济失调、呕吐、厌食、脱水、体重减轻。
【模型应用】猫是一种较大的实验动物,可用来充分评价食物中毒性白细胞缺乏症的药理学、病理学、血液学、生物化学、免疫学及临床方面的问题。
但是,小鼠、大鼠、脉鼠、免、犬、猪、绵羊、家禽、牛、马等均不能建立A TA的动物模型。
3.周期性粒细胞减少症犬模型(dog model of cyclic neutropenia)【造模机理】人类周期性粒细胞减少患者,病程迁延多年,周期有规律。
常隔21 d(14~25d)发作一次,每次持续约1周。
发作时有全身不适、头痛、感染、发热。
婴儿患者病死率高。
【造模方法】犬的周期性粒细胞减少是一种遗传性疾病,为常染色体隐性遗传。