胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限動(dòng)物模型的研究

孫玲偉，戴建軍，梁 菲，張樹(shù)山，吳彩鳳，張德福*，呂松潔

(1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，上海 201106；2浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院生殖生理研究室，杭州 310013)

近年來(lái)，胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限(Intrauterine growth retardation，IUGR)已經(jīng)成為人類(lèi)圍產(chǎn)期醫(yī)學(xué)研究的重要領(lǐng)域之一。IUGR是指人類(lèi)胎兒或胎盤(pán)在妊娠過(guò)程中因多種負(fù)面效應(yīng)因素，導(dǎo)致胎兒和胎盤(pán)發(fā)育不完善，胎兒出生重及存活率低于相應(yīng)生理日齡胎兒[1]。以胎兒出生重和胎齡作為判定標(biāo)準(zhǔn)，通常IUGR胎兒出生重低于同孕齡胎兒平均體重的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差或10%分位值[2]。IUGR在許多發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的人群中均普遍存在，然而其決定因素有所不同。發(fā)展中國(guó)家的IUGR主要是由于女性妊娠期營(yíng)養(yǎng)不良或患有瘧疾等傳染性疾病而引發(fā)；發(fā)達(dá)國(guó)家的IUGR主要是由于飲食失調(diào)等導(dǎo)致的慢性營(yíng)養(yǎng)性疾病或孕婦吸煙、酗酒或?yàn)E用藥物等多種行為導(dǎo)致。據(jù)調(diào)查，我國(guó)IUGR的發(fā)生率為6%—7%，其死亡率占總圍產(chǎn)兒死亡率的40%左右，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家IUGR的發(fā)生率約為7%[3]。IUGR不僅造成圍產(chǎn)兒多種疾病的發(fā)生甚至死亡，也與其成年后心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病和代謝性疾病等的發(fā)生具有一定關(guān)系。

胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育與宮內(nèi)環(huán)境、胎盤(pán)發(fā)育情況和母體健康狀態(tài)等多種因素相關(guān)[4]，目前對(duì)于IUGR的發(fā)生機(jī)制和診斷治療仍未明確，其診斷和治療方法也有待進(jìn)行深入研究。出于倫理道德方面的考慮和樣品采集的困難，利用人體作為研究對(duì)象受到了極大的限制。因此，建立一種高效、準(zhǔn)確、能夠最大限度地復(fù)制人體內(nèi)環(huán)境的IUGR動(dòng)物模型用于不斷的深入研究是非常必要的。目前，IUGR實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型主要有大鼠、小鼠、豚鼠、兔等嚙齒類(lèi)動(dòng)物，獼猴、狒狒等靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物，以及羊、豬、牛等家養(yǎng)動(dòng)物。

1 動(dòng)物IUGR模型

1.1 嚙齒類(lèi)動(dòng)物IUGR模型

大鼠適應(yīng)能力強(qiáng)、繁殖速度快、孕期短，且造模成本低廉，是最常用的科研實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，也是IUGR模型研究中利用最早、使用也最廣泛的動(dòng)物。2017年，Maliszewski-Hall等[5]建立了大鼠IUGR模型，并探討了IUGR與胎兒神經(jīng)發(fā)育障礙的相關(guān)性。同年，蘇暢[6]建立了小鼠IUGR模型，探討了IUGR子代小鼠內(nèi)源性激素比例失調(diào)的原因。Lopez-Tello等[7]于2017年對(duì)妊娠期兔子進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)限飼建模后，結(jié)果顯示IUGR仔兔出生重及多個(gè)組織器官重均顯著低于正常仔兔。然而，嚙齒類(lèi)動(dòng)物的生理結(jié)構(gòu)和胚胎發(fā)育過(guò)程與人體存在一定差異，其動(dòng)物模型不適合胎盤(pán)功能不全等致病因素引起的IUGR方面的研究。

