矽肺动物模型的研究进展

矽肺动物模型的研究进展
作者：甘永金李羡筠
来源：《健康必读（上旬刊）》2019年第04期
【摘; 要】矽肺是由于生产作业过程中长期吸入大量含游离二氧化硅（silica dioxide，SiO2）粉尘所致的职业病，其典型病变是肺组织内矽结节形成和弥漫性肺间质纤维化[1]。

无论是在发展中国家还是发达国家，矽肺的发病率与病死率都是棘手的问题。

【关键词】矽肺;大鼠;小鼠;兔子;犬;猪;动物模型;研究进展
【中图分类号】R965.1;;;;; 【文献标识码】A;;;; ;【文章编号】1672-3783（2019）04-0262-02
在全球范围内，矽肺病正在危害着数以千万计的工人的健康和生命，始终是国际劳工组织及世界卫生组织的关注重点[1]。

大量关于矽肺的研究均通过动物实验，且需成功制作矽肺动物模型。

本文就近十年来矽肺动物模型的应用及复制方法作综述。

1 矽肺动物模型制备方法
以下3种方法常被用来建立矽肺动物模型：①支气管直接注入法（非暴露式管注入法）。

该方法操作简单、粉尘注入量较准确，且不需要对动物进行有创伤性的操作，不会增加感染风险。

但操作人员需操作技熟练，避免将粉尘混悬液误注入动物胃内。

②气管暴露注入法。

优点是注入动物体内的粉尘剂量较精确，且注入部位准确、误注入食管的机会极小，成功率较高。

缺点是需要将动物气管切开，使其暴露于外界环境中，感染机会增多，死亡率有可能随之增加。

③吸入法。

是露方式与职业接触SiO2的方式相近，极其符合人体肺纤维化的发生发展全过程。

缺点是染尘时间较长，资金投入较多，实验成本较高。

1.1 支气管直接注入法; 刘微[2]采用支气管直接注入法直接向大鼠气管内一次性注入质量浓度为50 g/L的矽尘混悬液（SiO2纯度≥80%，粒径大小为1.0～5.0 μm）1.0 mL，并于染尘第1、3、5、7、14、28、42、56天观察相关指标，结果显示，随着观察时间的增加，大鼠肺脏器系数、肺组织中HPY水平持续性增加。

染尘第1天可见肺组织中性粒细胞和巨噬细胞轻度浸润;染尘第3、5天可见巨噬细胞逐渐聚集、肉芽肿结节形成、胶原纤维开始蓄积;染尘第7天小肉芽肿融合成为较大的肉芽肿、胶原纤维的蓄积增多、形成胶原性结节;染尘第14天细胞结节数量增多、体积变大、发生进行性纤维化;染尘第28天肺泡間隔遭到损坏、发生大面积纤维化;染尘第42天成巨大的纤维性结节;染尘第56天时纤维性结节已很明显。

李颖等[16]采用支气管直接注入法直接向大鼠气管内注入质量浓度为50 g/L的矽尘混悬液（SiO2纯度≥98%，粒径≤5.0 μm）1.0 mL，4周后再次染尘，染尘第8周处死大鼠。

肺组织病理切片结果显示，大鼠肺泡间隔增厚，肺泡结构紊乱，肺泡腔及间质内有大量炎性细胞浸润，可见纤维性矽结节形成;并观察到大鼠血清及肺组织中丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平明显增高[3]。

1.2 气管暴露注入法; 程燚等[4]采用气管暴露注入法予大鼠气管内一次性注入SiO2悬浊液（SiO2纯度为99%，粒径≤5.0 μm）染毒，C组SiO2注射质量浓度为60 g/L（Cl组：0.5 mL，C2组：l.0 mL，C3组：1.5 mL），对照组注射等体积0.9%氯化钠溶液。

染尘21 d后处死大鼠，取肺组织，进行肺组织HE染色观察。

结果显示，SiO2组大鼠双肺体积增大可见小片状凹凸不平的苍白灶，肺部有明显的纤维化现象，与对照组比较，注射二氧化硅组随着二氧化硅注射浓度和剂量变化大鼠肺部纤维化现象明显。

HE染色可见，肺组织水肿，肺泡隔增宽，炎性细胞浸润，以巨噬细胞为主，部分肺泡断裂、融合、闭塞，肺泡结构破坏明显肺组织局部可见大片的团块状炎症浸润和纤维化灶成纤维细胞大量增生间质胶原纤维增生呈带状，细支气管腔内可见分泌物;而对照组大鼠肺呈粉红色表面光滑，HE染色无任何异常。

李丹等[5]采用气管暴露注入法建立矽肺小鼠模型。

向小鼠气管内一次性注入质量浓度为50 g/L的矽尘混悬液（SiO2纯度为95%，粒径[6]采用气管暴露注入法予大鼠气管内一次性注入质量浓度为50 g/L的SiO2悬浊液（SiO2纯度为99%，粒径大小为0.5～10.0 μm）200.0 μL，并于染尘后第 3、7、14 天分批处死动物，进行观察。

