EMMSLink WBP全身体积描记系统——实验动物哮喘模型研究的有力助手

2024-09-29 14:15:01, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

哮喘是一种常见的气道慢性炎症性疾病，主要特征包括易复发、可逆性气流阻塞和支气管痉挛等，气道高反应性（AHR）是哮喘的常见临床特征之一，伴有反复发作的呼吸困难、喘息、胸闷和咳嗽。全球约有 3.39 亿人患有哮喘，中国学者在《柳叶刀》曾发文报告中国20岁及以上人群哮喘患病率为4.2%，总数达4570万，且该数字还在持续增长。当前哮喘是无法根治的，虽然大多数患者是可以通过每天使用吸入剂对哮喘加以控制的，但他们的生活质量却受到影响，给医疗保健系统带来了沉重的经济和社会负担。

流行病学研究显示，体重指数超标者罹患哮喘的风险显著增加，肥胖者罹患哮喘的风险高于体重不超标者，哮喘儿童比没有哮喘的儿童更容易肥胖，因此，肥胖与哮喘关系密切。部分肥胖哮喘患者表现为迟发性哮喘，较非肥胖哮喘更难控制，肺功能受损更严重。这些患者在接受高剂量吸入性皮质类固醇和长效支气管扩张剂治疗后症状难以控制，前者因频繁全身用药而可能加重肥胖。

无论是在国际上还是在国内，对哮喘的研究一直广受研究学者的重视，与哮喘相关的研究是当下非常热门的课题。由此，建立与哮喘相关的动物模型，评价哮喘治疗药物的效果也至关重要，这有利于探索哮喘的发生发展规律和治疗方式，为临床研究提供有力的数据支撑。

“通乾麻黄”提取物IB对肥胖哮喘的治疗作用

肥胖哮喘是一种哮喘表型，它比过敏性哮喘引起更严重的肺部炎症和气道高反应性，并且对常规疗法有抵抗力。

云南中医药大学第一附属医院童晓云教授团队在《Phytomedicine》上发表了一篇名为“Involucrasin B suppresses airway inflammation in obese asthma by inhibiting the TLR4-NF-κB-NLRP3 pathway”的文章，研究旨在证明“傣”药和“佤”药“通乾麻黄”提取物Involucrasin B (IB) 对肥胖哮喘的治疗作用，并确认IB 特异性靶向治疗肥胖哮喘的潜在机制。

通乾麻黄”提取物IB

Involucrasin B (IB) 是从Shuteria involucrata (Wall.) Wight & Arn. 中分离出来的二氢黄酮类化合物，Shuteria involucrata (Wall.) Wight & Arn. 被中国云南省的“傣族”和“佤族”命名为“通乾麻黄”，在中国南方用于治疗“痰湿痰”（肥胖病）以及肺部炎症。然而，IB 是否能治疗肥胖哮喘仍不清楚，IB 特异性靶向治疗肥胖哮喘的潜在机制和分子表达仍未完全了解。

肥胖哮喘模型的建立及治疗

为确定IB的治疗作用，作者以屋尘螨（HDM）和高脂饮食（HFD）为诱因，建立C57BL /6J小鼠肥胖哮喘模型，体内采用口服不同剂量的IB，评估治疗效果；体外培养人THP-1单核细胞，分别用脂多糖（LPS）和棕榈酸（PA）处理，观察IB对处理后的THP-1细胞中细胞因子的影响。

实验结果

在体内实验中，我们发现与模型组（HFD+HDM）相比，IB 干预可改善气道高反应性和肺组织病理学，并显著抑制支气管肺泡灌洗液中白细胞介素 (IL)-1β、IL-17A 和 IL-22 等相关炎症因子的分泌，以及血清中的总 IgE 和 HDM-IgE。研究结果表明，IB 可以降低肺组织中粒细胞受体 1 (Gr-1) 和中性粒细胞胞外陷阱 (NETs) 的表达，以及 M1 巨噬细胞 (M1) 中 NLR 家族含吡啶结构域 3 (NLRP3) 和诱导型一氧化氮合酶的表达。IB 还减少了 ILC3/Th17 细胞的数量，这些细胞负责产生 IL-17A，IL-17A 是中性粒细胞介导的炎症的重要介质，证实 IB 对肥胖相关哮喘的治疗作用与中性粒细胞和 M1 细胞有关。此外，IB 调节脂质代谢并抑制脂肪组织中巨噬细胞的产生。

