Method Article
이 프로토콜은 폐쇄성 신병증에서 조직 섬유증의 진행을 연구하기 위해 마우스에서 편측 요관 폐쇄(UUO)를 유도하는 방법을 설명합니다. 여기에는 수술 절차, 수술 후 관리 및 섬유증 평가 방법이 포함됩니다.
신장 섬유증은 진행성 만성 신장 질환(CKD)의 최종 병리학적 결과입니다. 편측성 요관 폐쇄(UUO) 모델은 신장 간질성 섬유증의 기저에 있는 분자 및 세포 메커니즘을 밝히고 잠재적인 치료 대상을 식별하는 데 널리 사용됩니다. 이 모델은 편측 요관의 외과적 결찰을 통해 생쥐에서 확립되며, 이는 비교적 간단하고 수행하기 쉬운 절차입니다. 그러나 UUO 마우스 모델은 마우스 변형률, 연령, 성별, 마취 유형, 수술 기간, 시술 중 체온, 작업자의 수술 기술, 섭식 조건 및 마우스의 전반적인 건강 상태와 같은 요인의 영향을 받아 상당한 변동성과 불일치를 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 수술 기법의 변화, 봉합사 배치, 폐색 기간의 차이는 결과의 변동성에 기여합니다. 또한, 폐색된 신장의 일관성 없는 샘플링은 신장 섬유증 평가의 변동성을 더욱 증가시킵니다. 이 연구는 UUO 마우스 모델을 개발하고 간질성 섬유증을 평가하는 과정을 간략하게 설명하고, 모델의 예측 불가능성에 기여하는 기술적 문제에 대해 논의하고, 잠재적인 솔루션을 제안합니다. 이러한 통찰력은 신장 섬유증을 조사하기 위해 보다 표준화되고 보편적으로 적용 가능한 접근 방식을 확립하는 것을 목표로 합니다.
만성 신장 질환(CKD)은 전 세계 인구의 10% 이상에 영향을 미치고 있으며 유병률은 증가하고 있습니다1. 선천성 해부학적 기형, 신장 결석증, 전립선 비대증, 방광 종양을 포함한 다양한 요로 질환은 요관 폐색으로 이어질 수 있습니다². 결과적으로, 편측성 요관 폐쇄(UUO) 마우스 모델은 신장 간질성 섬유증의 새로운 메커니즘을 식별하고, 질병 진행을 이해하고, 잠재적인 치료 전략을 평가하기 위한 핵심 도구입니다. 근섬유아세포, (myo)섬유아세포 아군집, 세뇨관 세포 대사 및 세포주기 정지, 부분 상피-중간엽 전이 및 기타 관련 과정의 기원을 조사하는 데 널리 사용되었습니다 3,4,5,6,7,8.
UUO 유도 신장 간질성 섬유증 외에도 일반적으로 사용되는 다른 설치류 모델에는 아리스톨로칙산, 엽산 및 아데닌을 사용하는 것과 같은 독소 유도 모델뿐만 아니라 5/6 신절제술 및 허혈-재관류 손상(IRI)과 같은 외과적 유도 모델도 있습니다. UUO 모델은 다른 신장 섬유증 모델에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 예를 들어, 독소에 의한 신장 섬유증은 비교적 긴 모델링 기간(약 1-2개월)을 필요로 하며, 다른 장기에 대한 독성 부작용은 섬유증 메커니즘의 조사를 복잡하게 만들 수 있습니다 9,10,11. 5/6 신장 절제술과 같은 외과적 유도 모델은 심각한 신장 출혈 및 감염을 유발하여 수술 후 사망 위험을 증가시킬 수 있습니다. 또한, 유도된 간질성 섬유증의 정도는 절제된 신장 조직의 부피와 직접적인 상관관계가 있어 각 마우스에서 동일한 정도의 섬유증을 일관되게 재현하는 것이 어렵습니다12.
