肝纤维化（hepatic fibrosis, HF）是慢性肝损伤后细胞外基质（extracellular matrix, ECM）过度沉积和异常重塑的病理过程。反复肝细胞损伤、炎症浸润、胆汁淤积、脂毒性或免疫反应均可激活肝星状细胞，使其转化为肌成纤维样细胞并分泌胶原、纤维连接蛋白和蛋白多糖。纤维化持续进展可导致肝小叶结构紊乱、假小叶形成和肝硬化，是慢性肝病向终末期肝病发展的关键环节。

        关键词：肝纤维化；动物造模；四氯化碳；硫代乙酰胺；胆管结扎；NASH；肝星状细胞；TGF-β/Smad；细胞外基质

1 肝纤维化模型的实验定位

1.1 模型建立的核心目标

（1）慢性肝细胞损伤和修复反应

        肝纤维化模型的核心不是单次急性肝损伤，而是反复损伤后的炎症修复失衡。四氯化碳（CCl₄）、硫代乙酰胺（TAA）和二甲基亚硝胺等化学诱导模型可造成持续肝细胞坏死、脂质过氧化和炎症反应，适合研究毒性肝损伤后肝星状细胞活化和胶原沉积。

（2）胆汁淤积和胆管反应

        胆管结扎模型用于模拟胆汁淤积性肝损伤。胆汁酸蓄积可损伤肝细胞和胆管上皮，诱导胆管反应性增生、巨噬细胞浸润和门管区纤维化。该模型适合研究胆汁淤积相关纤维化、胆管反应和门管区炎症。

（3）免疫炎症和代谢相关纤维化

        免疫诱导模型适合分析T细胞、巨噬细胞和炎症因子介导的肝损伤；高脂饮食、胆碱缺乏饮食和果糖/酒精联合干预更适合模拟代谢相关脂肪性肝炎（MASH/NASH）进展中的纤维化。不同模型对应的病因不同，不能只根据造模速度选择。

1.2 实验动物与模型选择

        小鼠和大鼠是肝纤维化造模中最常用动物。小鼠适合机制研究、基因敲除或转基因模型；大鼠适合肝组织取样、血清生化检测和长期给药干预。模型选择应同时考虑研究目的、病因匹配性、造模周期、死亡率、纤维化部位、组织学特征和检测指标。

表1 肝纤维化动物模型的选择逻辑

1.3 常用诱导因素与建模定位

表2 肝纤维化动物模型常用诱导因素与建模定位

2 化学诱导肝纤维化模型

2.1 四氯化碳诱导模型

（1）模型机制

        CCl₄进入肝脏后主要由细胞色素P450系统代谢，生成三氯甲基自由基和相关活性中间体，诱导脂质过氧化、线粒体损伤和肝细胞坏死。坏死区域释放损伤相关信号，激活Kupffer细胞和炎症反应，进一步促进TGF-β1、PDGF和炎症因子释放，使静息肝星状细胞转化为α-SMA阳性的肌成纤维样细胞。

（2）实验判读

        CCl₄模型操作相对成熟，适合毒性肝损伤、氧化应激和HSC活化机制研究。其病变强度受给药途径、给药频率、溶剂、动物品系和造模周期影响明显。评价时应结合ALT、AST、肝组织坏死、炎症评分、Masson或Sirius Red染色、α-SMA和Collagen I，而不是只根据血清转氨酶判断纤维化程度。

2.2 硫代乙酰胺诱导模型

（1）模型机制

        TAA经肝脏代谢后形成具有肝毒性的中间产物，可造成慢性肝细胞损伤、炎症浸润、氧化应激和纤维化沉积。长期TAA处理可诱导明显的桥接纤维化，部分实验条件下可逐步发展为肝硬化样改变。

（2）实验判读

        TAA模型适合研究慢性毒性肝损伤、桥接纤维化和纤维化进展。与CCl₄相比，TAA模型常表现为较持续的炎症和纤维化累积，但动物耐受性和死亡率受剂量、给药周期和饮水摄入量影响较大。若采用饮水给药，应注意记录饮水量和体重变化，避免因摄入差异造成组内波动。

2.3 二甲基亚硝胺诱导模型

        二甲基亚硝胺可诱导肝细胞损伤、炎症反应和纤维化形成，模型进展较快，但毒性较强，对实验安全、剂量控制和动物状态监测要求较高。该模型不宜作为常规初筛模型，更多用于需要较强肝毒性和快速纤维化反应的特定研究设计。

表3 化学诱导肝纤维化模型比较

3 胆汁淤积、免疫和代谢相关模型

3.1 胆管结扎模型

（1）模型机制

        胆管结扎通过阻断胆汁排出，使胆汁酸在肝内蓄积，造成肝细胞和胆管上皮损伤。胆管反应性增生、门管区炎症、巨噬细胞浸润和HSC活化共同推动门管区纤维化形成。该模型适合胆汁淤积性肝病、胆管反应和胆汁酸毒性相关研究。

