王照，平毅

盆底功能障礙性疾?。╬elvic floor dysfunctions，PFD）是一類困擾中老年女性健康的常見疾病。由于盆底韌帶、肌肉等盆底支持組織損傷松弛，患者出現(xiàn)排尿、排便障礙及盆腔器官下移等癥狀。國內(nèi)有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盆腔器官脫垂（pelvic organ prolapse，POP）和壓力性尿失禁（stress urinary incontinence，SUI）是2 種最主要的疾病[1]。據(jù)流行病學報告，不同收入的國家POP 患病率為1%～65%[2]，美國2017—2018 年非西班牙裔的成年女性SUI 患病率高達45.9%[3]。國內(nèi)一項多機構研究發(fā)現(xiàn)，2011—2018 年進行的POP 手術量是2004—2011 年的2 倍多[4]?？梢奝FD 的患病率及手術增長率均不容忽視。然而目前PFD 的致病機制尚未完全明確。探索其發(fā)病機制需要將實驗對象暴露于諸多危險因素中或對其進行多種有創(chuàng)操作，因此直接進行人體試驗既不現(xiàn)實，也不道德。動物實驗不僅可以較大程度上滿足上述需求，還可以幫助解決生物材料[5]、干細胞[6]等治療方法的有效性和安全性問題，更具優(yōu)勢?，F(xiàn)圍繞2 類最主要的PFD（POP 和SUI）動物模型，總結不同模型動物及造模方法的應用現(xiàn)況，闡述生物力學測量方法對動物模型的優(yōu)化作用，以期為探索PFD 的發(fā)病機制及治療方法提供參考。

1 動物類型

目前PFD 的動物模型根據(jù)物種的不同大致分為嚙齒類動物、小型哺乳動物、大型哺乳動物以及非人類靈長類動物（nonhuman primates）4 類。由于動物的盆底解剖結構與人類存在差異，四足動物的腹腔器官不會直接對盆底造成負擔，盆底支持組織的壓力較低[7]，導致動物模型存在局限性。

1.1 嚙齒類動物大鼠（rat）和小鼠（mouse）是最常用的動物模型[8]。其不僅在探索PFD 的發(fā)病機制的研究中發(fā)揮了重要作用，也被應用于最前沿的干細胞聯(lián)合生物材料治療PFD 的實驗中[9]。嚙齒類動物與人類盆底肌肉韌帶組織相似，以大鼠為首[10]。嚙齒類動物相較于其他動物，繁殖周期短，可在一定程度上預測發(fā)情期與妊娠期，易于操作和處理，成本較為低廉，便于擴大實驗規(guī)模。但由于其體積較小、四足行走以及胎頭徑與產(chǎn)道直徑的比例較小，嚙齒類動物極少發(fā)生自發(fā)性POP[10]。更明顯的局限性是，因為體積的原因，與生物材料相關的實驗傾向于在嚙齒類動物的背腹部而非盆腔進行操作[11]。這無疑在一定程度上影響了實驗結果的可靠性。

1.2 小型哺乳動物兔（rabbit）的盆底結構與人類差異較大，家兔沒有宮頸，其陰道與人類也極為不同，陰道上部實際上是它的“宮頸”[10]。且兔需要通過性交的陰道刺激來誘導排卵，不利于實驗操作。但在生物材料組織相容性的相關實驗中，新西蘭白兔（New Zealand white rabbit）的適應性比大鼠好[12]，后者常引起嚴重的炎性反應[13]，這可能是兔用做PFD動物模型的優(yōu)勢。另外，兔的膀胱組織條帶在體外實驗中對M 膽堿能刺激、腎上腺素能刺激作出反應，可用作膀胱功能的體外研究系統(tǒng)[14]。

1.3 大型哺乳動物大型哺乳動物指綿羊（sheep）、山羊（goat）、豬（pig）和狗（dog）等動物。大型動物模型在PFD 的研究中具有更明顯的優(yōu)劣勢。一方面，大型動物都存在著生長期和妊娠期長、場地要求較大等問題，而且大型動物的生物學工具，如抗體、探針和生物信息學數(shù)據(jù)較少，制約其在PFD 中的應用[7]。但另一方面，大體型有助于更多手術方案的選擇，且體質量與PFD 相關[15]，體質量大也代表著更可能發(fā)生PFD。事實上，正常狀態(tài)未被外界干預的母羊可發(fā)生自發(fā)性POP[16]。綿羊與人體的盆底解剖結構頗為類似，都存在三水平結構。一些學者認為綿羊可以作為非人類靈長類動物的替代[17]。

