PM小鼠模型

一、PM小鼠模型的定义与核心类型

PM模型指通过暴露于大气颗粒物（尤其是 PM₂.₅）诱导小鼠特定病理损伤的动物模型。根据研究目标可分为三类：

1. 呼吸系统损伤模型（如肺纤维化、COPD）
2. 系统性疾病模型（如生殖毒性、神经退行性病变）
3. 肿瘤发生模型（如间皮瘤、肺癌）

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二、模型构建的核心方法与技术优化

（一）暴露方式与标准化流程

暴露方式	操作流程	适用场景	引用案例
气管滴注法	麻醉下气管注入PM₂.₅混悬液（剂量：3–10 mg/kg），频率：2–3次/周，持续4–12周	肺损伤、炎症反应研究
全身吸入暴露	动态吸入舱暴露（浓度：100–1000 μg/m³），持续21–90天	慢性毒性、心血管损伤研究
雾化吸入法	密闭容器内雾化PM₂.₅混悬液，小鼠自然吸入（需控制粒径≤2.5 μm）	模拟真实环境暴露
水体暴露（替代模型）	斑马鱼/线虫在含PM₂.₅的水体/培养基中生长	生殖毒性初筛（非小鼠模型）

关键技术突破：

• 粒径控制：超声处理PM₂.₅混悬液并添加 0.05% Tween 80 稳定剂，可显著降低颗粒团聚，获得更接近真实PM₂.₅的分散体系（平均粒径：0.8 μm vs. 未处理组的5.2 μm）。
• 分散稳定性：含人血清白蛋白（HSA）的混悬液可维持颗粒分散状态 >24小时。

（二）PM类型与剂量选择

• 标准参考物质：SRM2975（柴油颗粒）或NIST1648a（城市大气颗粒）
• 剂量设计：
  • 急性损伤：单次滴注5–10 mg/kg
  • 慢性病变：长期吸入（500 μg/m³，≥60天）

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三、病理表型与机制研究

（一）呼吸系统损伤（核心应用）

病理特征	分子机制	检测指标
肺泡结构破坏	氧化应激（ROS↑）、炎症因子（IL-6/TNF-α↑）	肺组织H&E染色、羟脯氨酸含量
肺纤维化	TGF-β/Smad通路激活，胶原沉积	Masson染色、α-SMA免疫组化
黏液高分泌	MUC5AC基因表达上调	PAS染色、杯状细胞计数

模型验证：滴注PM₂.₅（5 mg/kg，8周）后：

• 肺组织ROS水平 升高3倍，胶原沉积面积 增加50%。

（二）生殖与发育毒性

• 精母细胞凋亡：睾丸组织Caspase-3活性升高，精子密度下降30%。
• 胎盘功能障碍：滋养细胞侵袭能力减弱，胎鼠体重降低。

（三）神经系统损伤

• 帕金森样病变：PM₂.₅通过血脑屏障诱导 α-突触核蛋白（α-Syn） 聚集，与MPTP模型协同加重多巴胺能神经元丢失。
• 认知障碍：海马区小胶质细胞活化（Iba1↑），BDNF表达下调。

（四）肿瘤发生模型

• 间皮瘤模型：胸腔注射石棉联合PM₂.₅暴露，诱导 Nf2/p53双基因敲除小鼠 发生恶性胸膜间皮瘤（潜伏期缩短至12周）。

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四、模型选择与场景应用指南

（一）不同研究目标的模型

研究目标	推荐模型	优势	局限
肺纤维化机制	气管滴注法（PM-b分散体系）	病理重现性好，操作简便	需精准控制滴注深度
慢性系统毒性	全身吸入暴露（≥90天）	贴近真实环境，多器官损伤	设备成本高，周期长
药物筛选（抗纤维化）	雾化吸入法 + TGF-β报告基因小鼠	高通量，可实时监测	粒径均一性难控制
肿瘤微环境研究	PM₂.₅ + 基因编辑鼠（如Tsc2 cKO）	模拟PM促瘤作用，解析免疫逃逸	模型构建复杂（需6–9个月）

（二）模型联用策略

1. 毒性机制深度解析：

   

2. 跨物种验证：小鼠肺损伤模型 → 斑马鱼生殖毒性初筛 → 恒河猴慢性毒性验证（提升临床相关性）。

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五、技术挑战与解决方案

挑战	根源	应对策略
粒径与真实环境差异	实验室PM分散不均，团聚严重	超声+Tween80/HSA稳定剂优化（PM-b方案）
种属转化瓶颈	小鼠肺泡结构与人类差异	人源化肺类器官移植模型（前瞻方向）
慢性病变重现性不足	短期暴露无法模拟多年累积效应	延长暴露周期（≥6个月）+ 衰老小鼠（如SAMP8）
多器官互作机制缺失	现有模型聚焦单一器官	构建双人源化模型（人肺+肝细胞）

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六、未来发展方向

1. 精准暴露系统开发：
   • 智能雾化设备实时调控PM₂.₅浓度与粒径（结合AI反馈系统）。
2. 多组学整合分析：
   • 空间转录组解析PM₂.₅在肺区域的异质性损伤。
3. 基因编辑模型升级：
   • 条件性基因敲入：在肺泡上皮特异性表达氧化应激报告基因（如Keap1-luciferase）。
4. 类器官-动物嵌合体：
   • 人肺类器官移植至免疫缺陷鼠，模拟PM₂.₅诱导的肺腺癌早期病变。