（2）实验判读

        BDL模型纤维化进展较快，但手术操作对结果影响很大。结扎位置、胆管损伤程度、术后感染、胆汁漏和动物恢复状态均会影响模型稳定性。评价时应结合ALP、总胆汁酸、胆红素、CK19、门管区炎症、胆管增生和胶原沉积，不宜只用α-SMA或总胶原水平概括全部病变。

3.2 免疫诱导模型

（1）ConA诱导模型

        ConA可诱导T细胞介导的急性免疫性肝损伤，表现为炎症因子释放、肝细胞坏死和免疫细胞浸润。该模型更适合研究免疫性肝炎和炎症损伤机制。若用于纤维化研究，通常需要结合反复刺激或慢性化设计，否则更偏急性肝炎模型。

（2）猪血清诱导模型

        猪血清反复注射可诱导免疫相关肝纤维化，主要用于研究慢性免疫反应、炎症细胞因子和胶原沉积。该模型对免疫反应强度和给药周期敏感，适合免疫性纤维化研究，但与毒性损伤、胆汁淤积或代谢性肝病的病因不同。

3.3 高脂饮食和NASH相关模型

        高脂饮食、MCD饮食和CDAHFD饮食可用于模拟脂肪性肝炎相关纤维化。脂毒性、胰岛素抵抗、线粒体损伤、Kupffer细胞活化和氧化应激共同促进HSC活化。MCD饮食常能较快诱导脂肪变和炎症，但不完全符合肥胖和胰岛素抵抗背景；高脂饮食更接近代谢状态，但纤维化形成通常较慢；CDAHFD模型在NASH纤维化研究中应用较多，适合观察脂肪变、炎症和纤维化共同进展。

3.4 基因修饰模型

        Mdr2⁻/⁻小鼠可自发形成胆管损伤和门管区纤维化，适合胆管病变和胆汁淤积相关机制研究。TGF-β1过表达模型或通路相关基因模型可用于直接分析纤维化信号轴。基因模型的优势是机制指向明确，局限是成本高、病因单一，不能替代化学、胆汁淤积和代谢模型。

表4 胆汁淤积、免疫和代谢相关肝纤维化模型比较

4 肝纤维化模型的机制评价

4.1 肝星状细胞活化

        肝星状细胞是肝纤维化形成的核心效应细胞。静息HSC主要储存维生素A，肝损伤后在TGF-β1、PDGF、ROS和炎症因子刺激下转化为肌成纤维样细胞，表现为α-SMA、Desmin、PDGFR-β和Collagen I升高。HSC活化水平直接影响ECM沉积和纤维化进展。

4.2 TGF-β/Smad通路

        TGF-β1与受体结合后促进Smad2/3磷酸化，并与Smad4形成复合物进入细胞核，诱导COL1A1、COL3A1、α-SMA和TIMP-1等纤维化相关基因表达。Smad7是该通路的负调控因子。TGF-β/Smad轴是抗纤维化机制研究中最常用的信号通路之一，但单独抑制该通路可能影响免疫调节、组织修复和肿瘤抑制相关功能。

4.3 炎症和NF-κB通路

        慢性肝损伤中，Kupffer细胞、浸润性单核细胞、T细胞和中性粒细胞可释放TNF-α、IL-1β、IL-6和趋化因子，激活NF-κB信号并维持炎症微环境。NF-κB不仅参与炎症放大，也影响HSC存活和抗凋亡状态。炎症指标需要与组织学炎症评分和纤维化指标联合解释。

4.4 氧化应激和MAPK通路

        CCl₄、酒精和脂毒性均可诱导ROS积累，造成脂质过氧化和线粒体功能障碍。氧化应激可激活ERK、JNK和p38 MAPK通路，促进HSC增殖、迁移和ECM合成。MDA、SOD、GSH、GSH-Px和ROS检测适合评价氧化应激强度，p-ERK、p-JNK和p-p38可用于分析MAPK通路激活状态。

4.5 ECM沉积与基质降解失衡

        肝纤维化的直接表征是胶原、纤维连接蛋白和蛋白多糖等ECM过度沉积。MMPs参与基质降解，TIMP-1/2可抑制MMP活性，使ECM降解减少。Collagen I、Collagen III、Fibronectin、羟脯氨酸、MMP-2、MMP-9和TIMP-1/2可共同用于评价ECM合成与降解平衡。

5 体外和离体模型的补充应用

5.1 肝星状细胞模型

        LX-2细胞和原代肝星状细胞常用于HSC活化机制和抗纤维化药物初筛。TGF-β1、PDGF、脂多糖、氧化应激刺激或条件培养基均可诱导HSC活化，表现为α-SMA、Collagen I、TIMP-1和Fibronectin升高。该模型适合机制验证，但不能完整模拟肝小叶结构、免疫细胞浸润和血流因素。

