为什么结石会在人肾中形成？这个基本问题的答案仍然难以捉摸，因为尿路结石形成的基本时间序列尚未确定。
尽管在治疗尿路结石方面取得了重大技术进步，但结石病的病因仍然未知。临床上，泌尿科医生在过去30-40年中一直依靠24小时尿液收集来帮助指导药物医治，以期减少结石复发;然而，在预防结石病方面进展甚微。因此，迫切地需要开发可靠的动物模型来研究结石形成的发病机制并评估新的干预措施。各种脊椎动物和无脊椎动物模型已被用于帮助了解结石发病机制。描述了遗传敲除和外源性诱导模型。结石形成终点的替代物是组织学检查中的尿晶体和/或尿液裂解症.其他模型能够实际开发真正的宝石。正是通过这一些动物模型，尿路结石病管理的真正突破将成为现实。
为什么结石会在人肾中形成？这个基本问题的答案仍然难以捉摸，因为尿路结石形成的基本时间序列尚未确定。1937 年，当亚历山大·兰德尔（ Alexander Randall ）假设由磷酸钙组成的状“斑块”代表了未来结石形成的病灶时，他将这种斑块描述为“入侵和替换间质组织”。[1]，[2]目前我们认识到Randall的斑块存在于大多数钙肾结石形成剂中，但是导致其斑块形成和随后结石形成的级联事件尚不清楚。从理论上讲，近端髓复合体中的异位生物矿化先于远端的间质 Randall 斑块，最终形成尿路结石。对导致这种早期异位生物矿化过程的遗传和环境原因的理解仍然有限。充分了解石头形成的时间演变的最佳方法是开发一个可靠的，标准化的动物模型，从而使世界各地的研究人员能够共享和比较数据。正是考虑到这一目标，审查了目前尿路石疾病的动物模型。
目前，没有一个单一的动物模型系统能被认为是完美的，但是通过回顾迄今为止已经使用的那些动物能够得到有价值的见解。对于每种动物，将突出显示与人类相比的解剖学相似性和差异性。将总结研究人员诱导结石形成的方法，着重关注研究人员迄今为止遇到的优缺点。将突出显示每个模型的局限性。正是考虑到这些概念，人们才能体会到迫切地需要开发一种动物模型，以更好地了解尿路结石疾病的发病机制。
老鼠代表了科学家自19世纪以来使用的一种完善的，相对经济的模型。对于尿路结石疾病，利用大鼠的研究大多分布在在重现高钙尿症和高草酸尿症上，这是与尿路结石疾病相关的两种最常见的病理生理变化。
大鼠和人类的肾脏之间有固有的差异，其中最大的差异是大鼠肾脏与人类的多状肾脏相比是单侧的。虽然人类肾脏重约170克，但尺寸为11×6×2厘米，并有大约1，000，000个肾单位;Khan报告大鼠肾脏平均重0.75-1.2g，尺寸为1.6×1.0×0.9 cm，整体收集系统较小，尿小管较少，平均30，000个肾单位[3]。尽管存在这些巨大差异，但大鼠的皮质 - 髓质比例（2：1）与人类相似[3]。
高钙尿症已被确定为尿路结石疾病发展的最常见危险因素之一[4]，[5]。对于大鼠，研究人员已经建立了一个多代近交Sprague-Dawley大鼠的菌株，以产生高钙素后代[6]。最初被认为是肠道钙吸收增加的继发性，此后多项研究已经确定，胃肠道，肾脏和骨骼中维生素D受体数量的增加导致这些遗传性高钙结石形成（GHS）大鼠的钙吸收增加[7]，[8]，[9].与对照组相比，这些GHS大鼠的每一代连续一代已被证明排泄的钙水平显着增加[10]。尽管这些研究大多使用雌性大鼠，但与雌性大鼠相比，雄性GHS大鼠的每日草酸盐含量更高[11]。
