急性肾衰竭（Acute Renal Failure，ARF）在现代研究和临床表述中更常用“急性肾损伤”（Acute Kidney Injury，AKI）这一术语。AKI是指肾功能在短时间内快速下降，导致含氮代谢废物排泄障碍、体液容量调节异常、电解质紊乱和酸碱平衡失调。

        关键词：急性肾损伤；急性肾衰竭；缺血再灌注损伤；顺铂肾毒性；横纹肌溶解；脓毒症相关AKI；KIM-1；NGAL

1 AKI动物模型的研究定位

1.1 ARF与AKI的术语关系

        ARF强调肾功能突然衰竭，多用于早期文献和传统表述；AKI强调肾脏从轻度损伤到明显功能衰竭的连续病理过程，更适合描述肾小管损伤、炎症反应、微循环障碍和分子标志物变化。因此，在动物实验设计中，建议优先使用AKI作为模型名称，ARF可作为传统术语或背景说明保留。

1.2 造模目的

        AKI模型的建立通常服务于以下研究目标：

（1）模拟临床病因

        包括缺血再灌注、药物肾毒性、横纹肌溶解、脓毒症、梗阻性损伤和多因素复合损伤等。

（2）解析损伤机制

        重点关注氧化应激、炎症反应、线粒体功能障碍、细胞凋亡、坏死性凋亡、焦亡、铁死亡和内皮损伤等过程。

（3）筛选干预药物

        用于评价抗氧化剂、抗炎药物、线粒体保护剂、铁死亡抑制剂、NLRP3抑制剂、Nrf2通路激活剂等潜在肾保护策略。

（4）验证生物标志物

        常检测血肌酐、尿素氮、胱抑素C、NGAL、KIM-1、IL-18、尿蛋白、尿沉渣及组织病理损伤评分。

（5）研究AKI向CKD转化

        部分模型可用于观察肾小管间质纤维化、毛细血管稀疏、慢性炎症和肾功能不完全恢复。

1.3 模型选择原则

        AKI模型选择应与研究问题直接对应，而不是单纯追求造模速度或血肌酐升高幅度。

表1 常用AKI动物模型选择要点

2 缺血再灌注损伤模型

2.1 造模原理

        缺血再灌注损伤（Ischemia-Reperfusion Injury，IRI）模型通过暂时阻断肾脏血流造成缺血，再恢复血流形成再灌注损伤。该模型常用于模拟肾移植、休克、主动脉手术、心脏手术或严重低血压后发生的缺血性AKI。

2.2 造模方法

（1）动物选择

        常用小鼠、大鼠和家兔，其中小鼠适合基因修饰研究，大鼠适合生理指标、药效和病理学评价。

（2）手术方式

        常见方式包括双侧肾蒂夹闭、单侧肾缺血合并对侧肾切除、单侧肾缺血保留对侧肾等。双侧夹闭更容易出现明显肾功能改变，单侧模型更适合观察局部损伤和修复过程。

（3）缺血时间

        小鼠常用缺血时间约20–45min，大鼠常用约30–60min。缺血时间过短可能损伤不足，缺血时间过长会显著增加死亡率。具体时间需根据动物种属、年龄、体重、麻醉方式、夹闭部位和实验终点预实验优化。

（4）关键操作

        造模过程中应维持体温稳定，避免低体温降低损伤程度；夹闭后肾脏颜色应变暗，松夹后应观察血流恢复和肾脏颜色回转。体温、麻醉深度、补液、手术时长和术后护理都会影响模型稳定性。

2.3 机制通路

        IRI模型的核心病理过程包括缺血期能量耗竭和再灌注期炎症氧化损伤。

（1）线粒体损伤和氧化应激

        缺血导致ATP生成下降，Na⁺/K⁺-ATPase功能受损，细胞水肿和离子稳态破坏；再灌注后氧供应恢复，线粒体和NADPH氧化酶产生大量ROS，诱发脂质、蛋白和DNA氧化损伤。