IB 干预可改善气道高反应性

IB干预后减少了肺中 ILC3/Th17 细胞的数量

体外实验结果显示，与模型组 (LPS、PA 和 LPS+PA) 相比，IB 抑制了 THP-1 细胞分泌 IL-1β、IL-18 和肿瘤坏死因子-α (TNF-α)，以及 THP-1 细胞中 NLRP3 相关蛋白的表达，证实 IB 的作用涉及 TLR4-NF-κB-NLRP3 通路。

IB抑制THP-1细胞IL-18、TNF-α和 MCP-1的分泌

本研究首次证明了IB对肥胖哮喘的治疗作用，并进一步明确了其机制通路为TLR4-NF-κB-NLRP3通路。

WBP系统监测造模后小鼠气道缩窄指数

在评估IB干预后小鼠哮喘严重程度的过程中，实验者分别对对照组、HFD+HDM干预组、HFD+HDM+IB-L干预组、HFD+HDM+IB-H干预组和HFD+HDM+DEX干预组小鼠进行气道高反应性的评估，分别获得五组实验小鼠的气道缩窄指数（Penh），用以表征诱发哮喘引起的气道缩窄程度。该指标的检测使用的是英国EMMS公司生产的WBP呼吸生理检测分析系统。

EMMSLink WBP 动物呼吸生理检测分析系统

EMMSLink WBP 动物呼吸生理检测分析系统采用全身体积描记法进行清醒动物的呼吸功能检测，可在动物清醒状态下自主呼吸自由活动时测定动物气道高反应和呼吸生理功能的变化情况，并且搭配雾化给药系统，可在检测进行中进行药物吸入激发气道反应，能够用于哮喘、高原病、各种气道炎症引起的气道高反应、呼吸机能生理学以及药物毒理学、药效评价等研究方向的基础生理数据采集，也可应用于 COPD、肺纤维化等呼吸疾病研究。

该分析系统功能强大，可以直接在活体动物实验中得到与人类生理指标相类似的一系列生理数据，十分有利于基础研究的方案设计和等价分析。该系统所采用的检测方法得到国际学术界的广泛认同，有利于进行具有更高质量和学术价值的医学研究。

产品特点

性能优异、功能强大

EMMSLink WBP系统不仅能够检测动物平静呼吸时的F（呼吸频率）、AV(累积气量)、MV(分钟气量)、TV(潮气量)、Ti(吸气时间)、Te(呼气时间)等表征动物呼吸体征的参数，还能检测Penh(气道缩窄指数)以反映动物气道反应性，可辅助对哮喘、气道炎症等疾病的评估、EF50(呼气50%时的流速)可反映气道的通畅性，对气道阻塞性疾病具有参考意义，还可选配RQ(呼吸熵)、MR(代谢率)、VO2(耗氧量)、VCO2(二氧化碳生成量）等检测模块对动物的运动代谢展开研究。除此之外，EMMSLink主机在采样频率和运算速度上的性能也及其优异。

检测参数包括但不限于:

模块化设计、可扩展性强

EMMSLink WBP系统采用模块化设计，多个通道之间可采用串并联的方式相连接，可实现高通量动物平静呼吸肺功能生理参数的检测，最高通量可达60通道。EMMSLink®主机不仅能在WBP系统中使用，还可兼容有创气道阻力检测RC、HOP等系统，实现一机多用，为后续课题开展节省经费。