GHS大鼠已被证明具有较高的草酸钙（CaOx）和磷酸钙（CaP）过饱和度值，无论是不是喂食低钙或高钙饮食[12]。Asplin等人表明，过饱和度的这种增加伴随着CaOx的亚稳性上限较高，但对刷子（CaP）则不然，这表明在某些条件下，尿液可具有更高浓度的CaOx而不会沉淀[12]。同时，CaP的过饱和度升高并接近其亚稳性的上限，这被认为是GHS大鼠模型产生CaP晶体而不是CaOx的根本原因。Bushinsky等人随后证明，降低这些GHS大鼠的膳食磷导致尿磷排泄减少和磷酸钙过饱和度降低，这些大鼠中没有一个产生CaP晶体[13]。
GHS模型为全方面了解高钙尿症以及过饱和度在尿路结石形成中的作用做出了重要贡献，但目前尚不清楚该模型怎么来适应人类高钙尿症和结石形成的已知情况。目前对人高钙尿症的分类并不均匀，因为典型的病因范围从吸收性 - 饮食无关（1型），饮食依赖性（2型），肾尿磷酸盐泄漏（3型）到原发性甲状旁腺功能亢进[14]。所有这些条件都可能会导致大量的尿钙，类似于GHS大鼠模型中产生的钙。这个GHS大鼠模型代表哪种类型的人类高钙尿症？大多数原发性甲状旁腺功能亢进患者理论上应发展为尿路结石，但这些患者中只有约10%会实际发展为尿路结石。除血清和尿钙外，还必须有其他重要的条件导致结石形成。因此，这种GHS大鼠模型仍然有限，因为它没有解释临床实践中发现的这种异质性。
大鼠高草酸尿症的许多模型依赖于外源性施用产石材料，包括草酸钠，乙醇酸，乙二醇（EG）和羟基-l-脯氨酸（HLP）[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]。这些药物在大鼠中的递送范围有饮用水修饰，富集chow，强饲法滴注，腹膜内注射，甚至皮下植入含草酸盐的渗透性微型泵[3]。大鼠高草酸尿诱导的摘要见表1。
正如Khan等人所说明的，肾单位的不一样的区域反映了可预测的草酸钙晶体形成，这取决于腹腔注射草酸钠后经过的时间[15]。对雄性Sprague-Dawley大鼠施用不同剂量（3，5，7，9和10mg / kg）的草酸钠以剂量依赖性方式产生持续的高草酸尿症和晶体[16]，[17]，[18]。与对照组相比，接受10mg / kg的大鼠排泄的草酸盐超过500%，其持久性晶体在注射后7天内任旧存在。在注射后15分钟内观察到草酸钙晶体，并且在6 h时，Bellini的导管中出现了明显的晶体聚集[19]。
Ogawa等人使用溶解在饮用水中的粉末状3%乙醇酸证明，雄性Wistar菌株大鼠产生高水平的24小时尿草酸盐和随后的草酸钙结石[20]。有趣的是，这项研究还表明，尽管尿草酸盐排泄水平相比来说较高，但在高乙醇酸饮食中添加镁（Mg）盐会增加尿柠檬酸盐水平。
在饮用水中施用EG已被证明可持续诱导高草酸尿症、结晶性尿症和草酸钙肾结石[21]。仅向雄性大鼠递送0.75%EG，最终在12日时产生持续的结晶，在3周时产生肾晶体沉积[22]。为增强晶体沉积的发展，EG经常与其他药物如氯化铵（AC）联合使用以降低尿液pH值，以及维生素D或氯化钙以导致随后的高钙血症和高钙尿[16]，[22]，[23].这种成岩组合将结晶期从12天减少到3天，可检测到的草酸钙肾结石时间从3周减少到1周[16]。
然而，多项研究表明，EG是一种可导致多器官衰竭的有毒物质[24]。Yamaguchi等人证明，EG和AC的组合对大鼠健康有害 - 大鼠体重较低，肾功能恶化，尿N-乙酰-β-d-氨基葡萄糖苷酶（NAG）增加，NAG是肾毒性的指标[25]。其他研究还发现，脂质过氧化，自由基增加和代谢性酸中毒也是EG Refs的结果。[24]，[26]，[27]，[28]，[29].