1.4 非人類靈長類動物用于研究的非人類靈長類動物有恒河猴、松鼠猴和狒狒等。Stewart 等[18]比較恒河猴、兔、嚙齒類動物與人類盆底肌肉的差異發(fā)現(xiàn)，恒河猴的建筑差異指數(shù)（architectural difference index）最低。恒河猴的胎兒頭部較大，分娩時需將母猴的陰道直徑擴大5 倍，與人類的分娩過程非常相似。Zhang 等[19]通過構建恒河猴卵巢切除模型證實，間充質干細胞可以修復受損的陰道組織，為POP 提供了新的治療方法。亦有很多實驗用松鼠猴構建PFD 的動物模型。Pereira da Silva 等[20]通過分析人類與松鼠猴的盆底結構的差異，比較兩者POP 及不良分娩結局的發(fā)生率，認為雌性松鼠猴和人類女性之間的盆底形態(tài)雖不十分相似，但具有相似的與分娩相關的特征，可作為研究POP 的動物模型。然而，因為實驗周期長、來源有限、價格昂貴、管理及寄宿費用高等問題，非人類靈長類動物并不如嚙齒類動物常用。

2 造模方法

流行病學發(fā)現(xiàn)PFD 有諸多危險因素。通過模擬這些危險因素，可以構建各類動物模型來研究PFD的致病機制?；蚣夹g也可用于構建特定性質的動物模型。

2.1 損傷肌肉、神經(jīng)等組織陰道分娩與PFD 緊密相關[21]，模擬分娩是最主要的造模方法。分娩時胎兒通過產(chǎn)道，可能導致盆底肌肉、神經(jīng)損傷。通過使用擴張導管來膨脹陰道（陰道擴張）可以建立模擬分娩產(chǎn)傷的動物模型。Palacios 等[22]將F10 導管插入未分娩的大鼠陰道中探究陰道擴張后大鼠尿失禁恢復的過程，闡述分娩損傷導致尿道外括約肌功能障礙的機制。Kishimoto 等[23]使用陰道擴張的大鼠模型研究肛門括約肌功能受損的治療，發(fā)現(xiàn)同源和異位移植脂肪來源的間充質干細胞可以改善肛門括約肌功能。然而，分娩引起的PFD 并不單一涉及肌肉和周圍軟組織的損傷，還包括氧化應激[24]、去神經(jīng)支配[25]、細胞外基質代謝異常[26]等機制，是一個涉及多方面的過程[27]。目前模擬分娩的造模方法只是就其中一個方面進行模擬，仍有較大的改進空間。

陰部神經(jīng)損傷也可以構建SUI 模型。戴毓欣等[28]對雙側陰部神經(jīng)進行麻醉阻滯，構建了一種PFD盆腔神經(jīng)損傷的動物模型，用于探索盆底功能障礙的神經(jīng)損傷機制。亦有實驗直接離斷陰部神經(jīng)，成功建立了大鼠SUI 模型[29]。也可以直接破壞尿道周圍起到支持作用及增加尿道阻力的肌肉、韌帶構建SUI 模型，常見的實驗方法是尿道松解術、恥骨尿道韌帶橫斷術和尿道括約肌切除術，還可使用尿道燒灼術、尿道周圍注射肉毒素等方式。

2.2 模擬其他危險因素除了分娩產(chǎn)傷，肥胖、子宮切除術史、衰老、絕經(jīng)和多產(chǎn)次等作為PFD 的其他危險因素，也可以作為構建動物模型的切入點。通過Zucker 大鼠構建肥胖-壓力性尿失禁（OA-SUI）模型，Yuan 等[30]和Wang 等[31]分別發(fā)現(xiàn)慢病毒介導的尿道橫紋肌再生及微能聲脈沖（microenergy acoustic pulse）刺激肌肉再生均可以改善OA-SUI 大鼠的尿失禁情況。Knight 等[32]通過構建子宮切除術后的新西蘭白兔模型發(fā)現(xiàn)，聚丙烯補片對陰道平滑肌形態(tài)和收縮性有負面影響，認為新西蘭白兔模型可以用于生物補片發(fā)生侵蝕暴露的相關機制的研究。Shveiky 等[33]通過構建陰道后正中線切口的大鼠模型，發(fā)現(xiàn)衰老是陰道傷口愈合的危險因素。Shahryarinejad 等[34]通過切除獼猴的卵巢構建更年期模型，并給予雌激素和雌激素受體調(diào)節(jié)劑，發(fā)現(xiàn)選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑可能影響子宮韌帶的生物力學和生化特性。Kwon 等[35]通過構建模擬多次分娩的SUI 大鼠模型，驗證漏尿點壓（leak point pressure）和尿道基線壓力（urethral baseline pressure）是和SUI有關的2 項尿動力學參數(shù)。此外還有許多以其他危險因素作為切入點的動物模型構建方法，在此不一一贅述。

