肺炎研究模型开发和使用中的重要因素参考

模型宿主考量

常见肺炎感染模型对比

肺炎链球菌是一种异质性特别高的物种，因为其重组率高，且表面表达至少100种独特的荚膜血清型。与其他革兰氏阳性细菌一样，肺炎链球菌也会发生基因突变，选择压力的存在与否会导致最适菌株的生长。体外传代可导致编码毒力决定因子的基因表达改变，从而产生减毒株。

相关实验证据还表明，体内也会发生突变，并且存在瓶颈，例如细菌从肺部逃逸进入血流。因此，体内传代也存在风险，因为感染后菌株可能与原始菌株不同。强烈建议研究人员制备大量低传代的菌种储备，用于启动所有实验。

动物实验仍然是解析肺炎链球菌毒力因子贡献和测试新型预防或治疗方法效果的最直接手段。肺炎链球菌诱导肺炎的接种剂量取决于细菌菌株和多种宿主因素，如小鼠品系、年龄和性别。例如，10⁵-10⁸CFU的剂量可在成年小鼠中引起肺炎，而约10CFU的剂量足以在新生动物中引起重症疾病。由于肺炎链球菌在过度生长时会发生自溶，因此使用对数生长期的细菌进行动物接种非常重要。

C57BL/6和BALB/c品系小鼠是肺炎球菌肺炎实验室模型中最常用，CBA/N品系也被使用，因为它们无法产生针对肺炎球菌多糖的抗体，因此对肺炎链球菌高度易感。选择其他哺乳动物主要是因为它们具有特定的解剖学特征，有利于拟开展的工作和/或所检验的假设，例如用于研究中耳炎的沙鼠大疱，或者因为样本回收至关重要，而小鼠可回收的组织或血清量与较大动物相比有限。

重要的是，小鼠也表现出对侵袭性肺炎链球菌感染的性别差异，这是人类感染的一个特征。

金黄色葡萄球菌是一种革兰氏阳性球菌，是30%人类人群前鼻孔的共生菌。它是CAP和HAP的致病菌。在实验模型中，流行性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）菌株USA300是常用菌株。然而，根据实验模型的目标，也可以使用甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌（MSSA）和MRSA菌株。细菌通常在Luria肉汤或胰蛋白胨大豆肉汤中培养至对数期。

小鼠模型被大量用于研究急性金黄色葡萄球菌呼吸道感染，通常通过上呼吸道攻击C57BL/6或BALB/c小鼠，以引发先天和适应性免疫反应。该细菌可在哺乳动物气道中快速适应，研究表明其转录会迅速改变，进入中枢代谢降低的状态。

小鼠在麻醉下通过鼻内（最常见）、气管内或口咽途径接种10⁷CFU（溶于50μl），并在24小时内使用。接种剂量的有效窗口很小，将剂量增加到10⁸CFU通常是致死性的，在这种情况下，需要在3-5天内监测小鼠。

小鼠也可用于研究上呼吸道定植。定植需要使用小体积（10μl）高浓度（10⁸CFU）的接种物，根据所用金黄色葡萄球菌菌株的不同，可在24小时至数周后进行检测。

C57BL/6小鼠是最常用的，但尚未对不同小鼠品系及其对金黄色葡萄球菌感染的易感性进行全面表征。需要对不同近交系或远交系的感染模型进行直接比较，或者使用协作交叉小鼠（一种由不同创始品系衍生的遗传参考小鼠群体）进行研究。

尽管小鼠具有能够研究肺部感染多个方面以及遗传可操作性的优势，但小鼠模型的局限性包括感染需要高细菌剂量，并且缺乏许多金黄色葡萄球菌因子（如毒素）靶向的人类特异性受体。

金黄色葡萄球菌的小鼠模型并不完美，但对于细菌和宿主发病机制的许多方面仍然是极好的工具。

铜绿假单胞菌是一种常见的机会性革兰氏阴性病原体，在环境中普遍存在。尽管它很少在正常宿主中引起感染，但它是主要的医疗相关病原体，也是患有各种免疫、结构和遗传异常患者肺炎的常见原因。它具有非常大的基因组（>5.2mb），使其能够适应各种环境压力。

它具有广泛的生物合成能力，容易污染水和溶液，并主动调节多种底物（如抗生素）的摄取、分泌和修饰，还能选择性获得新的遗传元件，这使其经常成为多重耐药病原体。

这些基本特性使其成为一种可怕的肺部病原体，尤其是在免疫功能低下的宿主中。

铜绿假单胞菌肺炎的发病机制涉及特定感染生物体的特性、黏膜和上皮免疫信号传导、所有类别驻留和募集免疫细胞的活性，以及气道代谢组在塑造宿主和病原体基因表达中的作用。

此外，铜绿假单胞菌会在体内主动调节其基因表达，不仅是为了应对免疫压力，也是为了应对可用的底物。这意味着需要使用生物学相关的菌株（急性与适应型）和生理上可达到的试剂浓度。

小鼠天生对铜绿假单胞菌肺部感染具有抵抗力（人类也是如此），因此调整接种物和菌株以实现一致的感染和宿主反应非常重要。

C57BL/6小鼠是使用最广泛的，因为该背景已被广泛用于基因表达研究、成像、细胞类型分选、诱导型基因表达以及功能获得或功能缺失突变体的构建。其他近交系小鼠品系具有显著不同或缺陷的免疫反应。

由于宿主对铜绿假单胞菌的免疫反应是病理的主要组成部分，因此使用一致的宿主背景不仅对于实验室内部的一致性很重要，对于与已发表文献的结果比较也很重要。

肺炎克雷伯菌是一种革兰氏阴性细菌，可引起人类广泛的感染，包括肺炎、败血症、菌血症、尿路感染、肝脓肿和脑膜炎。肺炎克雷伯菌肺部感染已被用于研究肺部宿主反应的多个方面，从1型到17型免疫、补体激活以及细胞因子和趋化因子的调节。

肺炎克雷伯菌模型给药途径从鼻内到气管内再到口咽吸入不等。使用微喷雾雾化器经气管内滴注单次给予肺炎克雷伯菌（ATCC43816；3.5×10⁵CFU接种量，用于23-25周龄C57BL/6雌性和雄性小鼠）可导致化脓性支气管肺炎，伴有肺泡和血管周围水肿、中性粒细胞募集、出血和坏死。

关于肺炎克雷伯菌感染，已证实使用了几种易感性不同的小鼠品系：C57BL/6J小鼠（对感染有抵抗力）、129/SvJ小鼠（易感）、C3H/HeJ小鼠（易感且TLR4信号缺陷）和野生型C3H/HeN小鼠（中度抵抗）。

在啮齿类肺炎模型中研究肺炎克雷伯菌的最佳实践包括使用参考菌株，通常是啮齿类适应的K2血清型ATCC43816菌株，该菌株在许多实验室中被广泛使用且处理可重复。使用临床分离株是可取的，分离株的选择必须考虑要解决的问题。对于肺炎或下呼吸道感染研究，强烈建议使用临床呼吸道分离株。

肺炎克雷伯菌的各个菌株可能表现出不同的行为，但ST258型MDR临床分离株通常用作与Hv临床菌株（如多位点序列型23，这是K1血清型肺炎克雷伯菌中最普遍的序列型，与肝脓肿相关）的相关对照。在最初使用肺炎克雷伯菌分离株时，确定能在肺部和全身引起致病性的接种剂量至关重要。

很少有使用肺炎克雷伯菌的VAP模型，主要是因为难以将小型啮齿动物维持麻醉超过12小时。