急性肺损伤的转化医学_第2页

间接肺损伤模型

与直接肺损伤相反，在动物模型中间接诱导ALI的方法在临床前ALI研究中所占比例较小，且ALI的病理机制具有极大的异质性。缺血再灌注(IR)、输血和肺外脓毒症是间接引发ALI的最常见因素。

其中，IR相关的ALI是肺移植、体外循环等心肺外科手术后最严重的术后并发症之一，死亡率高。缺血诱导的ROS是IR相关的肺损伤的关键因素，在再灌注过程中，它激活淋巴细胞、中性粒细胞和血小板，使它们释放促炎细胞因子和促血栓形成因子，使血管损伤和通透性永久化。在临床前研究中，三个主要步骤决定了实验建模的成功:(1)通常选择大型动物物种(如羊、猪、狗)，因为它们易于操作和耐受性高;(2)在缺血阶段，必须控制好缺血床的范围(包括肺动脉、支气管循环、静脉回流、肺泡通气)和持续时间;(3)应密切监测两期再灌注，因为急性期前半期(再灌注后~30min)不依赖中性粒细胞，而延迟期后半期(随后的4h)肺部病理改变更为明显。

在临床上，在给血或血液成分后6小时或延长至6- 72小时内，输血相关ALI(TRALI)已成为输血相关死亡的主要原因，将挽救生命的益处转变为危及生命的风险。在所有接受输血的患者中，TRALI的发生率为0.08 -15%，ICU患者的发生率是普通住院患者的50-100倍，这与50-70%的危重患者在ICU住院期间需要输血的事实是一致的。尽管TRALI是复杂且多因素的，但其病因可以假设为双重打击模型，其中第一次打击与患者/受体状况有关，如炎症和败血症，第二次打击与输血有关，包括血液制品质量和供体-受体组织相容性。在动物模型中，TRALI通常是在静脉输注抗中性粒细胞/人白细胞抗原(HLA)/主要组织相容性复合物抗体或老化的血液制品之前，通过气管内或静脉内LPS诱导中性粒细胞引发，导致中性粒细胞隔离和肺水肿。然而，TRALI在动物模型中不可重复，同种异体抗体或其他二次打击试剂的TRALI触发有效剂量尚不清楚。

急性胰腺炎是一种炎症性疾病，严重者可导致多器官衰竭、ALI/ARDS和死亡。人类急性胰腺炎相关肺损伤的病理生理始于胰腺受损，随后消化酶如磷脂酶A2、弹性酶和胰蛋白酶释放到体循环中，进一步诱导肺部内皮破裂和血管通透性。已经建立了胰腺炎动物模型来研究由此产生的ALI;然而，这些模型的临床相关性通常较低，并且在大多数情况下，无法观察到ALI。同样，盲肠结扎穿刺(CLP)和结肠上升支架腹膜炎(CASP)模型也被开发用于研究继发于腹膜炎的ALI，模拟可导致败血症和ALI/ARDS的人类腹腔内感染。小鼠模型CLP和CASP有一个共同的基本概念，即通过穿刺盲肠或在升结肠内置入支架导致穿孔，使粪便物质渗漏到腹腔内，引起多微生物脓毒症。然而，在这些模型中没有经常观察到明显的ALI/ARDS。相反，它们更适合于脓毒症的研究，而不是ALI的研究。

ALI/ARDS的比较医学

在ALI动物模型中进行了广泛的研究，但绝大多数都以不成功的临床试验告终。最初有效的候选治疗方案改善了几个次要终点，如无呼吸机天数和氧合指数，但在统计学上未能改善患者生存。这种翻译缺口是由于研究人员难以在动物研究中模拟人类ALI/ARDS。因此，关于如何解释和最小化动物模型和人类ALI患者之间的种间变异，出现了一个紧迫的问题。

ALI/ARDS研究使用了多种动物模型，包括小鼠、绵羊和非人灵长类动物。在选择合适的ALI模型时，必须优化几个关键变量，包括动物大小、肺解剖结构、先天免疫、生化途径和物种特异性措施的可用性。例如，大型动物，如马，可以为调查提供必要的血液或BALF样本，但罕见来源(如羊、马)的炎症测量很难获得。此外，大型反刍动物(如羊)的肺是分节的，与其他哺乳动物的肺循环不同，这意味着它们对肺损伤的免疫反应不同。例如，在反刍动物和猪中发现了肺血管间巨噬细胞，但在大鼠或灵长类动物/人类中没有发现，这表明这些动物模型在静脉注射内毒素时更容易受到肺损伤。考虑到开发这种模型的高成本和耗时，以及缺乏大型动物研究的重症监护经验，开发大型ALI/ARDS动物模型的努力仍然不受鼓励。

相反，小动物(如大鼠、小鼠、兔子)有几个明显的优势，包括容易繁殖、经济和时间花费低、相对较高的研究产出和数据可重复性，这鼓励了它们在生物医学翻译中的广泛应用。其中，人类疾病的小鼠模型已被广泛应用，对小鼠的遗传学和蛋白质组学有了全面的了解，以及丰富的物种特异性检测试剂和方法。尽管如此，小型啮齿动物的体型和质量可能会导致两个有缺陷的结果，这可能会阻碍ALI/ARDS研究。一方面，在建立ALI模型时，动物对剂量范围或严重程度的敏感性可能是最难以区分的。另一方面，从小鼠身上获得的BALF和血液样本可能不足。

此外，在将实验室发现推断为临床意义时，必须考虑许多小鼠与人类的差异。首先，老鼠是在封闭的设施中饲养的，在人类ALI的危险因素不能自发地诱导。例如，不可能在小鼠中重现ALI患者的合并症和病史。其次，小鼠和人类的解剖结构和免疫反应存在显著差异，导致其病理模式和通路不同(图2)。例如，在人类ALI的渗出期常见的透明膜的形成在小鼠中很少观察到。同时，小鼠和人肺损伤对氧化刺激的免疫反应不同。即使使用不同的小鼠品系，它们对相同病原体或内毒素挑战的敏感性也可能不同。最后但并非最不重要的是，在现实ICU场景中，ALI/ARDS患者接受药物和非药物干预的联合治疗，很难在小鼠模型中复制，实验模型中的终点评估不能准确反映人类疾病进展。

急性肺损伤的转化医学

所有这些因素都导致了候选药物在人体试验中的失败。由于没有单一的动物模型可以复制所有人类ARDS的特征，因此在使用小鼠研究人类ARDS时，应该接受并认识到跨物种的变异。美国胸科学会发布了关于ALI动物模型的特征和实验测量的官方建议，其中包括四个主要类别:组织损伤的组织学证据;肺泡-毛细血管屏障的改变;炎症反应:炎症反应的存在;以及生理功能障碍的发生率。在ALI发病24小时内，应确定至少四分之三的事件，尽管不能排除未列出的事件。