结果显示，染尘第3天SiO2组大鼠肺部表现为明显的急性炎症，可见肺泡壁水肿、肺泡腔内肺泡巨噬细胞和中性粒细胞增多;染尘第7天可见肺泡间隔增厚，成纤维细胞、毛细血管增多;染尘第14天可见肺泡壁或/和支气管壁有纤维性增厚，伴有肺泡构的破坏，有矽肺结节形成。

1.3 吸入染尘法; 有学者[6]采用 HPOE-MED8050动式染尘控制系统对大鼠进行SiO2质量浓度为170～190 mg/m3的吸入染尘，每天染尘2 h，分别于染尘第1、3、7 d及2、4、8、12周处死大鼠，进行HPY观察。

结果显示，各染尘组肺脏器系数和肺组织内HPY水平随染尘时间延长而逐渐增加;病理组织学观察，染尘第1天组肺组织轻度充血、水肿;染尘第7天组血管周围可见较多炎细胞围绕，以单核细胞和淋巴细胞为主;染尘第2周组可见肺泡内有红染物及泡沫细胞;染尘第4周组巨噬细胞呈结节状，肺泡上皮细胞部分脱落，少量纤维组织增生;染尘第8周组纤维性增生更甚，同时可见肺泡Ⅱ型上皮细胞腺管样增生;染尘第12周组出现纤维性结节。

采用[7]HPOE-MED8050动式染尘控制系统对大鼠进行SiO2质量浓度为2 000 mg/m3的吸入染尘，每天染尘3 h，染尘第16周处死大鼠进行观察，结果显示，马松三色染色显示肺组织结节及间质纤维化区域出现蓝紫色胶原沉积;免疫荧光结果显示肺组织纤维化病变区域α-平滑肌肌动蛋白表达增强。

2 矽肺动物模型的应用
2.1 矽肺发病机制研究; 矽肺的发病机制目前仍不完全清楚，比较公认的矽肺发病机制有矽尘毒性、脂质过氧化作用、肺内细胞机制、细胞因子网络等。

通过建立大鼠矽肺模型在矽肺纤维化的发展中呈高表达，可能在矽肺的发展中发挥重要作用[8-9]。

通过二氧化硅刺激大鼠建立矽肺大鼠模型，结果显示[10-12]，在实验早期（染尘第1～21 天），Th1相关趋化性细胞因子IP-10升高，表明矽肺大鼠体内以趋化的辅助性T细胞（helper T cells，Th）细胞介导的细胞免疫反应为主;而实验中期（染尘第28～35天），Th2相关趋化性细胞因子（thymus and activation regulated chemokine，TARC）的表达增强，同时IP-10表达有所减弱，说明矽肺大鼠体内细胞免疫反应开始降低，以TARC趋化的Th2细胞介导的体液免疫应答开始增强;该研究还观察到矽肺大鼠体内Th1特异性转录因子T细胞T盒蛋白在实验早期时显著升高，说明其
可能参与矽肺早期抗纤维化的调节。

通过建立矽肺动物模型，研究显示[13]，在实验性矽肺的发生发展过程中，循环纤维细胞可以由周围血迁移至肺部，炎癥反应期肺内循环纤维细胞来源的肌成纤维细胞增多最明显，比例最高可达35%，是肌成纤维细胞的重要来源。

通过建立大鼠矽肺动物模型发现[14-15]，N-乙酰基-丝氨酰-天冬氨酰-赖氨酰-脯氨酸可通过缓解内质网应激引发的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12和蛋白激酶R样内质网激酶/真核起始因子-2α通路的激活而抑制SiO2诱导的肺泡Ⅱ型上皮细胞凋亡。

2.2 矽肺治疗药物研究; 目前尚无彻底治疗矽肺的方法，人们一直试图寻找有效、无不良反应小的矽肺治疗药物，为此进行了大量的研究。

通过制备大鼠矽肺模型[16-18]，观察到白芨多糖（从兰科植物白芨的干燥块茎，白芨块茎经水提醇沉所得的—种杂多糖）可在一定程度上延缓或抑制矽肺病变的发展。

王娜等[19]通过建立大鼠矽肺模型，研究显示，多具鸟苷具有治疗矽肺纤维化作用。

徐峥嵘等[20]通过建立大鼠矽肺模型，证实牛磺酸对矽尘诱导大鼠肺组织巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞的趋化具有抑制作用。

在大鼠造模后第2天开始腹腔注射依达拉奉（4 mL/kg﹒d），连续28 d，该实验证实依达拉奉可降低大鼠肺组织自由基及转化生长因子-β水平，对矽肺大鼠有较好的治疗作用。

3 展望
矽肺是一种严重危害人类身体健康的职业病，国内外许多研究者都致力于矽肺纤维化机制的研究。

其研究方法大多利用动物模型来模拟人体肺纤维化的进程，以探究其发生机理。

动物模型的成功建立是探讨肺纤维化发生发展机制的关键步骤，为矽肺的预防、诊断、治疗等方面研究提供了有效的途径。

参考文献。