引言：由尿路致病性大肠杆菌（UPEC）引起的尿路感染（UTI）影响着全球数百万人。现有的用于研究UTI治疗或疫苗效力的动物模型存在局限性，无法准确预测其在人类中的效果。本研究旨在通过尿道内UPEC菌株UTI89接种，在戈廷根小型猪中建立并优化尿道内UPEC尿路感染模型，并对从尿液中回收的菌株进行表征。
方法：采用弗利球囊导管对小型猪进行尿道内UPEC菌株UTI89攻击。攻击后收集的尿液进行细菌计数平板培养，并对回收的细菌进行凝集反应和全基因组测序。
结果：通过尿道内UTI89攻击，我们能够建立持续14天的感染。凝集反应和全基因组测序显示，75%的动物感染了UTI89攻击菌株，而25%的动物从尿液中回收了不同的大肠杆菌菌株。因此，我们的研究结果强调了对UTI模型的细菌计数结果进行解释时需要谨慎。在进行疫苗和抗生素研究的干预效果评估时，必须仔细验证菌株身份，以确保评估的准确性。
讨论：总体而言，我们描述了一种利用尿道内UPEC菌株UTI89攻击的新型小型猪UTI模型，该模型可用于评估疫苗和治疗效果，并将有助于弥合临床前发现与人类临床结果之间的差距。
论文主体内容解读
1. 研究背景与问题
尿路感染（UTI）每年影响数百万人，带来巨大的经济负担。抗生素耐药性的增加使得UTI治疗愈发困难。目前常用的啮齿动物UTI模型在解剖结构、生理和免疫等方面与人类存在显著差异，限制了其临床转化价值。非人灵长类模型虽更贴近人类，但面临伦理、成本与环境复杂性等挑战。猪与小型猪在泌尿生殖解剖、肾脏生理和免疫学方面与人类有更高的相似性，尤其雌性小型猪对尿路致病性大肠杆菌（UPEC）易感，是潜在的替代模型。然而，现有猪模型多采用膀胱内直接接种细菌的方式，与人类自然感染途径（细菌经尿道迁移至膀胱）不同。此外，动物模型中菌株身份验证不足可能导致结果误读。因此，研究人员在戈廷根小型猪中建立了经尿道接种UPEC的新型UTI模型，并重点对回收菌株进行了系统鉴定。
2. 研究开展与意义
本研究旨在建立并优化一种更贴近自然感染途径的小型猪UTI模型，通过尿道内接种UPEC菌株UTI89，并对感染过程中回收的细菌进行凝集反应、全基因组测序等多维度鉴定，以评估模型的可靠性与转化价值。研究成果发表于《Frontiers in Immunology》，为UTI疫苗和疗法的临床前评价提供了更贴近人体生理的新模型，强调了在动物模型中严格验证菌株身份的重要性。
3. 关键方法概述
研究使用性成熟的雌性戈廷根小型猪，在镇静下经尿道插入弗利导管约3厘米，将UPEC菌株UTI89接种于尿道中段。通过多个独立研究确定了约7 log10 菌落形成单位（CFU）的最佳攻击剂量和14天的理想观察终点。尿液和尿路组织（膀胱、尿道、肾脏等）的细菌负荷通过平板计数法量化。组织病理学通过石蜡切片、苏木精-伊红染色评估。血清中抗O18抗原的免疫球蛋白G抗体水平通过酶联免疫吸附试验测定。从尿液分离的细菌通过血平板溶血测试、针对常见菌血症O血清型的凝集试验以及全基因组测序（包括基于wzy、wzx、wzt、wzm基因的O血清型分型、多位点序列分型、H型和荚膜型分析）进行菌株鉴定。
4. 研究结果
3.1 经尿道接种小型猪以模拟自然膀胱感染
研究人员开发了一种经尿道（而非直接膀胱内）接种UPEC菌株UTI89的模型，以模拟细菌依赖鞭毛向上迁移的自然感染过程。通过剂量探索研究发现，高、中、低（约9、8、7 log10 CFU）剂量组在攻击后2天均能建立尿路感染，但高剂量组在膀胱和肾脏引起更显著的组织病理损伤。约7-8 log10 CFU的剂量能够建立感染，同时避免严重组织损伤。模型操作示意可参考原文示意图。
3.2 感染持续时间影响尿液细菌负荷和膀胱组织损伤
在攻击后第2天，所有动物尿液中均检测到细菌。到第14天，约75%的动物仍保持感染状态，被认为是模型可行的观察终点。组织病理学分析表明，较短感染时间（7天）与更严重的膀胱出血相关，而较长时间（14天）则与更高发生率和严重程度的膀胱炎症相关。未发炎膀胱黏膜、上皮下出血和慢性炎症的显微图片对比显示了感染进程中的组织变化。
3.3 UTI小型猪模型中的生物标志物
在攻击后第14天，75%的动物膀胱中检测到细菌。血清中针对O18抗原的免疫球蛋白G抗体水平在感染后（第14天）较攻击前（第0天）显著升高，表明模型能引发系统性免疫应答。在一项模拟感染研究中，即使使用无菌盐水攻击，仍有动物检出变形杆菌或其他血清型大肠杆菌，提示模型对膀胱感染或定植敏感。
3.4 回收菌株鉴定是理解UTI小型猪模型感染的关键
对从尿液分离的细菌进行溶血性测试、凝集试验和全基因组测序发现，在75%的动物中回收的菌株与攻击菌株UTI89（O18血清型，序列型ST95，H7，荚膜型G2_KL8A1_K1）一致。然而，在25%的动物中回收的菌株为不同的血清型（OgN17，序列型ST602，H21，荚膜型group1_CL35）。研究强调了仅凭细菌负荷计数不足以判断感染状态，必须通过分子鉴定确认菌株身份。凝集试验与全基因组测序结果的对应关系直观展示了不同动物在不同时间点的菌株差异。
5. 讨论与结论总结
研究人员建立并优化了一种通过尿道内接种UPEC菌株UTI89的新型小型猪UTI模型。优化的攻击剂量约为7 log10 CFU，观察终点为14天，可在不引起严重组织损伤的情况下诱导稳定的尿路感染。该模型的尿液细菌负荷与人类临床阈值（5 log10 CFU/mL）相似，并能引发针对性的抗体反应。组织病理学变化与细菌负荷相关，但高剂量攻击时可见肾脏累及。研究最重要的发现是，即使在严格控制的实验条件下，仍有25%的动物最终从其尿液中回收了不同于攻击菌株的另一UPEC菌株，且其尿液细菌负荷和组织病理学表现与感染攻击菌株的动物无异。这凸显了在UTI动物模型中，仅凭细菌计数来评估感染状态或干预措施效果的局限性。因此，在进行疫苗或抗生素疗效评估时，对回收菌株的身份进行严格验证（如通过全基因组测序）至关重要，以确保结果解读的准确性。综上所述，该经尿道攻击的小型猪UTI模型为评估UTI疗法和疫苗的临床前效果提供了一个更具转化价值的平台，并强调了菌株鉴定在动物模型研究中的核心地位。
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