摘要
动物肺炎模型存在严重缺陷,如果它们想帮助我们找到新的治疗方法,就需要改变http://bit.ly/2B1d7tD
介绍
在1987年的社区获得性肺炎(CAP)指南中,英国胸科协建议所有住院病人在服用阿莫西林的同时服用或不服用红霉素(或四环素),治疗范围为军团菌在重病患者具有强制性[1]。他们还建议在什么时候静脉注射氟氯西林金黄色葡萄球菌怀疑有庆大霉素或头孢他啶,如果怀疑有革兰氏阴性反应。这份指南已经有30多年的历史了,它还强调了根据客观的生理标准来识别危重病人的必要性,这样他们就可以得到重症监护的支持,建议尽可能获得培养标本,并指出在诊断后应立即开始使用抗生素。所有1987年的建议都是基于对肺炎病因学的临床研究、对临床研究中肺炎预后的预测因素的分析,以及对过去三十年中不同抗生素治疗方案疗效的一系列观察性研究。
Fast forward 30 years and what has changed? Increasing penicillin resistance in pneumococci has driven a shift towards third-generation cephalosporins and/or respiratory fluroquinolones. Newer macrolides have replaced erythromycin. In some hospitals a blurring of hospital-acquired and community-acquired pathogens due to an increased frequency of comorbidities, frequent hospital contact and more widespread use of immunosuppressants has increased the need to consider covering pathogens like铜绿假单胞菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。我们有更好的经过验证的严重性工具,以帮助临床医生确定哪些患者可以作为门诊患者安全治疗,或哪些患者可能需要更高水平的住院护理,如在重症监护病房。对于生物标志物和快速诊断平台等新工具的效用,以及类固醇、阿司匹林和他汀类药物等“保护性”药物在部分患者群体中的作用,特别是在那些患有严重疾病的患者中,我们存在一些争议[2]。
无一例外,所有的自1987年以来的变化是由来自临床研究,而不是动物实验室实验产生的见解。这并不是说有没有在从实验室科学推导出相关的肺炎很多方面的改进,例如肺炎球菌疾病的显着减少与肺炎球菌结合疫苗[3.];然而,动物肺炎的研究还没有转化为任何可行的临床治疗。
同样值得注意的是,动物模型与人类疾病之间缺乏一致性并非没有代价。大量的金钱、时间和精力投入到肺炎和脓毒症的非抗菌辅助治疗的大型临床试验(其中高达50%是由肺炎引起的),而动物研究通常为这些试验提供一些证据基础。例子很多,其中包括filgrastim (G-CSF) [4]、抗肿瘤坏死因子抗体[5]和抗内毒素抗体[6]。毫无例外,所有这些治疗方法最终都被发现对人类无效或有害。如果没有动物研究,也许大量的资源和努力可以用于更相关的人类研究。
毫无疑问,有必要为肺炎更好的治疗方法。CAP仍然是一个主要的健康问题,在世界排名6死因全世界的[7]。同样,有证据表明,即使有最好的实践,目前我们也几乎无法降低CAP患者的死亡率。8]。医院获得性,尤其是呼吸机相关性肺炎的发病率,死亡率的主要原因,繁殖地对抗生素耐药的细菌[9]。为了捍卫这场正反两方争论的“反面”论点,我们在这里概述了使用动物模型研究肺炎的主要问题,目的是将努力从根本上有缺陷的方法转向开发模型,从而更有可能提供临床医生及其患者所需的更好的治疗工具。
动物模型与人类肺炎相关吗?
