一种用于研究膀胱功能障碍和疼痛的导管相关尿路感染小鼠模型

《PAIN》：A catheter-associated urinary tract infection mouse model to study bladder dysfunction and pain

CAUTI小鼠模型研究显示，持续感染及导管内细菌生物膜形成可导致膀胱炎症、容量降低和排尿效率下降，机械敏感度增加且抗生素治疗有效。摘要：

　　尿路感染（UTI）是全球范围内影响近1.5亿人的常见疾病，不仅对个人健康造成严重负担，还给医疗系统带来巨大压力。特别是与导尿管相关的尿路感染（CAUTI）更是医院内感染中最常见的类型之一，对患者的生命安全和医疗成本构成了重大挑战。CAUTI的发生与多种因素有关，包括导尿管的机械刺激和细菌感染的持续存在。然而，目前对CAUTI导致的慢性膀胱疼痛和排尿功能障碍的机制仍不明确，缺乏能够准确反映临床症状的动物模型。为此，研究者们开发了一种新的女性小鼠CAUTI模型，并结合体内和体外成像技术与行为学实验，对感染后的膀胱功能、炎症反应、腹痛、细菌定植和生物膜形成进行了纵向评估。

该模型通过在小鼠膀胱穹窿部植入聚乙烯50（PE50）导尿管，并在导尿管内灌注携带发光基因的致病性大肠杆菌（UPEC）UTI89-Lux菌株来建立CAUTI。与通过尿道内灌注建立的UTI模型相比，CAUTI模型中的小鼠表现出持续的细菌感染，持续时间超过两周，这与导尿管内壁上形成的生物膜密切相关。相比之下，CAUTI模型中的小鼠在腹部敏感性方面表现出更显著的增强，且这种敏感性对抗生素治疗反应更为明显。此外，研究还发现，CAUTI和CACON（即植入导尿管但未感染的小鼠）的膀胱容量均有所下降，但只有CAUTI小鼠表现出排尿效率的显著降低，这提示了CAUTI模型在模拟人类患者膀胱功能障碍方面具有更高的准确性。

为了更全面地理解CAUTI对膀胱功能的影响，研究者们采用了多种行为学测试，如排尿斑点实验（VSA）和荧光透视容量测定。这些实验显示，CAUTI小鼠在排尿行为上表现出明显的异常，包括排尿斑点面积的减少、排尿效率的下降以及尿道平均流速的降低。这些变化与CAUTI患者的临床表现高度一致，表明该模型能够有效再现CAUTI相关的病理特征。

除了行为学评估，研究还利用生物发光成像（BLI）技术对感染状态进行了长期监测。BLI不仅能够直观地显示细菌的分布和数量，还能提供感染过程的动态信息。研究发现，CAUTI小鼠在感染后持续表现出较高的生物发光信号，这表明其体内存在持续的细菌感染。而对照的CACON小鼠虽然也植入了导尿管，但由于没有细菌感染，其感染信号并不显著。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）对导尿管进行观察，研究发现CAUTI小鼠的导尿管内壁形成了明显的生物膜，这可能解释了其持续感染的现象。

研究还探讨了导尿管对膀胱组织的长期影响。通过苏木精-伊红（H&E）染色和Masson三色染色，研究者们观察到CAUTI和CACON小鼠的膀胱组织出现了显著的炎症反应和纤维化现象，而UTI和假手术（SHAM）组则未表现出类似的病理变化。这说明，即使在没有细菌感染的情况下，导尿管的植入也会对膀胱造成一定的损伤，引发炎症和组织改变。然而，CAUTI小鼠在这些基础上进一步表现出更严重的症状，这表明细菌感染在加剧膀胱功能障碍和疼痛方面起到了关键作用。

为了进一步验证细菌感染与膀胱功能障碍之间的关系，研究还进行了抗生素治疗实验。结果显示，CAUTI组的小鼠在接受恩诺沙星治疗后，其腹部敏感性明显降低，且感染程度得到控制。这表明，细菌感染是导致腹部敏感性增加的主要原因，而非导尿管本身。此外，研究还发现，即使在移除导尿管后，CAUTI小鼠的感染信号仍然存在，提示可能存在其他机制维持细菌的持续感染，例如膀胱功能的损伤或导尿管缝合部位的生物膜形成。

综上所述，该CAUTI模型成功地再现了CAUTI在人类患者中常见的临床症状，包括持续性感染、生物膜形成、膀胱炎症、腹部敏感性增加以及排尿功能障碍。这种模型不仅有助于深入理解CAUTI的病理机制，还为开发新的治疗策略提供了重要的研究平台。特别是针对生物膜的破坏和膀胱相关疼痛、感染及功能障碍的治疗，这一模型具有重要的应用价值。

尽管该模型在模拟CAUTI方面表现出色，但仍存在一些局限性。例如，研究仅在雌性小鼠中进行，可能限制了其在男性患者中的适用性。此外，研究未对尿液中的细菌数量进行直接测量，而依赖于生物发光成像技术，这可能影响对感染程度的精确评估。另外，研究未对上尿路或其他器官的感染情况进行评估，这可能影响对疾病严重程度的整体判断。同时，用于评估疼痛的Von Frey实验未能明确区分所有odynia和hyperalgesia，这可能限制了对疼痛表型的深入分析。最后，实验周期受到导尿管移位风险的限制，可能影响对长期结果的观察。

总体而言，这项研究为理解CAUTI的复杂病理机制提供了新的视角，并为未来的研究和治疗策略开发奠定了基础。通过结合多种成像技术和行为学实验，研究者们能够更全面地评估CAUTI对膀胱功能和疼痛的影响，为开发新的治疗手段提供了有力的工具。此外，该模型的建立也为研究生物膜的形成及其对感染持续性的贡献提供了重要的实验基础，为临床转化研究提供了新的思路和方向。