1.2 靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物IUGR模型

選擇獼猴、狒狒等動(dòng)物作為IUGR模型具有特別的意義。大多數(shù)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物是唯一具有類(lèi)似于人類(lèi)胎盤(pán)(盤(pán)狀胎盤(pán)并覆有絨毛且絨毛膜受血)結(jié)構(gòu)的動(dòng)物，在胎盤(pán)形態(tài)和機(jī)能上與人類(lèi)最接近，尤其其胎盤(pán)結(jié)構(gòu)與人類(lèi)非常接近，用于研究IUGR對(duì)疾病的影響更為合適[8]。但靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的成本太高，且資源稀少并受到使用限制，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模IUGR建模。Li等[9]于2013年對(duì)妊娠期狒狒進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)限飼建模后，發(fā)現(xiàn)IUGR胎兒的下丘腦-垂體-腎上腺軸活性會(huì)增加，促進(jìn)了組織器官的分化，提高了新生兒存活的可能性。

1.3 家養(yǎng)動(dòng)物IUGR模型

豬在解剖學(xué)和生理學(xué)上與人體有許多相同之處，是用于復(fù)制IUGR模型的常見(jiàn)動(dòng)物之一。豬具有產(chǎn)仔多、性早熟的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)對(duì)樣本數(shù)量的需求。Ferenc等[10]利用自然選擇法，探討了IUGR仔豬與正常體重仔豬的腸道發(fā)育差異。然而，豬的價(jià)格比較昂貴，體型較大，因此復(fù)制模型的成本較高，具有一定的限制性。

羊是一種具有潛力的模型動(dòng)物，母羊和羔羊在各生理階段的發(fā)育和解剖學(xué)特點(diǎn)與人類(lèi)相似，其個(gè)體大小適宜于手術(shù)、解剖、采樣、采血等實(shí)驗(yàn)操作，所獲得的模型與人體相似。羔羊易人工飼養(yǎng)，飼料來(lái)源廣、成本較低，可進(jìn)行大規(guī)模長(zhǎng)期研究。此外，羊多秋冬季節(jié)發(fā)情，發(fā)情期為14—21 d，激素分泌情況與女性相似，更加適合人類(lèi)圍產(chǎn)期醫(yī)學(xué)的研究。因此，與其他IUGR動(dòng)物模型相比，羊的IUGR模型更具優(yōu)勢(shì)。據(jù)報(bào)道，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)限飼方法建立了湖羊的IUGR模型，分別探討了妊娠母羊和胎羊的血液代謝[11-12]、胎盤(pán)發(fā)育[13]以及胎兒的內(nèi)分泌狀態(tài)和生長(zhǎng)軸發(fā)育[14]。然而，該模型中僅應(yīng)用正常日糧飼喂量的50%的營(yíng)養(yǎng)限飼法進(jìn)行建模，造成多只母羊出現(xiàn)了流產(chǎn)和死胎等情況。因此，尋找高效且經(jīng)濟(jì)的建模方法，是目前IUGR模型中的關(guān)鍵性問(wèn)題。

2 IUGR動(dòng)物模型的建立方法

建立穩(wěn)定而簡(jiǎn)便的IUGR動(dòng)物模型，對(duì)該疾病的研究具有重要的科學(xué)意義。理想的IUGR動(dòng)物模型要求成本低、操作簡(jiǎn)單、周期短、成功率高，盡量與在解剖、病理及臨床表現(xiàn)上更接近于人類(lèi)。目前，IUGR動(dòng)物模型有較多建立方法，主要包括直接自然選擇法、子宮動(dòng)脈結(jié)扎法、營(yíng)養(yǎng)限飼法、被動(dòng)吸煙或飲酒法、低氧法、抗代謝藥物法(主要是注射亞硝基左旋精氨酸甲酯、更生霉素或抗硫胺素)[15]。

2.1 自然選擇法

自然選擇法是指通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)于自然情況下生產(chǎn)的動(dòng)物弱仔，將初生體重低于群體胎仔體重10%左右的認(rèn)定為IUGR胎兒[16]。該方法構(gòu)建的IUGR模型中，胎兒是在自然條件下產(chǎn)生的，未受到某些藥物或者外源性應(yīng)激。因此，該方法選擇的IUGR胎兒更加具有代表性，且方法適用于豬、羊、小鼠等多胎動(dòng)物。然而，為了保證篩選的有效性以及研究的同期性，自然選擇法往往要求具有較高的群體性，另外，造成IUGR胎兒的病因較為復(fù)雜，因此該方法目前應(yīng)用較少。