羟基-l-脯氨酸（HLP）来源于氨基酸脯氨酸，是胶原蛋白的一种成分，主要在肾近端小管和肝细胞线粒体中代谢为丙酮酸盐和乙二醛酸盐[30]。它是西方饮食中的常见成分，已被证明比其他成石剂毒性更小。
腹腔注射HLP导致大鼠肾脏内存在草酸钙晶体[31]。大剂量的4-HLP（2.5g / kg）诱导草酸钙二水合物（Weddellite）和草酸钙一水合物（Whewellite）晶体，通过扫描电子显微镜检测。Khan等人向雄性Sprague-Dawley大鼠提供5%HLP（体重/体重HLP/chow），并在4周、6周和9周时比较治疗与对照组[32]。在4周时，发现所有治疗的大鼠在整个肾脏区域都有CaOx晶体，大多数存在于远端小管和聚集管的肾小管腔中。到 9 周时，这些晶体主要位于肾的尖端。Bushinsky等人发现，在GHS大鼠中加入1%、3%和5%的反式-4-HLP改变了尿钙和结石类型，接受5%HLP的大鼠尿钙排泄量较低，草酸钙结石组成一致[33]。
Wiessner等人旨在寻找与HLP相比的替代晶体诱导方法，发现在Dahl盐敏感和棕色挪威雄性大鼠中产生5%水平的草酸钾晶体才能产生草酸钙晶体[34]。同时，被剥夺膳食Mg的高草素大鼠表现出磷酸钙（磷灰石）结石的产生增加[35]。故意维生素B6缺乏症也可用于大鼠，以增强高草酸尿症，低枸橼酸尿症和随后的草酸钙晶体形成[36]。将这些缺乏吡哆醇的大鼠暴露于补充Mg的研究表明，它们能够抵消低枸橼尿并有很大效果预防草酸钙晶体形成[37]。
从历史上看，小肠切除术与可追溯到Smith等人的肾结石风险增加有关。[38]在大鼠中，OConnor等人切除了回肠末端40-45厘米的远端，并将其与假对照组作比较，后者进行回肠远端的横断术，接着进行再吻合，而不切除任何肠[39]。术后，这些大鼠被给予正常与高草酸盐（1%草酸钠）/低钙（0.02%）/高脂质（18%）脂肪饮食的组合，最终在手术后4，5，6和7个月进行优卧。24小时尿液样本显示，在高草酸盐/低钙饮食中切除的大鼠出现高草酸尿症、低枸橼尿症以及整个皮质、延髓和肾的晶体[40]。这些晶体由草酸钙，羟基磷灰石（磷酸钙）和碳酸钙的混合物组成。有趣的是，没有一个假动物随后发展出晶体，即使是那些高草酸盐饮食的晶体，突出了肠道切除术对晶体形成的重要性。
流行病学研究表明，接受过Roux-en-Y胃旁路术（RYGB）的患者的结石发育增加：从未有过尿路结石的患者增加2倍，既往结石形成者增加4倍[41]。多项研究表明，这些RYGB后患者会出现非常明显的高草酸尿症和低枸橼尿[42]，[43]。这种尿草酸盐增加的病理生理机制可能来自皂化过程，其中过量的脂肪酸和胆汁盐与钙结合，从而使过量的未结合草酸盐游离，更容易被肠道系统吸收[44]，[45]。
Canales等人研究了RYGB高草酸尿症发生后的机制，方法是在雄性Sprague-Dawley大鼠中利用饮食诱导肥胖（DIO）模型，然后对假手术（对照组）或RYGB进行随机干预[46]。这项研究检查了粪便和尿液各自的粪便脂肪含量和24小时尿量，pH值，草酸盐和钙水平。与对照组相比，服用高脂肪（40%）和补充草酸钾的RYGB后大鼠的膳食脂肪吸收明显减少，排泄的粪便脂肪量高出8倍。此外，补充草酸盐的后RYGB大鼠的尿草酸盐排泄量增加了5倍，而没有补充草酸盐的大鼠的尿钙排泄量增加了2倍。
