Одной из самых значимых проблем в гастроэнтерологии были и остаются воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) – болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК), занимающие одну из ведущих позиций по тяжести течения, частоте осложнений и ле­тальности в структу­ре болезней желудочно-кишечного тракта [2, 5, 6]. Актуальность проблемы ВЗК на современном этапе неоспорима, что обусловлено неизвестной этиологией, ростом заболеваемости лиц трудоспособного возраста, отсутствием специфического ле­чения, рецидивирующим течением, развитием угрожающих жизни осложнений, необходимостью проведения длительной, часто пожизненной, дорогостоящей терапии и неблагоприят­ным медико-социальным прогнозом [1].

ВЗК характеризуются неспецифическим иммунным воспа­лением в стенке кишки: поверхностным при ЯК и трансму­ральным при БК. ЯК – хроническое заболевание, характеризующееся диффузным воспалением в пределах слизи­стой оболочки (СО), поражающим только толстую кишку на разном протяжении, в то время как при БК в патологический процесс вовлекаются любые органы пищеварительного тракта – от полости рта до анального канала [6, 29].

Распространенность ВЗК в разных регионах мира имеет широкую вариабельность: частота ЯК составляет от 21 до 268 случаев, а БК – от 9 до 199 случаев на 100 тыс. населения. Рас­пространенность ВЗК в России составляет 20,4 на 100 тысяч населения для ЯК и 3,7 на 100 тысяч населения для БК [7]. Прирост заболеваемости ЯК 5-20 случаев в год, БК – 5-15 случаев в год на 100 тыс. населения. Распростра­ненность ЯК всегда превышает распространенность БК, однако, рост заболеваемости БК в последние 20 лет более значительный, что связано с улучшением диагностики данной группы заболеваний благодаря разработке четких диагностических критериев [6]. В 30–50 % слу­чаев ВЗК манифестируют в детском возрасте [3]. В нашей стране в структуре заболеваемости ВЗК преобладают тяжелые формы с осложнениями и высокой летальностью, что является следствием поздней диагностики: диагноз ЯК в течение первого года болезни уста­навливают только в 25 % случаев, в остальных случаях диагноз подтверждается на протяжении 3–12 лет от начала клинических проявлений [6]. При установлении диагноза БК в период до трех лет осложнения развиваются в 55 %, при более поздней диагностике – в 100 % случаев. При поздней диагностике ЯК развитие тяжелых осложнений происходит в 29 % случаев [4, 6].

Отсутствие единого взгляда на проблему ВЗК среди практикующих врачей, позд­няя диагностика, неадекватное лечение являются причиной тяжелого течения заболевания, инвалидизации лиц трудоспособного возраста и летальных исходов, что обусловливает не только медицинское, но и важное социальное значение БК и ЯК [2, 5, 6]. Учитывая вышесказанное, на данном этапе актуальным является разработка новых терапевтических подходов в лечении ВЗК и их доклинические испытания. Создание и исследование новых лекарственных препаратов ставит задачу экспериментального моделирования заболеваний человека.

Цель работы – провести критический анализ отечественных и зарубежных источников литературы, индексированных в базах данных РИНЦ, Pubmed, Medline, посвященных методам экспериментального моделирования ВЗК, и определить оптимальные экспериментальные модели ЯК и БК, удовлетворяющие клинической, морфологической и лабораторной картине заболеваний, характеризующиеся доступностью, быстротой методов и экономическим преимуществом.

Результаты. Анализ отечественной и зарубежной литературы позволяет сделать вывод о существовании двух базовых направлений в моделировании ВЗК: генная инженерия лабораторных животных и индукция ЯК и БК путем экзогенного введения в пищеварительный тракт химических веществ, используемых в качестве гаптенов в иммунологических реакциях.

Генная инженерия является новым, активно развивающимся направлением в медицине. В рамках экспериментального моделирования ВЗК, модификация генотипа мышей приводит к созданию «нокаутных» и «трансгенных» линий, у которых заболевание развивается спонтанно и ассоциировано с утратой иммунной толерантности каутологичной кишечной микрофлоре [4]. «Нокаутные» мыши в результате выключения у них определенного участка гена утрачивают компоненты эпителия кишечника (кератин 8-дефицитные мыши), слизь (муцин 2-дефицитные мыши), транспортный белок (мыши с дефицитом гена 1а множественной лекарственной резистентности). Выключение сигнальных молекул у таких мышей приводит к дисбалансу про- и противовоспалительных цитокинов (A20-дефицитные мыши, STAT73–/–-дефицитные мыши, ИЛ-10-дефицитные мыши) с увеличением продукции провоспалительных цитокинов (IFN-γ, ФНО-α, ИЛ-1, ИЛ-12), хемокинов и их рецепторов и развитием Th1-зависимого иммунного воспаления, характеризующегося инфильтрацией СО кишки иммунокомпетентными клетками (нейтрофилы, CD4+ T-клетки, B-клетки и др.) и поражением стенки кишечника, напоминающим таковое при БК. У «трансгенных» мышей следствием изменения генотипа является перестройка адаптивного иммунного ответа с активацией эффекторной функции CD4+ T-лимфоцитов (STAT4 трансгенные мыши), высокой экспрессии ИЛ-7 (ИЛ-7-трансгенные мыши) или лиганда СD40 на лимфоцитах (СD40-лигандтрансгенные мыши) с преобладанием провоспалительных медиаторов, вследствие чего после дополнительной антигенной стимуляции развиваются явления энтероколита с глубоким трансмуральным воспалением и плотным инфильтратом CD4+ T-клеток, продуцирующих ИЛ-13, IFN-γ и ФНО-α, сходные с морфологическими характеристиками ЯК у человека [11, 31].