全自动校准、实时生成报告

eDacq软件具备一键全自动校准功能，避免了人工日常校准的繁琐工作及不确定性，各通道可同时进行校准，并且随着通道数越多，校准效率越高，无需单个通道逐一校准，校准结果以报告的形式呈现，可实时汇报系统故障的准确位置，方便实验人员检查维修。

呼吸波形可平滑实时显示输出，允许数据记录时间段调整，可根据报告格式需要将多种数据表格和图形形式自定义数据输出格式，支持Excel、Graphpad Prism、以及SPSS等多种格式；
软件支持所有原始数据同步记录并安全存储，确保数据的完整性和保密性，不会丢失或泄露数据；
用户可根据需要自定义多种数据表格并以图形形式导出数据报告，同时能查看原始数据；
用户能进行实时数据分析，自定义处理算法，实现对原始数据高效分析并做图，同时支持原始数据导出进行进一步的统计分析；软件具备自动分析脚本，可在数据集上运行，最终报告可由定制的数据输出得到；
软件和数据处理系统符合GLP数据审计追踪功能要求，确保数据的可追溯性；
数据具备远程传输功能，便于数据的及时共享和分析。

独立分布式雾化给药设计

独立雾化给药系统具有气溶胶湿度控制功能，可将药物雾化为 2.5~4 或 4~6 微米的气溶胶颗粒并控制在较低湿度，雾化速率步进0.1%，调节精度更高，避免沾染动物皮毛造成二次肠胃给药的问题，全新的whirlpool涡旋气流设计避免气溶胶挂壁产生液滴。多通道统一雾化头雾化给药，保证了各个通道的药物雾化粒径的一致性。

独特的偏流供风

多功能偏流仪在实验中可实时监控Bias flow，各通道自动调整恢复到设定气流值，气流变化可通过软件控制，也可手动设定，从而保证获得平滑干扰小的呼吸波形。

康复类器械

适用种属:小鼠、大鼠、豚鼠、免、雪貂、犬、猫、猴、鸟、猪等,不同种类的动物需搭配不同规格流量传感器,呼吸体积描记腔等设备检测呼吸信号。可选配温湿度补偿,咳嗽分析、呼吸代谢监测、运动肺功能监测等功能设备,满足用户不同需求。

用于狗的全身体积描记器

可集成跑步笼

WBP系统可拓展小动物运动呼吸机能检测分析系统，跑步转笼与全身体积描记器集成为一体，以满足动物运动状态下的呼吸检测需求，呼吸指标满足WBP检测内容要求，可设定转笼速度与时间，支持强迫或自主运动，可测定动物的运动距离与速度，同时可监测清醒状态下自然呼吸的肺生理指标。

针对中小型动物系统提供呼吸代谢监测功能，可实时测量单只动物的氧气和二氧化碳浓度功能，得到呼吸熵、代谢率、VO2、VCO2 等代谢指标，并监测描记箱内气体成分，支持实验人员及时应对紧急情况，降低动物死亡率。

运动状态呼吸检测过程没有创伤、无需麻醉，实验简便快捷，可长期进行。

WBP系统其他应用举例

产前空气污染物联合暴露对子代小鼠哮喘的影响

2024年2月由山东大学王志萍教授团队在 Air Quality, Atmosphere & Health 杂志上发表的“Effects of combined exposure to air pollutants during pregnancy on OVA-induced asthma in offspring and its sensitive window”研究中对子代哮喘小鼠模型使用EMMS Link WBP系统检测小鼠的气道高反应性（AHR）。OVA（卵清蛋白）致敏和激发均使Penh值显著升高，与各生理盐水对照组相比，在甲基胆碱刺激浓度为12.50 mg/ml和25.00 mg/ml时，污染物GD7-12 /OVA组的Penh值显著高于空气GD7-12 /OVA组；孕中期暴露于大气复合污染物，在12.50 mg/ml和25.00 mg/ml激发浓度下，哮喘子代的Penh值分别升高了98.77%和30.05%。实验结果表明孕期暴露于大气复合污染物可能加重OVA诱发的子代哮喘严重程度，孕中期是敏感期。