2.2 子宮動(dòng)脈結(jié)扎法

子宮動(dòng)脈結(jié)扎法是通過(guò)手術(shù)的方法，減少子宮胎盤(pán)血液灌注，減少胎盤(pán)血液和氧的供應(yīng)量，從而導(dǎo)致胎兒慢性缺血缺氧，最終形成IUGR[17]。通過(guò)子宮動(dòng)脈結(jié)扎法構(gòu)建的IUGR模型與人類(lèi)子宮胎盤(pán)灌注不足、血液循環(huán)異常造成的IUGR機(jī)制十分相似。因此，該方法主要適用于研究因子宮胎盤(pán)缺氧所造成的胎盤(pán)結(jié)構(gòu)和功能異常及胚胎宮內(nèi)狀況改變的影響，可以選擇鼠、家兔等復(fù)制模型。然而，通過(guò)手術(shù)方法對(duì)子宮動(dòng)脈結(jié)扎，其技術(shù)操作難度仍然比較大，結(jié)扎過(guò)緊會(huì)因血液供應(yīng)完全中斷導(dǎo)致胚胎得不到營(yíng)養(yǎng)而胎死宮中，造成死胎率較高；結(jié)扎過(guò)松則IUGR發(fā)生率不高。因此，這種復(fù)制模型的方法總體成功率還不夠理想。

2.3 營(yíng)養(yǎng)限飼法

母體營(yíng)養(yǎng)是影響妊娠結(jié)局的主要因素之一，妊娠期間母體的營(yíng)養(yǎng)與胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育具有密切關(guān)系。營(yíng)養(yǎng)限飼法主要是通過(guò)對(duì)妊娠期的母體進(jìn)行蛋白質(zhì)、能量等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入量進(jìn)行控制，從而進(jìn)一步限制母體對(duì)胎兒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)，以此影響胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致胎兒IUGR的發(fā)生[18]。目前，該方法是建立IUGR模型較為常用的方法，適用于鼠、兔、羊等多種動(dòng)物模型。該方法復(fù)制IUGR模型的成功率也顯著高于其他建模方法。然而，與其他建模方法相比，該方法對(duì)母體日糧的營(yíng)養(yǎng)水平和限飼時(shí)間的控制較難掌握。此外，母體的營(yíng)養(yǎng)限飼可能改變胎盤(pán)的功能以及胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.4 其他IUGR建模方法

盡管建立IUGR模型的方法多樣，但目前沒(méi)有公認(rèn)的建立IUGR模型的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外的研究人員也嘗試使用了熱應(yīng)激法、被動(dòng)吸煙法、藥物刺激法、手術(shù)摘除子宮肉阜等多種方法[19]。目前，IUGR動(dòng)物模型的復(fù)制方法都存在一定的缺陷，每種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，需要在對(duì)動(dòng)物充分了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，選擇合適的建模方法。此外，在實(shí)驗(yàn)研究中，應(yīng)遵循實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理原則[20]，善待動(dòng)物，減少不必要的傷亡。

3 發(fā)展前景

營(yíng)養(yǎng)學(xué)、繁殖生理學(xué)、血管生物學(xué)等多學(xué)科交叉性創(chuàng)新研究的不斷發(fā)展，不僅對(duì)設(shè)計(jì)新的動(dòng)物模型和家畜管理方案起著關(guān)鍵作用，也將會(huì)提高建立動(dòng)物模型的成功率和改善動(dòng)物健康狀況。許多種類(lèi)的模型動(dòng)物均可通過(guò)自然發(fā)生或通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法構(gòu)建IUGR模型。因此，考慮到物種間許多生物學(xué)因素的差異，包括胎兒大小、胎兒數(shù)、生長(zhǎng)速度、身體組成、生理特點(diǎn)、胎盤(pán)形成、對(duì)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)因素的敏感性以及母體日糧的不同等多種因素，應(yīng)充分慎重選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和造模方法，從而避免對(duì)人類(lèi)IUGR的實(shí)驗(yàn)研究產(chǎn)生誤導(dǎo)。