毫无疑问,动物肺炎模型的病理学与人类肺炎相似。然而,与野生动物不同的是,圈养动物不会自发地发展成肺炎,至少不会以使研究这种疾病成为可能的速度发展。因此,必须在动物中诱导肺炎,以便对其进行研究,这在充分模拟人类疾病方面造成了一个基本问题。人类不会出现在刚刚抽气的急诊部门9cfu·毫升−1的肺炎双球菌通过注射器,但这是动物在实验室感染肺炎的临床场景。在出现肺炎之前,人类通常的症状持续时间是几天,因此有理由假设,在出现症状之前,感染已经存在了一段时间。在这个“前肺炎”时期,有大量的内在的、先天的和适应性的免疫过程专门设计来杀死入侵的病原体并改善它们的损害。事实上,我们知道,在人类中,肺炎的炎症反应模式在一定程度上取决于患者在出现症状前的症状持续时间[10]。
与病原体的毒性相比,宿主反应的相对有效性是造成肺炎临床表现和预后多样性的主要因素。宿主自身的反应也会受到其他因素的影响,如遗传、表观遗传学、共病和先前的接触,包括疫苗和药物(在许多情况下包括口服抗生素)。尽管大量的细菌吸入会产生相同的肺炎病理图,但考虑到在临床出现肺炎患者之前有大量的因素在起作用,很明显,这些疾病在免疫学和表型上肯定是不同的。
细菌丸的初始大小的影响也必须考虑一个潜在的问题。虽然人类可能发展从肺炎急性肺损伤,细菌的接种物大可直接使从细菌抗原或细菌毒素[急性毒性损伤11- - - - - -14,而不是一个渐进的感染过程,对免疫反应、发病机制和治疗窗口的评估具有明显的意义。该疫苗在实验性肺炎中的特性与人类肺炎在其他方面有所不同。在人类中,接种疫苗通常是由于口咽分泌物的微滴入,其中含有多种微生物,其中许多可引起独特的炎症反应模式[15,16,即使其中只有一种生物能成功地避开宿主的防御而导致肺炎。迄今为止,很少有肺炎动物研究使用单一有机体的纯培养以外的方法[17]。甚至细菌所携带的培养基也可能在人类肺炎的炎症反应中起作用。将胃分泌物吸入肺内可引起独特的炎症反应,至少在小鼠中是这样[18]。
显然,有必要制定诱导动物肺炎的替代车型。虽然方便,细菌的质量丸剂太多限制,了解人类疾病或如何成功地进行干预,以改善预后。理想的情况是任何模式将开始定植及以上天发展为肺炎,让时间来研究不断变化的决定的重要临床结局宿主反应的相互作用。
机会之窗
正如上文所述,人类不被感染寻求治疗肺炎他们即将有之前就存在。在动物模型不过,从干预性肺炎的效果,所以暴露之前给予实验药物,在曝光和曝光在不久后的时间间隔的可能性。随着代理肺炎的病理生理发育的早期作用是非常不可能的窗口干预仍然是开放在平时的临床情况。Therefore, any agent that does not show significant activity out to 48 h after exposure is very unlikely to have clinical utility, but despite this, most animal studies report interventions prior or at exposure or at most 6–8 h after. To be relevant to human disease, animal studies need to examine the impact of therapy beginning at least 24–48 h post-exposure, given that this is typically at the lower end of the duration of symptoms in patients presenting to the hospital with pneumonia [19]。
老鼠的反应和人一样吗?
通过实验操作,我们对小鼠炎症和免疫反应中特定因素的作用比人类了解得更多。当然,许多免疫反应是“古老的”,对许多物种来说是很普遍的,例如toll样受体[20.],如何明确的是它是鼠标响应关联到人的响应?
大量的工作已经比较了小鼠和人类的免疫途径,很明显,虽然有明显的共性,但也有明显的区别[21- - - - - -23]。这些差异是超过足以产生怀疑上外推到人的响应,至少在信息的详细程度,以充分预测响应治疗干预。
实验室动物的另一个问题是,它们被刻意放在非常干净的环境中,没有接触过疾病。然而,人类一生中会受到各种急性和慢性感染,这几乎肯定会与未受感染的动物形成截然不同的免疫背景[24,特别是有证据显示野生老鼠和实验室老鼠对感染有非常不同的免疫反应[25,26]。这可能是动物肺炎研究人员面临的最重要困境:他们希望控制尽可能多的实验变量,这最终限制了他们将研究结果转化为非常复杂的人类情景的能力。
如何相关的是动物的成果对人类的成果?
炎症,组织学检查和死亡率一般都在肺炎动物研究评估的结果。毫无疑问,死亡是人类肺炎的重要成果,但人类患者中超过95%的生存,在这些患者中有未在动物评估许多重要成果。这些包括达到临床稳定时间,这是高度与住院时间相关。直到时间的功能和时间返回,直到恢复工作是大多数患者因肺炎恢复极为重要的成果,但不能在动物体内进行测量。此外,即使死亡率,评估在大多数动物实验中,不完全研究。大约肺炎死亡率的一半出院后发生[27,而动物研究一般只评估短期死亡率。许多早期和晚期死亡并不是由急性感染直接引起的。虽然人类死于心脏病、中风、肺栓塞,等。(28,在一次肺炎发作后,这些在老鼠中是罕见的。
哪只老鼠?
由基因缺失或过表达引起的免疫反应被刻意制造出差异的动物,从免疫学的角度来看,其行为将明显不同。然而,不同的“正常”或野生型动物实验室菌株也可能对同一病原体有不同的反应。Fischer 344和Sprague-Dawley大鼠对肺炎有非常不同的易感性李斯特菌(29]。BALB/c和C57BL/6野生型小鼠对BALB/c和C57BL/6有不同的易感性和免疫反应巴斯德菌肺炎(30.]。一般实验鼠品种对流感的敏感性有显著差异[31]。很明显,动物品系的选择可能对任何实验的结果都有很大的影响,进一步质疑转化为人类疾病的可能性。
合并症和衰老的一般千分位是多少?