Использование генетически модифицированных лабораторных животных в экспериментальном моделировании ВЗК позволяет получить достоверные клинико-лабораторные и морфологические изменения, характерные для ЯК или БК, однако, сопряжено со значительными финансовыми затратами и длительным временным периодом реализации экспериментальной модели. Химически индуцированные модели экспериментальных ВЗК являются приоритетными в сравнении с генноинженерными в связи с экономическим преимуществом, доступностью методов, простотой в исполнении и более быстрой реализацией модели. Различаются эти модели по: месту введения вещества (peros, perrectum), наличию/отсутствию предварительной сенсибилизации организма, веществу-индуктору (тринитробензолсульфоновая кислота (ТНБС), динитробензолсульфоновая кислота (ДНБС), декстран сульфат натрия (ДСН), уксусная кислота, оксазолон, каррагинан). Безусловно, каждая модель характеризуется рядом ограничений и недостатков наряду с достоинствами и преимуществами, исходя из чего возникает необходимость сравнения методик данных экспериментальных моделей.

По данным различных авторов, использование ТНБС достаточно распространено при экспериментальном моделировании как БК, так и ЯК у мышей, крыс и кроликов. Модель является двухэтапной: на 1 сутки эксперимента – предварительная сенсибилизация организма путем нанесения на кожу животного 150 мкл 1 % раствора ТНБС (5 % водного раствора ТНБС в растворе ацетона и оливкового масла в соотношении их 4:1), на 8 сутки эксперимента – ректальное введение 100 мкл 5 % водного раствора ТНБС и 50 % этилового спирта в соотношении 1:1 [28]. Клинические и морфологические изменения, развивающиеся в результате введения ТНБС, сходны с теми, что наблюдаются при ВЗК у человека: тяжелая диарея, потеря веса, выпадение прямой кишки, кровотечения, очаговые изъязвления, нейтрофильная инфильтрация и истончение стенки кишки, уменьшение количества крипт [23, 25]. Однако доказано, что данная кислота способствует процессу разрушения кишечной стенки с рядом существенных отличий, характерных для БК: некроз и более глубокое повреждение тканей, характерное для трансмурального воспаления при развитии БК [21]. Широко известно, что БК характеризуется иммунным ответом на основе Th-1 опосредованного механизма, а введение этанольных 45–50 % растворов ТНБС обеспечивает лучшую деструкцию СО, чему предшествует активация иммунных клеток слизистой благодаря воздействию тринитрофенилэпитопа (ТНФэ), который является антигенным стимулом для развития иммунного ответа. Данный ТНФэ инициирует иммунный ответ и стимулирует выработку IL-12, IL-23 макрофагами и дендритными клетками в эпителиальном слое СО кишечника. Учитывая этот факт, можно сделать вывод об преимущественном применения ТНБС для моделирования БК, а не ЯК [21].

Для экспериментального моделирования ЯК и БК применяется также ДНБС, растворенная в 50 % этиловом спирте, введенная perrectum на глубину 8 см с помощью катетера 3.5F в объеме 100 мг/кг. Клиническая и морфологическая картина патологии, развивающейся в результате введения ДНБС, проявляется: потерей веса и диареей с выпадением прямой кишки, кровотечениями, очаговыми изъязвлениями и нейтрофильной инфильтрацией СО кишечника, сглаживанием и уменьшением количества крипт, и во многом сходна с той, что наблюдается при введении ТНБС, что также позволяет сделать вывод о преимущественном использовании ДНБС в моделировании БК, а не ЯК [9, 23].