5.2 肝细胞损伤模型

        HepG2、AML12和原代肝细胞可用于CCl₄代谢毒性、脂毒性、酒精损伤和氧化应激研究。肝细胞模型适合分析细胞死亡、脂质沉积、线粒体损伤和炎症信号，但不能单独代表肝纤维化形成，因为纤维化的核心效应细胞是HSC，且需要肝细胞、Kupffer细胞、内皮细胞和HSC之间的相互作用。

5.3 共培养和类器官模型

        肝细胞-HSC共培养、Kupffer细胞-HSC共培养和肝类器官模型可用于分析细胞间通讯、炎症微环境和纤维化信号传递。该类模型较单一细胞模型更接近组织环境，但仍难以完全模拟慢性损伤、胆汁流动、血流剪切力和全身代谢状态。

表5 肝纤维化研究中体内外模型的应用定位

6 相关产品与材料选型

表6 肝功能损伤和胆汁淤积评价相关产品

表7 代谢相关肝纤维化评价相关产品

7 常见问题

7.1 CCl₄模型和TAA模型如何选择？

        CCl₄模型更适合毒性肝损伤、脂质过氧化和HSC活化机制研究，造模体系成熟，适合抗纤维化药物初筛。TAA模型更适合慢性肝毒性、桥接纤维化和肝硬化样进展研究，但周期和动物耐受性控制要求更高。若研究重点是氧化应激和化学毒性损伤，可优先考虑CCl₄；若研究慢性进展和桥接纤维化，可考虑TAA。

7.2 胆管结扎模型是否适合所有肝纤维化研究？

        不适合。BDL模型更偏胆汁淤积和胆管反应，适用于胆汁酸毒性、胆管增生、门管区炎症和胆汁淤积性纤维化研究。若研究代谢相关脂肪性肝炎或毒性肝损伤，BDL的病因匹配性不足。

7.3 NASH相关纤维化模型为什么造模周期较长？

        代谢相关纤维化通常需要经历脂肪变、脂毒性、炎症反应、HSC活化和ECM沉积等多个阶段。高脂饮食模型更接近肥胖和代谢综合征背景，但纤维化形成较慢；MCD和CDAHFD饮食可加快炎症和纤维化，但营养状态和体重变化会影响模型解释。

7.4 肝纤维化模型能否只检测ALT和AST？

        不能。ALT和AST主要反映肝细胞损伤，不能直接代表纤维化程度。肝纤维化评价应结合Masson或Sirius Red染色、羟脯氨酸、α-SMA、Collagen I/III和TGF-β/Smad相关指标。若只检测转氨酶，容易把急性损伤误判为纤维化改善或加重。

7.5 α-SMA升高是否等同于纤维化加重？

        α-SMA升高提示HSC或肌成纤维样细胞活化，但不能单独代表最终纤维化程度。纤维化加重应同时表现为胶原沉积增加、羟脯氨酸升高、Masson或Sirius Red阳性面积扩大，以及ECM相关基因或蛋白表达增加。

7.6 为什么TGF-β/Smad通路是肝纤维化研究中的核心通路？

        TGF-β/Smad通路直接促进α-SMA、COL1A1、COL3A1和TIMP-1等纤维化相关基因表达，是HSC活化和ECM沉积的重要驱动轴。多数抗纤维化研究都会评价该通路，但实验解释时应注意TGF-β也参与免疫调控、组织修复和肿瘤相关过程。

7.7 体外HSC模型能否替代动物模型？

        不能完全替代。LX-2或原代HSC模型适合研究HSC活化、TGF-β/Smad和ECM合成机制，但不能模拟肝组织结构、炎症细胞浸润、胆汁淤积、血流变化和全身代谢状态。关键药效结论仍需动物模型和组织学结果验证。

7.8 肝纤维化药效评价应如何设置终点？

        药效评价应同时覆盖肝功能、组织学、胶原沉积、HSC活化、炎症和氧化应激。推荐组合包括ALT/AST、HE染色、Masson或Sirius Red染色、羟脯氨酸、α-SMA、Collagen I、TGF-β1和炎症因子。若研究NASH相关纤维化，还应加入TG、TC、LDL-C、HDL-C、胆固醇酯和NAS评分等代谢评价指标。

        肝纤维化动物模型应根据毒性损伤、胆汁淤积、免疫炎症、代谢异常或特定通路机制选择。CCl₄和TAA模型适合毒性损伤和抗纤维化药效研究，BDL模型适合胆汁淤积性纤维化，饮食模型适合代谢相关脂肪性肝炎进展研究，基因模型则用于解析特定分子通路。

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