常見心血管系統(tǒng)疾病動物模型的造模方法盤點

還在苦苦尋找心血管疾病的造模方案？ 困在鼠鼠寶殿鼠房不知所措？ 嘻嘻，淺幫一哈~  本期小 M 帶大家了解下常見心血管系統(tǒng)疾病的造模方法~

01
高血壓模型

1. 遺傳性高血壓模型

遺傳性高血壓模型可以模擬人類的遺傳現(xiàn)像，其中以自發(fā)性高血壓大鼠 (SHR) 最為常用。

SHR 成鼠血壓水平 一般 >200 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)，初期并沒有明確的病理性紊亂證據(jù)，后期出現(xiàn)高血壓靶器官損害，是目前國內(nèi)外公認的最接近人類原發(fā)性高血壓的動物模型[1][2]。

2. 誘發(fā)性高血壓模型

• 腎血管性高血壓模型：通過減少腎上主動脈或主腎動脈的血流量 (切除或不切除腎腫塊)、誘導腎實質(zhì)受壓、腎次全切除術(shù)或竇主動脈壓力感受器去神經(jīng)支配來外科誘發(fā)高血壓，這適用于小型和大型動物模型。

• 血管緊張素 II 依賴性高血壓：腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng) RAAS 在正常的鈉和水穩(wěn)態(tài)中起著根本性的作用。因此，長期皮下輸注血管緊張素 II (HY-13948) 是最廣泛使用的嚙齒動物高血壓臨床前模型之一。

• 鹽皮質(zhì)激素性高血壓模型：鹽皮質(zhì)激素與高鹽飲食的聯(lián)合使用可誘發(fā)大型和小型動物的高血壓。對于鹽攝入量高的動物，使用脫氧皮質(zhì)酮 (HY-B1472)（通常以 DOCA 的形式）是誘發(fā)鹽皮質(zhì)激素-鹽高血壓最常用的方法。

 
此外，還有腎病性高血壓模型、一氧化氮誘導模型、肥胖相關(guān)高血壓模型等。

表 1. 不同高血壓實驗?zāi)Ｐ偷难�管靶器官損傷^[1]。

 
02
心臟疾病模型

1. 動脈粥樣硬化模型 

小鼠模型已被證明可用于研究動脈粥樣硬化病變的發(fā)展和進展，由于野生型小鼠不易發(fā)生病變，目前動脈粥樣硬化的小鼠模型是基于脂蛋白代謝的基因改造和額外的飲食變化。其中，低密度脂蛋白受體缺陷小鼠 (LDLR−/− 小鼠) 和載脂蛋白 E 缺陷小鼠 (apoE−/− 小鼠) 是最常用的[2]。

此外，糖尿病是心血管疾病的高危因素。糖尿病的心血管并發(fā)癥主要表現(xiàn)為動脈粥樣硬化加速引起的缺血性心臟病，也可表現(xiàn)為心肌病。目前有幾種模型可用于研究糖尿病相關(guān)的動脈粥樣硬化和心肌病，例如通過鏈脲佐菌素 (HY-13753) 或病毒注射 apoE−/− 和 LDLR−/− 小鼠誘發(fā)Ⅰ型糖尿病，從而模仿Ⅰ型糖尿病患者的加速動脈粥樣硬化。

2. 腹主動脈瘤（AAA）動物模型

腹主動脈瘤 (Abdominal Aortic Aneurysms, AAA) 是一種血管退行性疾病，是一種潛在的危及生命的疾病，其特征是血管平滑肌細胞 (VSMCs) 的損失、細胞外基質(zhì) (ECM) 的降解、炎癥和氧化應(yīng)激[3]。

動脈粥樣硬化血栓性 AAA 的動物模型是臨床前評估抑制動脈瘤變性的新治療策略的重要工具。其中小鼠已成為心血管研究的首選模型，原因包括易于操作、程序成本低以及能夠操縱小鼠基因組等。

常用 AAA 模型包括氯化鈣誘發(fā)、彈性蛋白酶 (HY-P2974) (Elastase) 誘發(fā)、血管緊張素 II (Angiotensin II) 誘發(fā)、以及自發(fā)小鼠突變體。