В литературе имеются данные о широком использовании ДСН, как вещества, способного индуцировать ЯК у мышей, крыс, хомячков и морских свинок [26]. Вещество вводится в рацион экспериментальных животных в виде 3–10 % водного раствора и через 7–10 дней приводит к структурно-функциональным изменениям кишечника, что сопровождается клиническими признаками ЯК: потеря веса, кровавая диарея; и морфологическими признаками ЯК: укорочение ободочной кишки, изъязвление СО, уменьшение числа бокаловидных клеток, крипт и их глубины, инфильтрация лимфоцитами, плазмоцитами и гистоцитами [26]. Модель достаточно проста в исполнении, занимает небольшое количество времени и удобна для изучения вклада врожденных иммунных механизмов в развитие воспалительных изменений стенки кишечника, однако, имеются также недостатки. При пероральном введении ДСН отмечается значительная вариабельность количества вещества, поступившего в желудочно-кишечный тракт, в связи с невозможностью контроля поглощенного животными объема раствора. Вышесказанное обусловливает разнородность повреждений слизистой стенки кишечника по глубине и площади распространения, следствием чего является широкий разброс результатов эксперимента.

Ректальное введение уксусной кислоты (УК) – самый экономически выгодный и простой в исполнении метод экспериментального моделирования ЯК. В литературе описаны различные концентрации и объемы вводимого вещества: 1–2 мл 3–6 % раствора, 5 мл/кг 4 % раствора. Вещество вводится perrectum с помощью полиуретановой трубки для энтерального питания на глубину 6–8 см. Через 24-48 ч от момента введения в стенке толстой кишки наблюдаются следующие изменения: нейтрофильная инфильтрация стенки кишки, массивный некроз слизистого и подслизистого слоя, расширение сосудов, отек подслизистого слоя и изъязвления [14, 16, 17, 22, 33]. Данные изменения наблюдаются также при ЯК. Однако неспецифический характер пускового повреждения СО и невозможность хронизации процесса при использовании УК делают эту модель несовершенной в моделировании ЯК [13, 15, 20, 29, 34]. Также, недостатком применения УК является значительная частота летальных исходов экспериментальных животных в связи с перфорацией стенки кишечника, значительным кровотечением и развитием перитонита.

Каррагинан – высокомолекулярный сульфатированный полисахарид, получаемый из красных водорослей. В зависимости от степени сульфатирования и растворимости подразделяется на три подтипа – каппа, йота, лямбда. Для индукции ВЗК в эксперименте используется лямбда-каррагинан, который включается в рацион крыс в виде 2 % водного раствора в течение 42 дней без предварительной сенсибилизации или в течение 30 дней с предварительной сенсибилизацией путем парентерального введения 1,5 % раствора лямбда-каррагинана [24, 27]. Изменения стенки толстой кишки на момент окончания эксперимента аналогичны тем, что наблюдаются при течении ЯК у человека. Использование лямбда-каррагинана как индуктора экспериментального ЯК отличается простотой в исполнении и отсутствием дискомфорта у животных, постепенным развитием поражений стенки кишечника, что позволяет последовательно оценить динамику морфологических изменений [24]. Однако, как и в модели с использованием ДСН, невозможно создать однородную группу лабораторных животных в связи с различным количеством поступившего в организм вещества у каждого конкретного животного. Также, данная модель занимает продолжительное время.

Альтернативным методом моделирования ЯК является использование вещества 4-этоксиметилен-2-фенил-2-оксазолин-5-он (оксазолон). Модель двухэтапная: на 1 сутки эксперимента – предварительная сенсибилизация организма путем нанесения на кожу животного 150 мкл 3 % раствора оксазолона (оксазолон в растворе ацетона и оливкового масла в соотношении их 4:1), на 8 сутки эксперимента – ректальное введение 100 мкл 1 % раствора оксазолона в 50 % этиловом спирте [12, 19, 28]. При оценке морфологических изменений на 1–5 сутки после 2 этапа эксперимента в стенке кишечника экспериментальных животных обнаруживаются изменения, сходные с теми, что наблюдаются при ЯК у человека: уменьшение количества бокаловидных клеток и крипт, расширение сосудов, нейтрофильная и лимфоцитарная инфильтрация стенки кишки, отек подслизистого слоя [10]. Преимуществом является доступность, простота в исполнении, быстрота реализации модели. Еженедельное введение малых доз оксазолона вызывает хронизацию ЯК у животных, что более сопоставимо с течением ЯК у человека и позволяет проспективно оценить различные показатели в динамике течения процесса [18].

Выводы

1. Основные направления в экспериментальном моделировании ВЗК включают использование генетически модифицированных лабораторных животных и различные методы химической индукции ЯК и БК путем экзогенного введения в пищеварительный тракт веществ – гаптенов иммунологических реакций: тринитробензолсульфоновой кислоты, динитробензолсульфоновой кислоты, декстран сульфата натрия, уксусной кислоты, оксазолона, каррагинана.
2. Индукция ВЗК химическими веществами является приоритетной экспериментальной моделью в сравнении с генной инженерией лабораторных животных в связи с экономическим преимуществом, доступностью методов, простотой в исполнении и быстрой реализацией модели.
3. Наиболее удобной и удовлетворяющей всем критериям экспериментальной модели ЯК является двухэтапная модель с использованием оксазолона.
4. Оптимальной экспериментальной моделью БК является двухэтапная модель с использованием ТНБС.