신장 IRI 모델은 CKD에 대한 급성 신장 손상을 유도하는 주요 방법이며 상당한 임상적 관련성이 있습니다. 섬유증의 중증도는 허혈 시간과 체온을 조정하여 조절할 수 있습니다. 그러나 UUO 모델에 비해 수술이 더 복잡하고 간질성 섬유증을 유발하는 데 더 긴 기간이 필요하다13. 이러한 모델과 비교하여 UUO 모델은 모델링 기간이 짧고, 변동성이 최소화되고, 반복성이 적으며, 수술이 비교적 간단하다는 등 여러 가지 장점이 있습니다. 독소를 포함하지 않는 UUO 마우스 모델은 하나의 요관을 결찰하여 만들어지며 2주 이내에 폐쇄성 신병증을 유발합니다. 그 결과 신증(hydronephrosis), 세뇨관 확장(tubular llatation), 간질성 섬유증(interstitial fibrosis)이 발생하는데, 이는 인간에서 관찰되는 병리학적 과정과 매우 유사하다14. 섬유증의 중증도(경증, 중등도 또는 중증)는 실험 기간을 조정하여 조절할 수 있습니다.
UUO 마우스 모델은 CKD를 조사하기 위해 다른 모욕 유도 모델보다 수행하기가 더 간단하지만 몇 가지 요인이 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 요인에는 마우스 변형, 연령, 성별, 마취 유형, 수술 기간, 수술 중 체온, 작업자의 수술 기술, 마우스의 수유 상태 및 건강 상태가 포함됩니다15,16.
마취 상태에서 꾸준하고 조직적인 방식으로 절차를 수행하면서 수술 스트레스와 감염을 최소화하는 것은 재현 가능한 UUO 마우스 모델을 만드는 데 필수적입니다. 또한 CKD의 메커니즘 및 잠재적 치료 대상에 대한 연구는 경험이 부족한 작업자에 의해 손상될 수 있으며, 이로 인해 마우스 손실이 증가하고 모델 이질성이 커질 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수술 전, 시술 중, 시술 후의 수술 과정의 주요 기술적 측면을 간략하게 설명하고 주의가 필요한 중요한 문제를 강조합니다. 또한 UUO 마우스 모델에 대한 평가 방법론은 연구자에게 일관되고 신뢰할 수 있는 접근 방식을 제공하기 위해 자세히 설명되어 있습니다.
모든 동물 절차는 기관 지침에 따라 수행되며 난징 의과 대학의 기관 동물 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. 성별 및 변형률 차이를 없애고 결과의 비교를 보장하기 위해 8-10주 령이고 체중이 22-25g인 수컷 CD1 마우스만 사용됩니다. 이 연구에 사용된 시약 및 장비의 세부 정보는 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 동물 및 기구 준비
2. 수술 절차
알림: 체온이 설정점에서 안정되고 발가락 꼬집음 반사가 사라지면 다음 수술 절차를 시작하십시오.
3. 수술 후 관리 및 모니터링
4. 수술 후 평가
조직학
주기적 산-쉬프(PAS) 염색은 세뇨관 확장, 브러시 테두리 손실, 캐스트 형성 및 세뇨관 상피 팽창을 나타냈습니다. Masson의 트리크롬 및 시리우스 적색 염색은 가짜 그룹에서 관찰된 눈에 띄는 내강을 가진 정상적인 소형 세뇨관과 대조적으로 UUO 후 간질성 섬유화를 보여주었습니다. Masson의 트리크롬 염색에서 파란색 영역과 시리우스 적색 염색에서 빨간색 영역으로 표시되는 신장 간질성 섬유증의 정도는 시간에 따라 증가하는 방식으로 증가했습니다(그림 1A).
웨스턴 블롯
피브로넥틴(FN), 콜라겐 I(Col-1) 및 α평활근 액틴(α-SMA)은 신장 섬유증을 평가하는 데 일반적으로 사용되는 표지자입니다. 가짜 그룹과 비교했을 때, 이러한 섬유화 단백질의 발현 수준은 UUO 이후 현저히 증가했으며 폐색 기간과 양의 상관관계가 있었습니다(그림 1B).
실시간 PCR
가짜군과 비교했을 때, 섬유화 마커(FN, Col-1a1, α-SMA 및 형질전환 성장 인자-β1(TGF-β1))의 mRNA 수치와 단핵구 화학유인 단백질-1(MCP-1), 종양 괴사 인자-α(TNF-α) 및 C-X-C 모티프 케모카인 리간드 1(CXCL-1)과 같은 염증성 사이토카인(cytokine)은 UUO 그룹에서 유의하게 증가했습니다(그림 1C).