这项研究还发现，无论膳食草酸盐或脂肪含量如何，所有RYGB大鼠的用水量增加250%，尿量排泄增加2倍。虽然假设是由于口渴机制改变[46]，但它突出了与先前人类研究的结果相比的主要差异，这些研究显示RYGB后尿量显着减少[44]，[47]，[48]。未来的研究要进一步阐明RYGB和尿量产生的影响。
作为脊椎动物，大鼠需要批准进行动物实验，最近大鼠的成本一直在增加[49]。大鼠也是肉食性的（它们自己吃粪便），因此它们能消耗在日常饮食中不一定考虑的元素。
大多数大鼠研究都集中在产生高草酸尿症模型上。必须要格外注意的是，大多数人肾结石患者没有高草酸尿症，因此这种建模的临床适用性有限。
小鼠和人类各自的基因组是相似的，因为两个基因组包含大约31亿个碱基对，平均相同∼85%，有些相同超过95%。 小鼠的体重一般在25-35g之间，约为人类大小的1/2500[50]。单个小鼠肾脏的平均重量占其体重的0.8%，与平均人体肾脏的0.2%相比，密度相比来说较高[51]。同时，小鼠的最大尿液浓度高于人类（4000 mOsm / kg H20 与 1200 毫奥斯/千克 H2O，分别）[51]，[52]，[53]。像大鼠一样，小鼠肾脏与人类的主要不同之处在于它们是单毛细血管。显微特征显示相似的皮层和髓质成分，包括肾小球单元、肾小管结构和血管骨架[50]。
与大鼠类似，研究人员已经通过施用EG，HLP和乙醛酸盐等生石剂[54]，[55]来试验诱导小鼠体内的高草酸尿症。尽管成功地诱导了高草酸尿，但单独外源性给药在小鼠中仅显示出相对较少的CaOx晶体的短维持的时间[54]，[55]。因此，研究转而将生石剂与转基因小鼠相结合，以帮助诱导结石形成。通过对骨桥蛋白（OPN）和Tamm-Horsfall蛋白（THP）进行选择性敲除（KO），研究人员已经确定了这些大分子作为结石形成的抑制剂的关键作用。有关肾钙质沉着症小鼠模型的摘要，请参阅表2。
Wesson等人通过添加1%乙二醇（EG）诱导野生型和KO小鼠的高草酸尿，证明OPN KO小鼠的体内模型可以产生CaOx晶体[56]。同时，Mo等人比较野生型与接受含有1%EG和4 IU / ml维生素D的饮用水的THP KO小鼠3，其中76%的THP KO小鼠产生钙晶体，而在野生型小鼠中未观察到。
这些研究表明，在给予高草酸负荷后，剩余（OPN 或 THP）大分子的表达会补偿性增加 [56]、[57]。虽然这种反应不足以防止结晶，但它暗示了一种潜在的协同关系。随后的一项研究进一步证明了这一概念，因为与 14% 的 THP 缺失小鼠和 10% 的 OPN 缺失小鼠相比，更高百分比（~39%）的双缺失小鼠自发形成肾钙沉积物 。最近将瘦素基因缺乏和代谢综合征（Ob / Ob）的小鼠与野生型（瘦）小鼠作比较，研究了高脂肪饮食与高草酸血症相结合对晶体产生的影响[59]。给予1%EG和高（62%）脂肪饮食的Ob / Ob小鼠不仅表现出高钙尿和高草酸尿，而且在肾皮质 - 髓质的管内空间中弥漫性CaOx肾晶体沉积[59]。与先前的研究一致，这些Ob / Ob小鼠发现了更多数量的巨噬细胞[60]。肾巨噬细胞与晶体形成之间这种关系的真正性质仍然是未来研究的领域。
研究人员还在小鼠中仅进行转运蛋白敲除，以诱导高草酸尿症，高钙尿症，高尿酸尿症和胱氨酸尿症。