表 2. 常見的腹主動脈瘤（AAA）動物模型^[2]。

 
3. 心力衰竭模型

大鼠模型在心臟損傷研究中占據(jù)主導地位，其心肌損傷由三種方法引起：手術(shù)、藥物或電擊。

在手術(shù)方法中，左冠狀動脈結(jié)扎是誘發(fā)大急性心肌損傷的最常用方法。同時，藥物也可誘導心臟損傷，如使用 β-腎上腺素受體 (beta-one adrenergic receptor, B-AR) 激動劑異丙腎上腺素 (HY-B0468) (Isoproterenol)，在適當劑量下，其會誘發(fā)心肌細胞壞死和廣泛的左心室擴張和肥大。異丙腎上腺素治療和大鼠左冠狀動脈結(jié)扎均是心臟損傷模型有效且可重復(fù)的方法。

此外，電灼傷法是將一根 2 mm 尖頭烙鐵置于大鼠左心室心外膜，在暴露的心臟中產(chǎn)生重疊燒傷。雖然這也是一種有效的方法，但不同實驗室產(chǎn)生的心臟損傷程度并不一致，因此限制了該方法所得結(jié)果的可重復(fù)性[2]。

表 3. 目前引起動物心臟損傷的方案^[2]。

 

03
心血管疾病：常見誘導物

1. Angiotensin II human 

• Angiotensin II (Ang II) 誘導 AAA 模型

滲透泵皮下輸注 AngII 是一種可靠且可重復(fù)的技術(shù)，可用于誘發(fā)小鼠的腹主動脈瘤和胸主動脈瘤 (點擊此處查看詳細參考步驟)[3]。

研究證實， 9-12 周齡雄性 Apoe−/− 小鼠使用 Alzet 滲透壓泵輸入生理鹽水或MCE Ang II (HY-13948)，1000 ng/min/kg，持續(xù) 4 周，可誘導 AAA 模型[4]。4 周后，小鼠腎上主動脈最大內(nèi)徑明顯增大，腹主動脈內(nèi)徑增加，彈力層顯著降解，中層膠原沉積明顯。

A-B．Ang II 顯著增加小鼠腎上主動脈最大內(nèi)徑，誘導主動脈瘤形成；C-E．Ang II 組小鼠腹主動脈內(nèi)徑顯著增加 (HE 染色)，彈力層顯著降解 (EVG 染色)，中層膠原沉積(Masson 染色為藍色)。
 

• Ang II 誘導高血壓

研究證實，C67BL/6J 小鼠 (10–12 周齡, 體重 20–22 g)，灌注 MCE Ang II (HY-13948)，1.44 mg/kg/天，連續(xù) 28 天[4]。結(jié)果顯示，灌注 Ang II 的小鼠血壓明顯升高。

圖 2. Ang II 誘導小鼠高血壓收縮壓 (Systolic blood pressure, SBP) 變化^[4]。

 

• Ang II 誘導心肌肥大

研究證實，雄性 C57BL/6 小鼠 (6-8 周齡，20-23 g)，采用頸后植入式滲透泵，以500 ng/kg/min 的劑量輸注生理鹽水或 MCE Ang II (HY-13948)， 2 周后，雄性 C57BL/6 小鼠出現(xiàn)心臟肥大，心功能不全，心臟組織的橫截面積明顯增加，細胞間隙減少，心肌纖維化顯著增加[5]。

圖 3. Ang II 誘導小鼠心肌肥大^[5]。 

A．Ang II 輸注顯著增加了小鼠的 HW/TL 比率；B．HE 染色顯示 Ang II 組小鼠心臟組織的橫截面積明顯增加，細胞間隙減少；C．Masson 三色染色顯示 Ang II 組小鼠心肌肥厚纖維化顯著增加。
 

2. L-NAME hydrochloride 

• L-NAME 誘導高血壓

ApoE− /− 小鼠 (雄性，7周)腹腔注射 MCE L-NAME (HY-18729A)，20 mg/kg/天，并伴隨高脂飲食(High-fat diet, HFD)，連續(xù) 12 周。12 周后，L-NAME 顯著促進不穩(wěn)定的動脈粥樣硬化表型，增加小鼠的動脈血壓，增加血清中的 TG、TC 和LDL水平，使多個動脈床主動脈病變增加約 20%[6]。