UUO 결과에 대한 생물학적 및 외과적 요인의 영향
생쥐의 균주, 연령 및 성별은 UUO 연구의 결과에 큰 영향을 미칩니다. 한 연구는 6일간의 방해 후 7일간의 반전으로 구성된 가역적 UUO 마우스 모델을 확립했습니다. BALB/c 마우스는 가짜 조작 대조군과 유사한 수준으로 신장 기능이 거의 완전히 회복된 반면, C57BL/6 마우스는 돌이킬 수 없는 신장 기능 상실을 경험했습니다. 신장 기능에 대한 자세한 내용은 Puri et al.20을 참조하십시오.
성별 차이도 UUO 모델에서 중요한 역할을 합니다. UUO 2주 후 수컷과 암컷 C57BL/6J 마우스를 비교한 결과, 수컷은 상당히 높은 수준의 신장 간질성 섬유증을 보였고 세뇨관 간질에서 콜라겐 IV 단백질 침착이 증가했습니다. 노화는 폐색 후 간질 손상에 영향을 미치는 또 다른 핵심 요소입니다. 나이가 많은 마우스(50주)는 젊은 마우스(16주)에 비해 더 심각한 세뇨관 확장 및 위축을 보였습니다(21).
생쥐 간의 생물학적 변이 외에도 수술 매개변수도 UUO 결과에 영향을 미칩니다. 특히, 프로포폴로 마취된 마우스에서 TGF-β1 단백질과 mRNA 발현이 UUO 시술 중 세보플루란을 투여받은 마우스에 비해 유의하게 억제되었다22. 또한, 폐색의 지속 기간은 신장 기능 저하와 직접적인 상관관계가 있습니다. UUO를 1-2일 동안 투여한 마우스는 폐색이 제거된 후 완전히 회복된 반면, 3일 이상 폐색된 마우스는 시간 의존적 신부전이 발생했다20.
그림 1: 3일, 7일, 14일에 편측 요관 폐쇄(UUO)에 의해 유발된 신장 간질성 섬유증. (A) 가짜 신장 및 UUO 신장의 신장 절편에 대한 주기적 산-쉬프(PAS), 마손 트리크롬 염색(MTS) 및 시리우스 적색 염색. 스케일 바 = 100μm. (B) 가짜 및 UUO 신장에서 피브로넥틴(FN), 콜라겐 I(Col-1) 및 α-평활근 액틴(α-SMA)의 웨스턴 블롯 분석. (C) 가짜 신장 및 UUO 신장에서 섬유증 관련 마커 및 염증성 사이토카인에 대한 Real-time PCR 분석. 데이터는 평균 ± SEM(Standard Error of the Mean)으로 표시됩니다. 통계 분석은 일원 분산 분석과 스튜던트 t-검정을 사용하여 수행되었습니다. 통계적 유의성은 다음과 같이 표시됩니다: *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001. 약어: UUO, 편측성 요관 폐색; PAS, 주기적 산 Schiff; MTS, Masson의 삼색 염색; FN, 피브로넥틴; Col-1, 콜라겐 I; α-SMA, α-평활근 액틴; GAPDH, 글리세르알데히드 3-포스페이트 탈수소효소; TGF-β1, 형질전환 성장 인자-β1; MCP-1, 단핵구 화학유인 단백질-1; TNF-α, 종양 괴사 인자-α; CXCL-1, C-X-C 모티프 케모카인 리간드 1. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
신장 간질성 섬유증을 조사하기 위해 널리 사용되는 접근 방식인 UUO 모델을 확립하기 위한 포괄적인 절차가 제공됩니다. 또한 신장 기능 및 조직학적 변화에 대한 평가를 포함한 모델의 식별 및 평가가 입증됩니다. 모델의 이질성에 기여하는 변수와 수정 가능한 기술적 요인에 대해 설명합니다.