硫酸盐阴离子转运蛋白-1（Sat1），也称为Slc26a1和Slc26a6都是在肾上皮细胞的顶端膜上表达的阴离子交换剂，有助于介导草酸盐交换[61]，[62]。Sat1-null和Slc26a6-null小鼠都表现出异常的草酸盐稳态。与野生型小鼠相比，敲除小鼠在尿液和血浆中的草酸盐浓度分别高出2-3.5倍和1.5-2倍[61]，[62]。比较Slc26a1和Slc26a6敲除小鼠，分别有26%和88%具有可明显检测到的膀胱结石，以及肾小管和收集管中的CaOx晶体沉积物[61]，[62]。
钠氢交换器调节因子-1（NHERF-1）结合肾小管转运蛋白，包括磷酸钠共转运蛋白2a（Npt2a）。NHERF-1敲除小鼠的尿钙，磷酸盐和尿酸排泄增加，导致肾脏中肾小管间质晶体沉积[63]。与NHEFR-1小鼠类似，Npt2a敲除小鼠在肾脏中表现出高钙尿症和肾晶体沉积[54]。NHERF-1和Npt2a敲除小鼠的肾脏中都有磷酸钙晶体。+
胱氨酸尿也已证明有敲除转运蛋白模型，胱氨酸尿是一种常染色体隐性疾病，由近端肾小管重吸收胱氨酸和双碱氨基酸导致胱氨酸结石。目前有2种胱氨酸尿表型被描述，基于胱氨酸和双元氨基酸尿的杂合性。I型是指第一个胱氨酸尿基因，SLC3A1位于2号染色体（2p21）上，并在肠道和肾脏上皮细胞中编码rBAT转运蛋白[64]。非I型涉及第二个胱氨酸尿基因，SLC7A9在19号染色体（19q13）上发现，并编码轻链b0,+AT蛋白[65]。研究人员已经证明，Slc7a9敲除小鼠经历了胱氨酸尿症，胱氨酸结晶尿症和胱氨酸尿石症[66]。
尽管小鼠模型具有基因组学优势，但其与人类肾结石疾病相关的整体准确性和一致性在研究人员中任旧存在争议。与其他动物模型类似，大多数小鼠模型依赖于高草酸尿症的诱导。除原发性高草酸尿症患者外，人肾结石患者出现高草酸尿症的相对较少。此外，胱氨酸尿的患病率很少见（小于尿石症患者的1%），因此这些小鼠模型不能代表大多数患有尿路结石疾病的人类。
与其他脊椎动物模型相比，黑腹果蝇具有许多优势。作为无脊椎动物，果蝇不需要正式的动物实验审查来获得和实施研究方案。雌性苍蝇能够在几天内产生数百个后代，在相对较快的时间内产生大量标本。此外，它在标准实验室条件下的短生命周期（通常60天），使研究人员能够在动物的整个生命周期内观察疾病过程。最后，由于相比来说较低的饮食和实验室空间要求，启动和维护苍蝇实验室的成本要低得多[67]。
从遗传学的角度来看，果蝇只有4条染色体对，而人类只有23条染色体对[68]。大约75%的人类疾病基因与黑腹果蝇相关，近80%的人类肾转运蛋白在苍蝇Malpighian小管中发现[69]。拥有完全测序的基因组和一个免费的，完善的数据库 - FlyBase（） - 致力于对人类和苍蝇基因之间的同源性进行分类;靶向动物基因操纵慢慢的变成了一项更加可行的努力[70]。因此，研究人员慢慢的开始将这种强大的转化模型应用于尿路结石疾病的研究中。
果蝇作为结石病的模型经常被忽视，因为人类和苍蝇的解剖结构之间有固有的差异。作为一种无脊椎动物，苍蝇缺乏骨骼。他们有一个开放的循环系统，带有充满液体的血液腔，其使用血淋巴的方式类似于人体血管携带血液的方式。该腔包含2组自由漂浮的Malpighian肾小管，以及一个无球状肾系统[71]。与人类肾小管同源，Malpighian小管的作用类似于人类肾小管过滤血液的方式过滤苍蝇血淋巴。最近的工作已经阐明，人类和苍蝇系统之间的这些显着相似性表明了进化关系（图1）[72]。