肺炎患者大大增加与合并症和年龄增长。特别是心脏衰竭,慢性阻塞性肺病,糖尿病,肾功能不全,慢性肝病及中风之前都大大增加获得性肺炎的风险。不仅这些因素易患肺炎收购,所有除COPD也被证明是与更坏的结果是肺炎有关[32]。为这些情况提供合适的动物模型是具有挑战性的,特别是因为人类疾病都不是二元的,它们的严重程度在很大程度上可以通过治疗来改变。
由于死于肺炎的患者多为老年人,大量关于免疫衰老的文献[33- - - - - -35]具有特别是在考虑任何动物模型,其中使用一般年轻人或年轻成年小鼠的相关性。已尝试使用肺炎实验老年人小鼠36- - - - - -38],但人类与年龄相关的变化是如何准确地平行,他们目前还不清楚。同样老年小鼠没有慢性疾病的共病与人类相同水平,由于其严格控制饮食和环境,进一步讯问有关老年小鼠是如何为人类老人一个合适的模型。
大型动物模型比啮齿类动物模型好吗?
虽然我们的大部分争论都集中在小鼠和大鼠模型上,部分原因是由于对啮齿动物的大量研究,更大的肺炎动物模型已经被开发出来,包括猪、狗、羊和猴子。虽然猴子模型尤其可能更接近地复制人类的免疫反应,但所有这些模型仍然存在一个基本问题,即需要较高的初始接种量才能导致肺炎。大型动物模型也很昂贵,尤其是猴子,限制了可研究动物的数量,以至于证明结果的可重复性是一个额外的问题。由于共病和衰老的限制也同样适用于大型动物模型,就像使用一系列人类病原体的问题一样。因此,虽然大型动物模型有一些优势,但我们仍然不认为有任何有效的模型可以复制人类疾病。
病原体呢?
在非实验条件下,大多数人类病原体对老鼠或其他动物都没有致病性。这就给人类疾病的转译带来了更深层次的问题,如果病原体必须经过修饰才能感染并对动物模型造成伤害的话。
例如,链球菌引起的肺炎毒力高度依赖于其多糖囊,其中90多个血清型已被鉴定。更具侵略性的血清型(例如1、7和14)在获得时更容易引起感染,而且在鼻子里发现的可能性要小得多[39]。侵袭性较小的血清型(例如9N、12F、22F和23A)更有可能持续和传播,尽管病原体的毒性较低,但仍有更大数量的易感宿主可能发病[40]。将这些非常重要的病原体因素纳入动物模型是很困难的。
可能更加来自病原体透视重要的是,有越来越多的证据表明,在许多,如果不是大多数,人肺炎病例可以如果分子测试的完整阵列中采用检测到的两个或更多的病原体[19,41]。无论这些代表并发感染,感染的顺序,或者更可能两者的混合物,仍不清楚。然而,按面值人类肺炎球菌性肺炎,高达50%,其中与共同病原体相关,提出了一个非常不同的场景,实验动物吸入大量推肺炎球菌。
很明显,在动物模型中产生的肺炎的病理中可以检测到明显的病原驱动差异[42]。虽然它并不一定意味着干预可能是病原体特异性的,因为即使肺炎球菌占所有CAP的大概不到25%[19,41],在任何动物模型在多个病原体(包括病毒)效果的证明将具有已经开发了潜在有用的人治疗信心之前是需要的。
结论
我们不否认对肺炎动物模型的研究产生了重大的新知识。可以确定的是,实验室里的动物肺炎是一种受到严格控制、重点狭窄、单维的疾病,与人类肺炎这种非常复杂、混乱且经常有多种病原体的疾病几乎没有相似之处。因此,我们没有从动物模型研究中发现的治疗人类肺炎的新方法也就不足为奇了。资助机构往往优先资助机械性研究,而不是更临床相关的研究,它们必须对这种进展的缺乏承担一定的责任。资助者不应坚持机械研究,而应支持更多基于可靠的临床和转译观察的临床试验,因为这些试验可能提供更多适用于人类肺炎和治疗的见解。
如果用动物来理解人类肺炎的基础科学要继续下去,那么我们所描述的实验模型就必须改变。未来,科学家们需要接受免疫学背景的复杂性(即。之前的暴露)、年龄和共病因素对驱动人类疾病的结果至关重要,因为坚持现有的模式可能会继续提供过去30年的结果。
脚注
利益冲突:M. Metersky没有什么要披露的。
利益冲突:G.饮水器有没有透露。
- 收到了2019年8月1日。
- 接受2019年10月5日。
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