動脈粥樣硬化動物模型的研究現況及特點

王琴琛 魏 蝶 朱配瑤 陳 茵 徐 漫 陳雪嬌

湖北文理學院基礎醫學院 湖北襄陽 441053

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種對人類生命健康產生嚴重危害的疾病，是我國冠狀動脈血栓形成和缺血性卒中最常見的發病原因。其特點是病變從受累動脈的內膜開始，逐漸引起脂質積聚、纖維組織增生和鈣質沉著，甚至導致動脈中層的鈣化，繼而在此基礎上發生斑塊內出血、斑塊破裂以及局部血栓形成，這是大部分心血管疾病的主要病因。而血小板活化乃至動脈血栓形成是造成AS病人血流阻塞的關鍵始動環節。隨著科學技術的發展和生活水平的改善，人類對心腦血管疾病的發生發展、治療對策以及藥物研發的關注度日益增高。因此，建立可靠有效的AS血栓動物模型成為該疾病研究的重要技術手段。本文通過對目前現有動物模型的研究現狀以及不同動物模型的優缺點進行總結，以期為動脈血栓疾病發病機制和新型抗栓藥物研發提供潛在藥物靶點和前期研究基礎。

1 嚙齒類模型

目前動脈粥樣硬化血栓研究中，嚙齒類是應用最廣泛的動物模型。該類動物體型小、繁殖速度快，目前主要有小鼠、大鼠以及豚鼠用于動脈粥樣硬化的研究。

1.1 小鼠模型

小鼠動脈粥樣硬化常發生于主動脈根部、主動脈弓和頭臂干，而人類則主要發生在冠狀動脈、頸動脈等部位。小鼠模型具有體型小、繁殖迅速、易于培育、模型建立成本低以及操作簡便等優點。缺乏ApoE或LDL受體(LDLR)可誘發不基于HDL的高膽固醇血癥，這是小鼠模型動脈粥樣硬化形成的基礎。通過建立不同小鼠模型，我們對動脈粥樣硬化血栓形成機制的理解更為深刻，但小鼠模型并不能作為評估人類疾病的確切模型。

隨著轉基因技術的不斷進步，載脂蛋白E缺乏小鼠(ApoE)模型與低密度脂蛋白受體敲除小鼠(LDL)模型成為目前應用較為廣泛的兩種模型。ApoE小鼠動脈粥樣硬化斑塊主要在主動脈根部、主要分支等部位形成，這與人類極其相似的。且該模型具有動脈粥樣硬化病變的全譜系，故可能是應用最廣泛的模型，但其局限性也是不容忽略的。載脂蛋白E缺乏小鼠模型VLDL的含量最豐富，而人類最常見的主要為LDL。此外，載脂蛋白E影響著體內多種功能，而這些與ApoE小鼠模型動脈粥樣硬化斑塊的形成息息相關，與血脂水平卻不相關。(LDL)小鼠模型中形成的動脈粥樣硬化斑塊與ApoE小鼠是相同的，但在不同飲食的誘導下，會產生更嚴重的病變。

1.2 大鼠模型

大鼠具有體型適中、抵抗力強、飲食結構與人相近等優點，進而成為較理想的動脈粥樣硬化動物模型。目前大鼠模型主要用于動脈粥樣硬化發病機制的探討以及模型的建立，但大鼠飲食誘導性高脂血癥特征并不穩定，對動脈粥樣硬化的發生發展還有一定的抵抗作用。目前出現了許多基因構建大鼠模型，運用同源重組技術構建胚胎干細胞特異性敲除大鼠模型，結果顯示部分基因在動脈粥樣硬化發展過程中是具有一定功能的。通過大鼠胚胎干細胞體外培養，發現不易獲得有遺傳性的該細胞，這是該模型構建過程中最大的困難。