图 1.肾小球和昆虫肾脏系统的比较。人肾小球（A）和足细胞狭缝隔膜（B）与昆虫肾细胞肾系统（C）及其基础迷宫（D）的相似性。bm，基底膜;fp，脚部工艺;nd，肾细胞隔膜。经《自然》杂志许可转载[72]。果蝇有2个解剖学上独立的器官，组成它们的肾脏系统 - 肾细胞和Malpighian小管。肾细胞过滤血淋巴，并以类似于人肾小球足细胞的方式去除废物[72]。同时，前后对的Malpighian小管代表人类肾单位的功能等效物。这些Malpighian小管由不同的结构域组成：初始（远端），过渡，主和下（近端）段[73]，[74]。主结构域部分由2种主要细胞类型组成 - 主细胞和星状细胞- 两者都有助于控制钙，尿酸和磷的主动运输和排泄[72]。前小管和后小管对组合形成一个共同的输尿管（图2），然后在中肠和后肠的交界处连接胃肠道。
图 2.黑腹果蝇的解剖学 左：黑腹果蝇排泄道的描绘：2对Malpighian小管，1个前管和1个后管，每个组合成一个短的普通输尿管，然后加入后肠。右图：前后对的Malpighian小管被切除，没有成虫D. melanogaster。箭头表示输尿管。经《泌尿外科杂志》许可转载[90]。
果蝇腔凝结似乎是苍蝇消除尿液废物的正常手段，先前的工作表明有两种类型[75]。I型主要由钙，镁和前马蹄肾小管中的蛋白聚糖基质组成。II型主要由钾和磷组成，位于前后马蹄内小管中。此后的研究表明，这些结核可以比作人类肾结石，并用作结石形成的功能性体内模型。
与啮齿动物模型类似，苍蝇中的高草酸尿症能够最终靠EG的施用诱导。补充EG的成体果蝇在短短6小时内产生CaOx凝结物[77]。用溶解在标准生长培养基中的草酸钠喂养果蝇幼虫，在2天内产生CaOx微石[78]。应用于解剖的Malpighian小管的偏振光证明了这些CaOx晶体的特征双折射（图3）。这些CaOx晶体也在显微计算机断层扫描（CT）上清晰可见 - （图4）。
图 3.黑腹蚴的Malpighian小管喂养高草酸盐与低草酸盐饮食。偏振光导致高草酸小管中草酸钙凝结物的双折射。经美国生理学杂志《肾脏生理学杂志》许可转载[78]。
图 4.D. melanogaster的3-D计算机断层扫描重建。Arrow = 存在于果蝇Malpighian 小管中的草酸钙凝结物。注意在Malpighian小管中发育的白色生物矿物质/结石（蓝色箭头）。
先前建立的GAL4驱动/UAS（上游活化序列）转基因系统允许研究人员在果蝇中进行靶向基因表达，并特异性敲低那些被认为在结石形成中起作用的基因[80]。利用果蝇可用的资源，研究人能简单地订购他们想要的驱动蛋白来表达或沉默特定的基因最终产物。在小鼠模型中完成遗传操作所需的至少3-6个月只需要2-3周[81]。
如前所述，阴离子交换剂SLC26A6在小鼠和人类的草酸盐运输中都很重要[62]，[82]。此后的实验表明，D. melanogaster基因组包含11个人类Slc26转运蛋白的9个同系物[83]。Slc26a5同源物dPrestin可以被认为是果蝇等同于SLC26A6[84]。
在草酸钠的膳食负荷之后，研究表明，在相对透明的解剖Malpighian小管中可视化草酸晶体的实时成核和生长的能力[85]。Hirata等人主要在前马蹄下小管的初始和主要节段的主要细胞中对dPrestin进行敲除，使mRNA水平降低50-70%，并产生显着减少的CaOx凝结物[78]。
I型和II型黄素尿继发于嘌呤代谢中的常染色体隐性缺陷，导致体内黄嘌呤和随后的黄嘌呤结石水平升高[86]，[87]。在 I 型黄嘌呤尿中，存在黄嘌呤脱氢酶（XDH） 的缺乏，该酶通常将次黄嘌呤转化为黄嘌呤，并将黄嘌呤转化为尿酸。负责I型的基因已定位于染色体2p22-23 [88]。