UUO에 대한 감수성은 연령, 성별 및 생쥐 균주에 따라 크게 다릅니다. C57BL/6 마우스에 비해 BALB/c 마우스는 UUO20에 덜 민감하거나 내성이 있습니다. 수컷 및 암컷 C57BL/6 마우스를 대상으로 한 연구에서 수컷 마우스는 UUO23에 따라 콜라겐 IV 발현이 증가했을 뿐만 아니라 Masson의 트리크롬 염색 및 점수가 더 높았습니다. 또한, UUO에서 신장 섬유증에 대한 성별 차이의 영향은 형질전환 마우스 모델과 녹아웃 마우스 모델에 따라 다르다24. 나이는 UUO 결과에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소입니다. 나이가 많은 마우스(50주)는 젊은 마우스(16주)에 비해 더 심각한 세뇨관 간질성 위축을 보였습니다21. UUO 결과에 대한 유사한 연령 관련 영향은 Sprague-Dawley 쥐 UUO 모델25에서 관찰되었습니다.
수술 중 마취가 연장되면 동물의 폐사율이 증가한다26. 흡입 마취제인 이소플루란(isoflurane)을 사용하여 외과적 마취를 신속하게 유도하여 5-10분 이내에 마취가 시작되었습니다. 이 방법을 사용하면 외과의가 펜토바르비탈 나트륨(100-200mg/kg)의 복강 내 주사에 비해 더 쉽게 마취를 시작, 유지 및 종료할 수 있습니다. UUO 모델에서는 다양한 마취제가 신장 섬유증의 중증도에 다양한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 프로포폴은 UUO 마우스 모델에서 유도성 산화질소 합성효소 발현을 하향 조절함으로써 신장 손상에 대한 보호 효과를 발휘하는 것으로 나타났습니다22; 따라서 UUO 모델링에서는 사용하지 않아야 합니다.
신장과 요관의 노출은 실험의 성공에 필수적입니다. 주요 고려 사항은 요관의 완전한 결찰을 보장하는 것입니다. 이 단계의 중요한 측면은 신장 히럼을 둘러싼 지방 조직을 조심스럽게 절개하는 것입니다. 체중이 더 적은 마우스를 선택하는 것은 일반적으로 신장 주변의 지방 조직이 적어 신장과 요관에 더 쉽게 노출되는 동시에 주변 조직이 찢어질 위험을 최소화하기 때문에 유리할 수 있습니다. 이 접근 방식은 시술 기간을 단축할 뿐만 아니라 필요한 마취량을 줄여 외상과 기술적 어려움을 줄입니다.
신장에 노출되는 동안 증발로 인해 혈관이 수술용 핀셋에 달라붙어 잠재적으로 요관 손상 또는 요관 누공을 유발할 수 있습니다. 따라서 멸균 생리식염수를 지속적으로 도포하여 수술 부위를 촉촉하게 유지하는 것이 필수적입니다. 혼란을 최소화하기 위해, 시술 전에 결찰을 위한 봉합사를 합리적인 길이(약 10cm)로 절단하여 작업자가 말단을 보다 효과적으로 관리할 수 있도록 하는 것이 좋다14. 또한, 두 번째 결찰은 요관의 적절한 막힘을 방해할 수 있으므로 첫 번째 결찰 바로 위에 놓아서는 안 됩니다.
UUO 모델에서 신장 기능의 회복은 폐색의 지속 기간에 의해 영향을 받는다27. 섬유증의 중증도는 폐색의 지속 기간과 직접적인 상관관계가 있다28. 본 명세서에 기술된 고전적인 UUO 모델에서, 평가를 위한 적절한 시점은 3일, 7일, 14일15일이다. 3일차에는 간질성 대식세포 침투 증가를 포함하여 세포 손상의 초기 변화를 관찰할 수 있습니다. 7일째가 되면 손상이 심화되어 간질성 섬유증의 초기 징후와 세뇨관 위축 부위를 특징으로 하는 보다 차별화된 패턴이 나타납니다. 14일차는 상당한 신증(hydronephrosis)과 신장 실질(renal parenchyma)의 소실을 포함하는 전체 표현형을 평가하기 위한 최적의 시점을 나타냅니다. 쥐를 대상으로 한 연구에서는 폐색 72시간 후에 영구적인 손상이 발생하는 반면, 폐색 24시간 후에는 폐색이 역전된 후 14일 이내에 사구체 여과율이 완전히 회복되는 것으로 나타났습니다27.