（2）炎症反应

        损伤相关分子模式释放后可激活TLR4/NF-κB通路、NLRP3炎症小体和补体系统，促进TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18等炎症因子表达。

（3）细胞死亡

        肾小管上皮细胞可发生凋亡、坏死、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡。Bax/Bcl-2失衡、Caspase-3活化、RIPK1/RIPK3/MLKL通路激活、Caspase-1/Gasdermin D介导焦亡以及GPX4下降均可参与损伤进程。

（4）修复与纤维化

        损伤后肾小管上皮细胞可进入去分化、增殖和再分化过程；若修复不完全，则可能出现持续炎症、毛细血管稀疏、TGF-β/Smad信号激活和肾间质纤维化。

2.4 关键检测指标

        IRI模型常检测以下指标：

（1）肾功能指标

        血肌酐、尿素氮、胱抑素C、尿量、尿渗透压和电解质。

（2）肾损伤标志物

        NGAL、KIM-1、Clusterin、IL-18、尿蛋白和尿沉渣。

（3）炎症相关指标

        NLRP3、Caspase-1、IL-1β、IL-18、TNF-α、IL-6、NF-κB p65、HMGB1。

（4）氧化应激指标

        ROS、MDA、4-HNE、SOD、GSH/GSSG、Nrf2、HO-1。

（5）组织学评价

        HE、PAS、TUNEL、肾小管坏死评分、管型形成、刷状缘脱落和炎症细胞浸润。

3 肾毒性药物诱导AKI模型

3.1 顺铂诱导AKI模型

        顺铂是经典化疗药物肾毒性模型诱导剂，主要损伤近端肾小管。该模型适合研究药物性AKI、线粒体损伤、DNA损伤反应、凋亡、炎症和肾保护药物筛选。

（1）造模方法

        大鼠常用顺铂单次腹腔注射，剂量多在5–10mg/kg范围内；小鼠常用剂量需根据品系和体重调整。给药后通常在3–5d出现明显肾功能异常和肾小管损伤。

（2）损伤机制

        顺铂可经有机阳离子转运体OCT2和铜转运相关蛋白进入肾小管细胞，引发DNA损伤、线粒体呼吸链障碍、ROS累积和细胞色素C释放。p53、Bax、Caspase-3等凋亡信号被激活，同时可伴随炎症反应、内质网应激和铁死亡改变。

（3）关键指标

        常检测血肌酐、尿素氮、KIM-1、NGAL、OCT2、CTR1、p53、Bax、Bcl-2、Cleaved Caspase-3、Nrf2、HO-1、GPX4、ACSL4和4-HNE。

3.2 庆大霉素诱导AKI模型

        庆大霉素属于氨基糖苷类抗生素，可在肾近端小管细胞内蓄积，引发溶酶体功能异常、线粒体损伤和氧化应激。该模型适用于抗生素相关肾毒性、近端小管损伤和抗氧化干预研究。

（1）造模方法

        常采用连续皮下或腹腔注射庆大霉素，给药时间多为5–10d，剂量需根据动物种属和实验目的设置。参考范围可为100–200mg/kg/d，但应通过预实验平衡损伤程度和死亡风险。

（2）损伤机制

        庆大霉素可通过内吞作用在近端小管上皮细胞蓄积，引起溶酶体磷脂沉积、线粒体功能障碍、ROS升高和肾小管上皮细胞坏死或凋亡。

（3）关键指标

        常检测肾功能、KIM-1、NGAL、NAG、MDA、SOD、Caspase-3、Bax/Bcl-2、肾小管坏死评分和刷状缘损伤。

3.3 模型应用注意事项

        肾毒性药物诱导模型对动物品系、年龄、性别、水合状态、给药途径和剂量高度敏感。顺铂模型过量时易造成严重全身毒性和体重快速下降；庆大霉素模型给药周期过长可导致明显死亡或慢性损伤。因此，实验前应明确研究终点是急性损伤、恢复过程还是慢性转归。