A. 小鼠高血壓加重動脈粥樣硬化 (aggravates atherosclerosis,AS)的建立研究設(shè)計。在高脂飲食喂養(yǎng)或 L-NAME（20 mg/kg/D）治療 12 周后，對小鼠實施安樂死，并準備組織冷凍或石蠟切片進行染色。HFD，高脂飲食；wks，周。B. 小鼠（每組 6 只小鼠）的平均收縮壓 (SBP) 水平。*P < 0.05。C. 小鼠血清甘油三酯 (TG)、低密度脂蛋白 (LDL)、高密度脂蛋白 (HDL) 和總膽固醇 (TC) 的平均水平。*P < 0.05，**P < 0.01。D-E: 油紅 O 染色結(jié)果和主動脈 H&E 染色正面分析顯示，L-NAME 也加重了動脈粥樣硬化斑塊。與僅喂食高脂飲食的小鼠相比，L-NAME 使多個動脈床中的主動脈病變增加了約 20%，包括中位竇動脈粥樣硬化病變大小。
 

3. 鹽酸阿霉素 (DOX)

• DOX 誘導心臟功能障礙

鹽酸阿霉素 (Doxorubicin hydrochloride, DOX) 是一種強效抗癌化療藥物，其臨床應(yīng)用受到心臟毒性的極大限制，后將其用于誘導心臟毒性小鼠模型[7]。

研究證實，使用 MCE 鹽酸阿霉素 (DOX)（HY-15142A) 以 3 mg/kg 的劑量對C57BL/6J 小鼠 (雄性，6–8 周，20 ± 2 mg) 進行腹腔注射，連續(xù)兩周 (直到累積劑量達到 21 mg /kg)，誘導心臟毒性小鼠模型。結(jié)果顯示，模型小鼠心功能明顯降低，出現(xiàn)嚴重的心肌纖維斷裂和心肌萎縮[7]。

A-C. 接受 DOX 治療的小鼠的心臟總大小 (A)、心肌細胞橫截面積 (圖 B) 和心臟重量/體重比 (C)。D. HE 染色顯示 DOX 誘導了嚴重的心肌纖維斷裂和心臟萎縮。E：Masson 三色染色顯示接受 DOX 治療的心臟中存在大量膠原蛋白積聚，這可能在臨床上表現(xiàn)為嚴重的心臟纖維化。
 

• DOX 誘導心力衰竭

研究證實，C57BL/6J 小鼠 (雄性，8 周齡)，使用 MCE 鹽酸阿霉素 (DOX)（HY-15142A) 以 5 mg/kg 的劑量每周腹腔注射給藥 1 次，連續(xù) 4 周，可誘導心力衰竭小鼠模型[8]。4 周后，模型小鼠心功能指標 LVFS、LVEF、心率降低，心臟大小和心臟重量與體重的比值 (HW/BW) 顯著降減少，心臟萎縮明顯，心臟組織心肌纖維化明顯增強。

圖 6. DOX 誘導心力衰竭小鼠模型^[8]。

A. 動物實驗的設(shè)計。B-C. 超聲心動圖測量 LVEF、LVFS 和 HR。D-E. 對心臟樣本進行拍照、加權(quán)，計算心臟重量 (HW) 與體重 (BW) 之比。F. 對心臟組織切片進行HE染色，定量測定纖維化水平。
 

4. 野百合堿 (MCT)

• MCT 誘導肺動脈高壓

研究證實，Sprague Dawley 大鼠(雄性，約 200-250 g)，使用 MCE 產(chǎn)品Monocrotaline (MCT) (HY-N0750), 腹膜內(nèi)注射 50 mg/kg，連續(xù) 3 周，可誘導肺動脈高壓 (Pulmonary hypertension, PH)[9]。結(jié)果顯示，3 周后模型組大鼠心臟功能減弱，肺血管重塑明顯，非肌肉化、部分肌肉化或完全肌肉化的肺小動脈比例變化顯著。

圖 7. MCT 誘導肺動脈高壓大鼠模型^[9]。

A. 超聲心動圖測量 PAAT、RVID、RVWT 和 TAPSE。B. αSMA (綠色) 染肺動脈的 HE 染色及免疫熒光染色。C. MCT處理大鼠的非肌化、部分肌化或完全肌化肺小動脈的比例。
 

5. 去甲腎上腺素 (NE)