利用GAL4 / UAS，Chi等人对Xdh进行了果蝇基因沉默，导致在Malphighian小管中形成大块阻塞性结石（图5）[79]。该研究还表明，用别嘌呤醇对XDH的药物抑制产生相似的肾小管凝结物。此外，当这些Xdh沉默的苍蝇被喂食高酵母饮食时，它们的生存率下降到中位寿命3天，而对照组的平均寿命为60天。
与大鼠模型中显示的类似，给予EG和HLP等产石剂也导致果蝇黑腹股蓝小管内可重复的草酸钙晶体[77]，[78]。研究分别利用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）来鉴定晶体沉积和组成。
确定宝石成分的常规方法，傅里叶变换红外光谱（FTIR），表明Xdh敲低苍蝇宝石含有黄嘌呤[79]。然而，使用靶向代谢组学，这些结石也被发现含有次黄嘌呤。微量X射线吸收近边缘光谱（μXANES）是一种允许以亚微米分辨率询问样品感兴趣点内的化学环境的技术，证实了羟基磷灰石的存在。由于非钙基人石可能由羟基磷灰石nidus产生[89]，这一发现凸显了果蝇飞石凝结物与人石之间的潜在相似性。
虽然大多数石头都由草酸钙组成，但苍蝇模型已经阐明了其他矿物质在石头形成中的作用。锌是一种必需的矿物质，已在人类结石和果蝇Malpighian小管凝结物的形成中被鉴定出来[79]。分析苍蝇凝结物的矿物成分，人类兰德尔斑块和人类黄嘌呤结石表明钙（Ca），镁（Mg）和锌（Zn）是每个标本中的主要金属成分。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）表明，这些金属的相对数量在整个石源中是一致的。
锌浓度也被发现取决于标准果蝇饮食中存在的酵母的量（见图6）[79]。高酵母饮食 - 相当于人类的高蛋白饮食 - 导致高结石形成率，而低酵母饮食导致最小的结石形成。在低酵母饮食中补充锌的苍蝇增加了存在的凝结物量，其水平类似于高酵母饮食中的苍蝇。当用已知的锌螯合剂TPEN抑制锌时，锌的重要性得到了进一步证明，导致凝结物的量减少[79]。这些发现加强了动物模型对结石疾病的重要性，因为假如没有这一发现，人们可能不会认识到重金属在尿路结石中的存在和重要性。
虽然果蝇代表了一种可靠，快速，具有成本效益的模型系统，但其使用和适用性存在一些限制。作为一种无脊椎动物，苍蝇缺乏骨库，因此与脊椎动物相比，它的钙代谢可能根本不同。接下来，苍蝇不是一个动态模型，而是依赖于与人类不同的喂养周期。此外，可能很难测量果蝇摄入了多少食物和药物。
解剖学差异以前已得到解决，相反，应该被视为研究影响类似脊椎动物结构的疾病的单一组织建模的机会[90]。另一个引用的局限性是，由于苍蝇的Malpighian小管排入后肠，因此在单个消除室中存在废物的组合，胃肠道可以有助于消除电解质和水废物[91]。目前的解剖技术允许在与胃肠道交界之前分离Malpighian小管和输尿管。然后可以将这些解剖的小管安装并浸没在所需的介质中，在那里它们将继续分泌液体数小时[71]。然后可以以类似于24小时尿液分析的方式检查该液体的后续收集。
从理论上讲，猪模型将是一个极好的模型，因为从解剖学结构和生理学的角度来看，猪的肾脏类似于人类的肾脏。这导致多名研究人员通过将人肾结石置于猪肾内来测试新的内泌尿外科手术方式[92]，[93]，[94]，[95]。