4 甘油诱导横纹肌溶解相关AKI模型

4.1 造模原理

        甘油诱导横纹肌溶解模型用于模拟挤压伤、严重肌肉损伤、剧烈运动、缺血性肌坏死或药物相关横纹肌溶解导致的肌红蛋白尿性AKI。肌红蛋白大量释放后经肾小球滤过，在酸性尿环境中形成管型，造成肾小管阻塞和直接毒性损伤。

4.2 造模方法

        常采用大鼠或小鼠后肢肌肉注射50%甘油。大鼠常用剂量范围约8–10mL/kg，小鼠剂量需按体重和品系调整。造模前禁水可增强模型稳定性，但也会加重动物应激和死亡风险，应根据伦理要求和实验目的谨慎设置。

4.3 机制通路

（1）管型阻塞

        肌红蛋白在酸性尿液中沉积，可与Tamm-Horsfall蛋白等形成管型，导致肾小管腔阻塞和管内压力升高。

（2）氧化损伤

        肌红蛋白释放的血红素铁可催化Fenton反应，促进ROS生成，诱导脂质过氧化和线粒体损伤。

（3）铁死亡

        游离铁增加、脂质过氧化堆积和GPX4功能下降可共同促进铁死亡。ACSL4上调、MDA和4-HNE升高、GSH耗竭等均提示铁死亡参与。

4.4 关键检测指标

（1）肌肉损伤指标

        肌红蛋白、肌酸激酶、LDH。

（2）肾功能指标

        血肌酐、尿素氮、尿量、尿色、尿肌红蛋白。

（3）铁代谢和铁死亡指标

        Ferritin、Hepcidin、Transferrin receptor、GPX4、ACSL4、SLC7A11、MDA、4-HNE。

（4）组织学指标

        管型形成、肾小管坏死、刷状缘脱落、髓质外带损伤和炎症细胞浸润。

5 脓毒症相关AKI模型

5.1 LPS诱导模型

        脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）诱导模型用于模拟内毒素血症相关炎症反应。该模型操作相对简便，炎症反应迅速，适合研究TLR4/MyD88/NF-κB通路、细胞因子释放、内皮损伤和肾小管炎症应答。

（1）造模方法

        小鼠常用LPS腹腔注射或静脉注射，参考剂量约5–10mg/kg。剂量、给药途径和观察时间会显著影响死亡率和肾损伤程度。低剂量更适合炎症机制研究，高剂量更容易形成系统性休克样状态。

（2）机制通路

        LPS可通过TLR4/MyD88通路激活NF-κB，诱导TNF-α、IL-6、IL-1β等炎症因子释放；同时可导致内皮损伤、微循环障碍、NO调节异常、线粒体功能下降和肾小管应激反应。

（3）关键指标

        TLR4、MyD88、NF-κB p65、TNF-α、IL-6、IL-1β、ICAM-1、VCAM-1、Caspase-1、Gasdermin D、NGAL、KIM-1。

5.2 CLP模型

        盲肠结扎穿孔术（Cecal Ligation and Puncture，CLP）通过诱导多菌性腹腔感染模拟复杂脓毒症。与LPS模型相比，CLP更接近临床脓毒症的感染过程、免疫反应和多器官损伤特点。

（1）造模方法

        CLP通过结扎部分盲肠并穿刺，使肠内容物进入腹腔引发多菌感染。模型严重程度受结扎长度、穿刺针号、穿刺次数、挤出粪便量、补液、抗生素使用和术后护理影响。

（2）机制通路

        CLP可引发全身炎症反应、免疫抑制、内皮屏障破坏、肾微循环灌注异常和肾小管代谢重编程。焦亡、凋亡、线粒体损伤和自噬异常均可能参与脓毒症相关AKI。

（3）关键指标

        除肾功能和组织学指标外，还应监测体温、活动状态、细菌负荷、血清炎症因子、乳酸水平、内皮损伤标志物和多器官损伤指标。

5.3 模型应用注意事项

        LPS模型更适合快速、可控地研究内毒素炎症通路；CLP模型更适合评价复杂感染、免疫失衡和临床转化相关干预。脓毒症相关AKI不一定表现为显著肾小管坏死，部分情况下肾功能异常与微循环障碍、炎症介质、线粒体功能下降和细胞代谢改变密切相关。