• NE 誘導心肌肥厚模型

研究證實，對 C57BL/6J 小鼠 (雄性，6–8 周)皮下注射 MCE 產(chǎn)品去甲腎上腺素 (Norepinephrine, NE)（HY-13715) NE 劑量為 1.5 mg/kg (用 0.1% Vc 溶解) ，每天 2 次，連續(xù) 15 天，誘導小鼠心肌肥厚[10]。15 天后，小鼠左心室收縮功能降低，LVPW 厚度增加，心臟體積增大明顯，心肌細胞橫截面積顯著增加，心肌肥厚癥狀顯著。

圖 8. NE 誘導心肌肥厚小鼠模型^[10]。 

A. 小鼠左心室腔 M 型超聲心動圖。B. 小鼠全心的大體形態(tài)。C. 心臟組織 HE 染色。
 

 
04
小結(jié)

心血管疾病的動物模型為人類心血管疾病的遺傳基礎(chǔ)提供了重要的見解，并為藥物和治療方法提供了試驗平臺。盡管存在部分限制，動物模型仍然是促進對人類心血管疾病機制的理解的最佳工具。大家可以根據(jù)自己的研究目的，選擇最佳造模方法~
 

產(chǎn)品推薦

Angiotensin II human (HY-13948) 血管緊張素 Ⅱ，一種血管收縮劑。

L-NAME hydrochloride (HY-18729A) L-NAME hydrochloride，N-硝基-L-精氨酸甲酯，NOS 抑制劑。

Doxorubicin hydrochloride (HY-15142) 鹽酸阿霉素，一種具有細胞毒性的蒽環(huán)類抗生素，抗癌化療試劑。

Monocrotaline (HY-N0750) 野百合堿，一種 11 元大環(huán)吡咯利西啶生物堿，用于在嚙齒動物中誘導肺動脈高壓模型。

Norepinephrine (HY-13715) 去甲腎上腺素，一種有效的腎上腺素能受體 (AR) 激動劑。

Resiquimod (HY-13740) 一種 Toll 樣受體 7 和 8 (TLR7/TLR8) 的激動劑。

Dexamethasone (HY-14648) 糖皮質(zhì)激素受體激動劑、凋亡誘導劑。

參考文獻：
[1] Lerman LO, et al. Animal Models of Hypertension: A Scientific Statement From the American Heart Association. Hypertension. 2019 Jun;73(6):e87-e120. 
[2] Zaragoza C, et al. Animal models of cardiovascular diseases. J Biomed Biotechnol. 2011;2011:497841. 
[3] Wei X, et al. Terazosin attenuates abdominal aortic aneurysm formation by downregulating Peg3 expression to inhibit vascular smooth muscle cell apoptosis and senescence. Eur J Pharmacol. 2024 Apr 5;968:176397. 
[4] Yang J, et al. The Long non-coding RNA MALAT1 functions as a competing endogenous RNA to regulate vascular remodeling by sponging miR-145-5p/HK2 in hypertension. Clin Exp Hypertens. 2023 Dec 31;45(1):2284658. 
[5] Yang J, et al. Dapagliflozin attenuates myocardial hypertrophy via activating the SIRT1/HIF-1α signaling pathway. Biomed Pharmacother. 2023 Sep;165:115125. 
[6] Sun Y, et al. Epigenetic modification of TWIST1 in macrophages promotes hypertension-induced atherosclerotic plaque instability. Int Immunopharmacol. 2024 Jan 25;127:111313. 
[7] Fang G, et al. Amentoflavone mitigates doxorubicin-induced cardiotoxicity by suppressing cardiomyocyte pyroptosis and inflammation through inhibition of the STING/NLRP3 signalling pathway. Phytomedicine. 2023 Aug;117:154922. 
[8] Yang X, et al. Novel pterostilbene derivatives ameliorate heart failure by reducing oxidative stress and inflammation through regulating Nrf2/NF-κB signaling pathway. Eur J Med Chem. 2023 Oct 5;258:115602. 
[9] Luo Y, et al. CD146-HIF-1α hypoxic reprogramming drives vascular remodeling and pulmonary arterial hypertension. Nat Commun. 2019 Aug 7;10(1):3551. 
[10] Tang K, et al. Phillyrin attenuates norepinephrine-induced cardiac hypertrophy and inflammatory response by suppressing p38/ERK1/2 MAPK and AKT/NF-kappaB pathways. Eur J Pharmacol. 2022 Jul 15;927:175022.