2.3 應用基因技術PFD 與很多基因表達相關，Isali 等[36]總結了目前已經(jīng)明確的20 余種與PFD 相關的基因。Jameson 等[37]敲除小鼠賴氨酰氧化酶樣1（lysyl oxidase-like 1，LOXL1）基因構建一種隨著年齡和胎次的增加而POP 發(fā)病率增加的小鼠模型，一定程度上復刻人類POP 的易感性特征，并在此基礎上研究LOXL1 基因遺傳缺失對彈性蛋白合成及其調(diào)節(jié)的影響。Chin 等[38]通過給予小鼠多西環(huán)素構建部分組織（指陰道壁組織）發(fā)生腓骨蛋白5（fibulin-5）基因缺陷的小鼠模型，這種小鼠缺乏對分娩及彈性蛋白酶所誘導的POP 的自我修復，與產(chǎn)婦及中老年女性大致相似，組織特異性的基因敲除不會引起全身的癥狀?？梢姡瑢嶒炚邞没蚣夹g可以構建特定性質的動物模型，得到與人類相似的PFD 發(fā)病轉歸過程。

3 生物力學與動物模型

3.1 生物力學生物力學是對生物體中的力學問題定量研究的一門學科。組織通常可以分為兩種類型：主動組織，即能夠產(chǎn)生力的組織（例如骨骼肌、平滑肌和心?。?；被動組織，即被動響應生物力的組織（例如韌帶、結締組織等）。使用生物力學對組織主動產(chǎn)生或被動響應生物力進行測量，可以得到對病理和治療效果的客觀、量化的結果。測量內(nèi)容包括極限載荷、極限伸長率及彈性模量。彈性模量是指應力-應變曲線線性區(qū)域中應力與該方向上應變的比。由于組織主動產(chǎn)生或被動響應生物力的能力本質上與其生化組成有關，因此對盆底生物力學的深入了解有助于PFD 的發(fā)病機制和治療方法的探索。

3.2 生物力學和SUI生物力學對于PFD 領域并不是新名詞，尿動力學參數(shù)如漏尿點壓已經(jīng)用于SUI 的輔助診斷。傳統(tǒng)的動物模型通過動物的癥狀（如脫垂和漏尿的有無和程度）和一些驗證方法如打噴嚏實驗等來評估病理和治療效果，只能得到定性而非定量的結果。生物力學測量一定程度上突破了這一束縛。人工漏尿點壓測試、傾斜臺漏尿點壓測試及尿道閉合壓測試均可得到客觀的觀測指標結果。Liang 等[39]對盆腔神經(jīng)橫斷術的大鼠模型移植人羊水干細胞，使用人工漏尿點壓測試發(fā)現(xiàn)漏尿點壓在盆腔神經(jīng)橫斷術后降低，在移植人羊水干細胞后則得到明顯改善。

3.3 生物力學和POP生物力學也在POP 中發(fā)揮重要作用。Zhang 等[19]對切除卵巢后的恒河猴模型陰道局部注射間充質干細胞，并測量陰道壁的生物力學，證實間充質干細胞可以提高陰道壁的硬度。Abramowitch 等[8]開發(fā)了一種研究陰道支持組織復合體（vaginal support tissue complex，VSTC）的嚙齒動物模型，發(fā)現(xiàn)在妊娠中晚期VSTC 的線性硬度及極限載荷都下降近50%。Clark-Patterson 等[40]對腓骨蛋白5 單倍體缺乏型和進行性脫垂型的小鼠進行生物力學測量，發(fā)現(xiàn)兩者的陰道收縮力均降低。然而，生物力學不應局限于某一組織，還應擴大至整個盆底，但目前尚無能將盆底視為一個整體的生物力學測量模型。

4 結語與展望

由于人體試驗受到醫(yī)學倫理學的約束，動物實驗成為研究PFD 的有力補充。本綜述系統(tǒng)地總結了目前動物模型在PFD 不同類型的模型動物及造模方法，發(fā)現(xiàn)嚙齒類動物模型使用最多，非人類靈長類動物最為理想[18]，不同動物模型均有其局限性；模擬分娩是最主要的造模方法，但不能完全復制人類分娩過程，仍有較大的改善空間?；蚣夹g可以用于構建特定性質的動物模型，通過改變動物模型的基因表達，最終得到與人類更相似的發(fā)病轉歸過程，更有利于PFD 的探索研究。尋求“相似性”可能是PFD 動物模型前進發(fā)展的一個方向。本綜述還探討了生物力學在動物模型中的作用。將生物力學納入動物模型測量體系中，可以得到對病理和療效的客觀、量化的結果，避免人為的判斷誤差。但目前尚無將整個盆底視為一個整體的生物力學測量模型，學者們?nèi)匀狈φ麄€盆底更系統(tǒng)、更全面的了解。尋求“客觀性”和“整體性”可能是PFD 動物模型前進發(fā)展的又一方向。