6 基因修饰AKI模型

6.1 模型定位

        基因修饰模型通常不是单独模拟某一种临床AKI病因，而是用于回答“某个基因或通路是否参与AKI发生、修复或慢性化”的机制问题。常见策略包括全身性敲除、条件性敲除、转基因过表达、报告基因小鼠和细胞特异性基因编辑。

6.2 常见研究方向

（1）氧化应激调控

        如Nrf2、Keap1、HO-1等通路，用于研究抗氧化防御对AKI的影响。

（2）缺氧应答

        如HIF-1α、HIF-2α及其下游VEGF、EPO相关通路，用于研究低氧适应和血管修复。

（3）自噬调控

        如Atg5、Atg7、Beclin-1、LC3相关模型，用于评价肾小管上皮自噬在损伤和修复中的作用。

（4）炎症和焦亡

        如NLRP3、Caspase-1、Gasdermin D、TLR4、MyD88等，用于解析炎症小体和先天免疫通路。

（5）纤维化转化

        如TGF-β、Smad3、α-SMA、Collagen I相关模型，用于研究AKI后肾间质纤维化和AKI向CKD转化。

6.3 应用要点

        基因修饰模型通常需要与IRI、顺铂、LPS、CLP或甘油模型叠加使用，才能判断基因在特定病因背景下的作用。若采用肾小管特异性、足细胞特异性或内皮细胞特异性敲除模型，应明确启动子表达部位、敲除效率、基础肾表型和损伤后的时间窗变化。

表2 AKI动物模型评价与机制研究相关产品

7 不同研究目的下的模型选择

7.1 缺血性AKI研究

        优先选择IRI模型。若关注再灌注氧化应激、微循环损伤和肾移植相关机制，可采用双侧肾缺血或单侧缺血合并对侧肾切除模型；若关注长期修复和纤维化，可采用较轻损伤并延长观察时间。

7.2 药物肾毒性研究

        顺铂模型适合化疗药物肾毒性、DNA损伤、线粒体损伤和凋亡研究；庆大霉素模型适合抗生素肾毒性、近端小管蓄积和氧化应激研究。若研究转运体机制，应重点关注OCT2、CTR1、MATE和相关药物转运蛋白。

7.3 铁死亡和肌红蛋白尿研究

        甘油诱导横纹肌溶解模型更适合研究肌红蛋白相关管型阻塞、游离铁介导氧化损伤和铁死亡。若研究铁死亡抑制剂、铁螯合剂或脂质过氧化抑制剂，该模型具有较强机制相关性。

7.4 炎症和脓毒症相关AKI研究

        LPS模型适合快速研究TLR4/NF-κB、炎症因子和焦亡通路；CLP模型更适合模拟复杂感染和临床脓毒症过程。若研究临床转化，应优先考虑CLP模型，并规范补液、抗生素和术后护理条件。

7.5 AKI向CKD转化研究

        单次急性损伤后延长观察时间，或采用中等程度IRI、重复低剂量毒性刺激、单侧肾缺血等模型，可用于研究慢性炎症、肾小管异常修复和肾间质纤维化。此类研究应增加Masson、Sirius Red、α-SMA、Collagen I、Fibronectin和TGF-β/Smad3等指标。

        急性肾损伤动物模型的价值在于建立可控的病理场景，用于解析机制和筛选干预策略。IRI、顺铂/庆大霉素、甘油、LPS/CLP和基因修饰模型分别对应不同临床病因和分子通路；只有将模型选择、造模参数、评价指标和研究终点统一设计，才能提高AKI实验结果的可重复性和临床解释价值。

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