比较猪和人类肾脏，解剖学上的相似性包括未分裂的肾皮层，多个髓质金字塔，每个髓质金字塔形成单独的或偶尔形成一个复杂的，特别是在上极[ 96 ]。猪一般有 8 - 12 个，而人类通常有 4 - 18 个[ 97 ]。此外，正如柯克曼所表明的，猪的肾脏生理学在最大尿浓度（猪1080 vs人类1160 mOsm/L）、肾小球滤过率（猪130 vs 人类126-175 mL/min/70 kg）和总肾血流量（猪4.0 vs 人类3.0-4.4 mL/min·g）[98]方面与人类相当。
迄今为止，猪模型一直专注于通过施用羟脯氨酸（HP）[99]，[100]，[101]，[102]来复制高草素状态。正如Mandel等人在年轻猪中所显示的那样，在所有HP喂养的猪中，每重量10%的反式-4-羟基-l-脯氨酸/食物导致尿草酸盐浓度在第6天最大增加[99]。虽然这些幼猪的尿草酸盐水平直到HP从饮食中移除后才下降，但一个有趣的发现是，将HP /食物浓度提高到20%并不能导致更高水平的高草酸尿症。有关高草酸尿症相关猪模型的更多详情信息，请参阅表3。
Kaplon等人证明，在传统或酸化饮食中，怀孕母猪在喂食10%HP时会出现高草酸尿和高血糖[100]。利用24小时尿液收集，高草酸尿和高血糖尿在喂养的第一天达到峰值，尽管继续HP给药，但随后下降。这可能是由于这些猪对HP饮食产生了厌恶，因为该研究指出，母猪在添加HP的日子里消耗的饭菜较少。
在对怀孕母猪模型的扩展上，Patel等人比较了HP的不同饮食组合物的有效性[101]。该研究为猪提供了5%HP，10%HP或由高HP（12%）和甘氨酸（20%）组成的明胶。根据结果得出，HP和明胶都诱导了相似的短期（5天）和长期（21天）高草酸尿症效应。该研究还强调了与HP诱导的高草酸尿症模型相关的财务问题，因为他们发现明胶比HP更具成本效益（7.32美元/kg对185.00美元/kg）[101]。
Mandel 等人在年轻雄性 Yorkshire - Durox 猪纵向切除肾的尖端中证明了草酸钙一水合物和二水合物结晶沉积物。同时， Sivalingam 等人证明了近端小管和肾尖端存在晶体，伴随的晶体似乎嵌入间质内。间质间隙变宽，这些晶体周围存在巨大的多核细胞，以及周围纤维化变化的明显炎症。
由于解剖学和生理学与人类相似，不幸的是，猪模型的局限性降低了其被广泛采用的能力。成年猪常常要大量的空间，并且它们的食物需求可能很昂贵，从而限制了该模型的可重复性。此外，在猪模型中，获得和准确测量尿量似乎也是一个挑战。一项研究中，12头猪中有一半，另一项研究中近1/3的受试者由于尿路感染或导管有关问题而不得不被排除在外[100]，[101]。这些结果强调了在延长的研究时间内从猪模型获得多个24小时尿液收集相关的挑战。
导致人类尿路结石疾病形成的事件顺序尚不清楚。如图所示，已经使用了多个动物模型来更好地理解最后导致尿路结石形成的病理生理学事件链。迄今为止，这些动物模型中每个模型的终点都是在尿液中或肾的组织学检查中看到的晶体的发育。虽然晶体可能是最终聚集和结石碎裂的早期形式，但在临床实践中，晶体破裂并不一定等同于未来的结石形成。因此，未来的研究要确定结晶过程是否独立于结石的形成。动物模型的实用性是了解泌尿系结石形成的时间发展所必需的。最终，理想的情况是，泌尿科和肾脏病学界将就一些动物模型达成一致，以便结果是互补和可比的。