抗生素治疗会破坏肠道菌群和肠粘膜屏障从而加重哮喘

2024年云南中医药大学陈静教授团队在Experimental And Therapeutic Medicine杂志上发表的“Antibiotic administration aggravates asthma by disrupting gut microbiota and the intestinal mucosal barrier in an asthma mouse model”文章中使用OVA（卵清蛋白）和氢氧化铝混悬液诱发小鼠哮喘模型，并腹腔注射ABX（抗生素）混合物，使用EMMS Link WBP系统检测Penh(气道缩窄指数)。

在该研究中，与对照组相比，模型组、OVA-ABX组、ABX-OVA组、模型2组、OVA-ABX 2组、ABX-OVA 2组的Penh值较高。因此，ABXs（抗生素）增加了 OVA 诱发的哮喘小鼠模型中的 Penh 值。

用户名单

军事医学科学院八所	河北神威药业研究院	南京凯斯艾（KCI）生物药业
广州医科大学	云南中医药大学基础医学院	中国医学科学院药用植物研究所
上海睿智化学	华西二院	浙江省中医药研究院
内蒙古医科大学	北京大学人民医院	南京大学医学院
军事医学科学院八所	我武生物药业	江汉大学环境与健康学院
山东省职业卫生与职业病防治研究院	兰州军区总医院高原病实验中心	杭州百诚医药科技
新疆医科大学	广东省中医院	云南大学（动物中心）
安徽中医药大学中医学院	河南师范大学	厦门大学动物中心

文献列表

1、Xu, Cheng-Ling et al. “Antibiotic administration aggravates asthma by disrupting gut microbiota and the intestinal mucosal barrier in an asthma mouse model.” Experimental and therapeutic medicine vol. 27,4 157. 21 Feb. 2024, doi:10.3892/etm.2024.12445

2、Zhang, Nana, et al. "Effects of combined exposure to air pollutants during pregnancy on OVA-induced asthma in offspring and its sensitive window." Air Quality, Atmosphere & Health (2024): 1-14.doi:10.1007/s11869-024-01528-z

3、Amorim, Mateus R et al. “Leptin signaling in the dorsomedial hypothalamus couples breathing and metabolism in obesity.” Cell reports vol. 42,12 (2023): 113512. doi:10.1016/j.celrep.2023.113512

4、McGonigal, Rhona et al. “The endogenous calpain inhibitor calpastatin attenuates axon degeneration in murine Guillain-Barré syndrome.” Journal of the peripheral nervous system : JPNS vol. 28,1 (2023): 4-16. doi:10.1111/jns.12520

5、Schneble, Dominik et al. “Cell-type-specific role of P2Y2 receptor in HDM-driven model of allergic airway inflammation.” Frontiers in immunology vol. 14 1209097. 14 Sep. 2023, doi:10.3389/fimmu.2023.1209097

6、McGonigal, R., et al., Schwann cell nodal membrane disruption triggers bystander axonal degeneration in a Guillain-Barré syndrome mouse model. The Journal of clinical investigation, 2022. 132(14).

7、Aguilar, K., et al., Microglial response promotes neurodegeneration in the Ndufs4 KO mouse model of Leigh syndrome. Glia, 2022. 70(11): p. 2032-2044.

8、Li, J., et al., ActRIIB: ALK4-Fc alleviates muscle dysfunction and comorbidities in murine models of neuromuscular disorders. The Journal of Clinical Investigation, 2021. 131(4).

9、Saunders, S.P., et al., Dysregulated skin barrier function in Tmem79 mutant mice promotes IL‐17A‐dependent spontaneous skin and lung inflammation. Allergy, 2020. 75(12): p. 3216-3227.

10、Uchiyama, M., et al., O2-dependent protein internalization underlies astrocytic sensing of acute hypoxia by restricting multimodal TRPA1 channel responses. Current Biology, 2020. 30(17): p. 3378-3396. e7.

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