1.3 豚鼠模型

與大鼠相比，豚鼠對飲食中膽固醇的變化更為敏感，少量的膽固醇即可引起明顯的高膽固醇血癥。經高脂飲食模式誘導，主動脈壁形成脂質斑塊，內膜增厚且炎癥細胞增多，出現泡沫細胞以及纖維斑塊等嚴重病變。但經高膽固醇飲食誘導，豚鼠免疫力降低，早期炎性反應無法觀察。豚鼠體內含LDL-C、HDL-C以及VLDL-C，這與人體組成是很接近的。游離膽固醇是人類和豚鼠體內主要的肝臟膽固醇，豚鼠肝臟的ACAT活性增高可促進脂質沉積。而豚鼠CETP含量的增高也進一步促進了動脈粥樣硬化的發生發展。豚鼠病變部位主要在主動脈和冠狀動脈，在脂質代謝、膽固醇高敏感性等方面與人類相似。且具有體型小、操作簡便等優點，為探索不同藥物作用的靶點提供了新思路。

2 豬模型

普通飲食喂養的豬也有發生動脈粥樣硬化的可能，通過改變喂養方式，豬還能自發地發展成動脈粥樣硬化。豬具有與人類相似的脂蛋白譜，病變部位在冠狀動脈，且體型夠大，可以對動脈進行無創測量，并采集足夠的血管組織進行分析。此外，在闡明血流動力學異質性的相互作用以及動脈內皮層的反應方面具有重要作用。Gerrity和Davies等人對豬的研究結果顯示，低脂飲食模式下的豬也顯示出主動脈通透性增強或有限區域，不同動脈的動脈粥樣硬化血栓易感和耐藥部位的內皮基因的表型也有所不同。高膽固醇血癥主要累及LDL并產生主要泡沫細胞粥樣硬化病變。此外，富脂泡沫細胞與無脂單核細胞之比會隨時間發生變化，這說明病變是動態的。由于豬的生長發育緩慢，喂養成本高，建模花費時間長，故豬模型的應用存在著一定的制約。

3 兔模型

兔子可能是對高膽固醇飲食最敏感的動物，也是建立動脈粥樣硬化模型最早的動物。渡邊遺傳性高膽固醇血癥(WHHL)兔的LDLR存在缺陷，與膽固醇飲食模式下的新西蘭白兔相比，LDL為WHHL兔的主要脂蛋白。WHHL兔的病變主要來源于平滑肌細胞(SMC)衍生的泡沫細胞。WHHL雜合子兔在膽固醇飲食誘導下出現特征性病變，這與純合子家族性高膽固醇血癥患者高度接近。近年來也出現了ApoE轉基因兔子，兔子作為食草性動物，其體內的脂質蛋白與人類有一定差異，在代謝方面也不盡相同，更重要的是，人類動脈粥樣化主要發生在冠狀動脈，而兔主要在小動脈。總而言之，兔子在不同的喂養條件下，會產生不同的病變特點，而且容易發生感染導致死亡，這是該模型在應用中急需解決的關鍵問題。

4 斑馬魚動物模型

斑馬魚是在研究發育和人類疾病模型中可靠的動物模型。斑馬魚具有體型小、喂食成本低、易于繁殖、體外受精、發育迅速等優點，實現經濟可行的大規模靶點篩選。斑馬魚與鼠、兔、豬等AS動物模型相比，在高膽固醇飲食模式誘導下，最為顯著的變化是氧化脂蛋白急劇增加，這使其成為研究脂蛋白氧化機制的可靠模型。斑馬魚現已成為研究動脈粥樣硬化的替代動物模型，特別是在動脈粥樣硬化的早期進展方面。目前，主要有以下幾種斑馬魚模型，且應用較為廣泛。

4.1 apoc2突變斑馬魚

利用TALEN技術敲除斑馬魚中的

apoc2

后，結果顯示

apoc2

突變斑馬魚發生了嚴重的乳糜酶血癥和高甘油三酯血癥，這與缺乏

APOC2

的人類有相近的表現。正常飲食模式誘導下的

Apoc2

幼蟲，脂質積累增加，并出現含脂質巨噬細胞，與人類Ⅱ型AS病變發展過程中觀察到的結果類似。因此，正常飲食模式誘導下的

apoc2

斑馬魚可作為篩選高脂血癥潛在藥物的模型。

4.2 lxr突變斑馬魚

膽固醇分解代謝中的肝臟X受體(LXRs)發揮著重要作用。

Lxr

突變斑馬魚在高膽固醇飲食模式或高脂肪飲食模式誘導下，LDL顯著增加，易引起嚴重的高膽固醇血癥和肝脂肪癥，與人類相似。故該模型可用于篩選潛在的腸道限制性LXR激動劑。