수술 후 관리는 동물의 손실을 최소화하는 데 매우 중요합니다. 수술 직후, 마우스의 탈수를 방지하기 위해 복강내 주사 를 통해 따뜻한 생리식염수를 투여합니다. 쥐가 케이지로 돌아가면 쉽게 접근할 수 있는 물과 음식을 제공하는 것이 필수적입니다. 수술 절차는 동물의 이동성을 손상시킬 수 있습니다. 따라서 음식과 물을 높은 곳에 놓는 경우 으깬 음식을 케이지 바닥에 보관하여 쉽게 접근할 수 있도록 해야 합니다. 생쥐의 수술 후 상태를 모니터링할 때, 그루밍이 부족하거나, 섭식이 감소하거나, 비정상적인 자세를 보이는 쥐에 대해서는 진통제의 복용량을 적절하게 늘려야 한다.
UUO 모델의 몇 가지 잠재적 제한 사항에 유의해야 합니다. 첫째, 이 모델은 신장 기능의 변화를 정확하게 추적하지 않습니다. 크레아티닌 및 혈액 요소 질소와 같은 내인성 여과 마커는 일반적으로 신장 기능을 평가하는 데 사용됩니다. 그러나 비폐쇄 신장이 폐쇄된 신장에서 손실된 기능을 보상하기 때문에 수치는 종종 안정적으로 유지됩니다. 둘째, UUO 모델은 세뇨관 복구가 없기 때문에 세포 및 조직 재생뿐만 아니라 폐색이 해제된 후 후속 조직 리모델링을 연구하는 데 적합하지 않습니다. 마지막으로, UUO 마우스 모델은 대부분의 UUO 임상 사례가 완전한 폐쇄가 아닌 부분적인 폐쇄를 포함하기 때문에 연구 결과를 벤치에서 침대 옆으로 번역하는 데 한계가 있습니다.
결론적으로, 생쥐의 UUO 모델은 신장 간질성 섬유증에 대한 연구에 널리 사용됩니다. 신장 섬유증의 마커를 식별 및 특성화하고, 병원성 메커니즘을 조사하고, CKD에 대한 잠재적인 치료 방법을 탐색하는 것을 목표로 하는 연구에 잠재적으로 응용될 수 있습니다. 마우스 모델의 가변성은 여러 요인으로 인해 발생할 수 있지만 이 연구에 설명된 자세한 절차는 연구원이 재현성이 높은 UUO 모델을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 능숙하고 숙련된 작업자는 설명된 기술을 고수하고 기술적 세부 사항에 세심한 주의를 기울임으로써 일관된 UUO 모델을 생성할 수 있습니다.
저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 작업은 중국 국가과학재단 보조금(82370686/2024YFA1107704), 장쑤성 특별 임명 교수 그랜트, 난징 과학기술 혁신 프로젝트, 장쑤성 병원 고위급 인재 양성 프로그램(1단계)(CZ0121002010037), 장쑤성 자연과학재단(BK20240055) 및 JR에 대한 장쑤성 의료 혁신팀의 지원을 받았습니다. 장쑤성 병원(난징 의과대학 제1부속병원) 임상역량향상프로젝트(JSPH-MA-2023-4), 장쑤성 고등교육기관(중국) 및 중국국립자연과학재단(81970639/82151320)의 우선 학술 프로그램 개발
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL Syringe | Mingankang | / | |
3/0 silk braided suture | Jinhuan Medical | F301 | |
75% Ethanol | Lircon | 6303060031 | |
Anesthesia Air Pump | RWD Life Science | R510-29 | |
Anesthesia Induction Chambers | RWD Life Science | V102-V | |
Animal hair clipper | Jinke | / | |
Betadine solution | Lircon | 6303030036 | |
Buprenorphine (analgesic) | RWD Life Science | / | |
Curved iris forceps | jinke | / | |
Electronic heat pad | Reptizoo | AHM23 | |
fine straight forceps | Jinke | / | |
Gas Filter Canister | RWD Life Science | R510-31-6 | |
Gauze Pads | Winner Medical | 601-026576 | |
Iris Scissors | Jinke | / | |
Isoflurane (anesthetic) | RWD Life Science | R510-22-10 | |
Multi-output Animal Anesthesia Machine | RWD Life Science | R550IE | |
Needle holder | jinke | / | |
Ophthalmic ointment | Dechra NDC | 17033-211-38 | |
Sterile Cotton swab | Winner Medical | 601-015213 | |
Sterile saline | Shimen | H20066533 |
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