4.3 cetp突變斑馬魚

膽固醇酯轉運蛋白(CETP)是一種主要在肝臟和脂肪組織中合成的酶，可使HDL的分解速度加快，并在逆向轉運膽固醇的過程中發揮重要作用。運用CRISPR/Cas9技術敲除斑馬魚的

cetp

基因后，可使高密度脂蛋白膽固醇含量增加，產生抗動脈粥樣硬化的作用，但其自噬系統被激活，導致炎癥反應發生，進而加快動脈粥樣硬化形成。該模型可用于CETP抑制劑的研究并進一步探索CETP在動脈粥樣硬化進程中的作用機制。

5 鳥類模型

目前主要有鴿子和鵪鶉作為實驗模型。個別鳥類可自發形成動脈粥樣硬化病變，而鵪鶉作為其中之一，不僅操作方便、喂養成本低等優點，而且早期脂質斑塊與人類高度相似。但由于物質代謝與人類存在一定差異，故大多用于抗動脈粥樣硬化藥物作用的評價，并未作為治療模型應用。持續高膽固醇的誘導是鵪鶉模型建立成功的關鍵。隨著喂養時間的增加，病變的嚴重程度也增加，其血漿、LDL-C、HDL-C水平均增加，而HDL-C的增加與該動物模型的年齡有一定關系。白卡奴鴿(WC-As)是可自發出現動脈粥樣硬化的鳥類。該模型建模時間短、成本低，操作簡便，但由于其體型小且動脈較細，部分操作以及誘導損傷較難進行。大部分實驗用鳥類產生動脈粥樣硬化是因為基因表達缺失所致，這與人類涉及的復雜機制是不同的。

6 非人靈長類動物模型

非人靈長類動物中也有與動脈粥樣硬化血栓和脂蛋白代謝相關的探索。常見長尾猴、長毛猴和松鼠猴，它們的動脈粥樣硬化血栓易感性從低到高依次排列。恒河猴、食蟹猴和狒狒等也曾被研究，它們具有與人類脂蛋白代謝高度相似的非HDL脂蛋白、HDL亞類以及CETP的表達。此外，在高膽固醇飲食模式下，雄性動物模型發生動脈粥樣硬化血栓的可能性更高。恒河猴在高膽固醇飲食模式的誘導下會出現復雜的冠狀動脈病變，表現為血管的密度增加，內膜增厚。而在低膽固醇飲食模式的誘導下，冠狀動脈粥樣硬化血栓則可減退，恒河猴是最早發現這一現象的物種之一。對比發現，恒河猴在高脂肪飲食誘導下動脈粥樣硬化血栓的發生率與食蟹猴不同。食蟹猴對飲食的表現更明顯，血漿膽固醇水平幾乎是恒河猴的兩倍，其病變發展速度更快、泡沫細胞更豐富。狒狒的脂蛋白和動脈粥樣硬化血栓反應還有一定的個體差異。雖然靈長類動物在各器官結構、冠狀動脈病變部位等方面與人類是高度接近的，但由于建模所需費用、血栓發展所需時間以及有限的遺傳信息等因素的影響，應用非人靈長類動物模型研究動脈粥樣硬化血栓仍有一定的局限性。

7 展望

AS是一種復雜的進行性疾病，其發病機制尚不完全清楚。目前臨床治療AS的藥物包括他汀類藥物、抗血栓藥物和手術干預以緩解并發癥，但目前仍沒有有效或特異性的AS治療藥物。因此，尋找新的藥物靶點和開發更安全、有效的抗血栓策略是當前國際研究的熱點和亟待解決的科學問題。現有研究AS的動物模型逐漸豐富，不同的研究靶向可以選擇不同的動物模型，應用不同的方法，從而取得一定的實驗結論。完善現有動物模型的不足，探索新的動物模型，建立可靠有效、與人類各器官結構、細胞功能相近的動物模型仍是我們不斷追求的目標，以進一步攻克心腦血管疾病領域的更多難題。