心血管類(lèi)動(dòng)物模型
動(dòng)脈粥硬化模型
健康的動(dòng)脈具有彈性,但隨著時(shí)間的推移,動(dòng)脈壁會(huì)變硬,這種情況通常稱(chēng)為動(dòng)脈硬化。受累動(dòng)脈的病變內(nèi)膜局部會(huì)有脂質(zhì)積聚、纖維組織增生和鈣質(zhì)沉著,形成斑塊。由于在動(dòng)脈內(nèi)膜積聚的脂質(zhì)外觀呈黃色粥樣,因此稱(chēng)為動(dòng)脈粥樣硬化。
動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)物模型構(gòu)建的方法
一般來(lái)說(shuō),動(dòng)脈硬化容易實(shí)現(xiàn),而是否有斑塊、斑塊是什么樣子,斑塊的成分如何,斑塊發(fā)生的部位在哪里,這些往往與人類(lèi)的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊有很大的差別,因此,應(yīng)當(dāng)特別注意動(dòng)物的選擇。
目前可以作為動(dòng)脈粥樣硬化(AS)模型的動(dòng)物有:兔、豬、鼠、雞、鴿、猴和犬等。其中兔和鼠是其中最常用的,兩者各有優(yōu)缺點(diǎn):
兔對(duì)高脂飲食特別敏感易造模,是最早用于研究動(dòng)脈粥樣硬化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。然而其AS病變與人的病變只在表面上相似,病變中的脂類(lèi)和巨噬細(xì)胞含量遠(yuǎn)比人類(lèi)大;
鼠具有抗AS性,但作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,具有經(jīng)濟(jì)效益高、生存能力強(qiáng)、死亡率低的特點(diǎn),鼠AS模型病變的形態(tài)、斑塊的破裂位置與人類(lèi)十分相似,但鼠模型的斑塊破裂處缺乏纖維蛋白和血栓形成。
1)高脂、高膽固醇飼料誘導(dǎo)法
高脂飼喂法早在20世紀(jì)70年代已被采用,至今仍是模擬AS模型最重要的方法。特點(diǎn)是死亡率低,可長(zhǎng)期觀察,但費(fèi)時(shí)久。
造模機(jī)制:動(dòng)物機(jī)體脂質(zhì)代謝紊亂,血脂升高,容易引起血管內(nèi)皮損傷,導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能紊亂、通透性增高,最終導(dǎo)致血管壁的脂質(zhì)浸潤(rùn)、形成動(dòng)脈粥樣硬化。
造模方法:在動(dòng)物飼料中加入過(guò)量的膽固醇和脂肪。(在基礎(chǔ)飼料前提下,添加膽固醇、蛋黃、豬油。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,采用不同配方。?/p>
由于嚙齒類(lèi)動(dòng)物(如小鼠、大鼠)對(duì)膽固醇幾乎不反應(yīng),為了促進(jìn)病變的形成,在高脂、高膽固醇飼料中可加入膽酸鹽、甲基硫氧嘧啶、丙基硫氧嘧啶、甲亢平、苯丙胺、維生素D、煙堿或蔗糖等,可進(jìn)一步加速動(dòng)脈病變的形成。
舉例:
①兔:選用4月齡左右雄性日本大耳白家兔或新西蘭家兔,給予含0.3%膽固醇飲食(建議飲食中膽固醇水平小于0.6%),可使家兔血漿膽固醇迅速升高,6周后家兔主動(dòng)脈弓可出現(xiàn)明顯動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。隨著飼喂時(shí)間延長(zhǎng),可誘導(dǎo)家兔胸主動(dòng)脈、腹主動(dòng)脈、冠狀動(dòng)脈出現(xiàn)粥樣硬化斑塊。
②大鼠:含膽酸和硫脲嘧啶的高脂、高膽固醇飲食誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生高脂血癥及動(dòng)脈粥樣硬化。此外,給大鼠飼喂高膽固醇飲食,同時(shí)給予大量維生素D2能使血漿膽固醇水平升高,主動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈出現(xiàn)粥樣斑塊。
③小鼠:選用6~8周C57BL/6小鼠,用含膽固醇1.25%、膽酸0.5%和脂肪15%的飲食飼喂10周,能誘導(dǎo)出動(dòng)脈粥樣硬化早期病變。
優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)單,成本較低,較符合人類(lèi)飲食的特點(diǎn),病理改變與人早期相似。缺點(diǎn):造模時(shí)間較長(zhǎng),不易形成類(lèi)似人體的后期粥樣斑塊病變,期間易導(dǎo)致繼發(fā)感染從而影響實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性。
適用于:早期動(dòng)脈粥樣硬化的研究。
2) 免疫損傷法
AS的發(fā)病機(jī)制有免疫因素的存在,所以可以從免疫學(xué)的角度來(lái)建立AS模型,如使用牛血清白蛋白、卵清白蛋白、肺炎衣原體、EB病毒、巨細(xì)胞病毒、幽門(mén)螺桿菌、內(nèi)毒素等進(jìn)行免疫刺激,從而誘發(fā)AS的產(chǎn)生。
造模機(jī)制:免疫刺激引起動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成及sCD40L水平升高,從而引起動(dòng)脈粥樣硬化。
造模方法:(1)將大鼠主動(dòng)脈勻漿給兔注射,可引起血膽固醇、β-脂蛋白及甘油三脂升高。
(2)給兔注射馬血清10ml/kg/次,共4次,每次間隔17天,動(dòng)脈內(nèi)膜損傷率為88%,冠狀動(dòng)脈亦有粥樣硬化的病變;同時(shí)給予高膽固醇飼料,病變更加明顯。
(3)兔喂飼含1%膽固醇的飲料,靜脈注射牛血清白蛋白250mg/kg,可加速高膽固醇飼料引起的動(dòng)脈內(nèi)膜病變形成。
優(yōu)點(diǎn):建模時(shí)間短、成活率高、模型穩(wěn)定、可控性好。
缺點(diǎn):所形成的單純免疫性炎性不能涵蓋動(dòng)脈粥樣硬化炎性反應(yīng)過(guò)程,其病理特征也有待進(jìn)一步觀察。
適用于:動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制的研究
3)血管內(nèi)皮損傷法
造模機(jī)制:通過(guò)外力損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞,使血管內(nèi)皮通透性、黏附性、血液凝固改變,造成動(dòng)脈內(nèi)膜損傷或功能障礙,再輔助性飼喂高脂、高膽固醇飲食,可誘導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化形成。
根據(jù)不同的外力,血管內(nèi)皮損傷法可以分為機(jī)械損傷法和物理生化因子損傷法。前者主要是用球囊導(dǎo)管、鋼絲套圈或金屬絲等來(lái)?yè)p傷血管內(nèi)皮,而后者則是用化學(xué)藥品、電刺激、空氣干燥或放射線等來(lái)?yè)p傷血管內(nèi)皮。
其中球囊損傷法具有可靠性強(qiáng)、可重復(fù)性高、更符合臨床動(dòng)脈粥樣硬化疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)。
A 球囊損傷法
方法:將球囊導(dǎo)管插入血管后,將球囊充氣,反復(fù)進(jìn)出牽拉3次,以損傷血管內(nèi)膜。
大鼠:將充滿生理鹽水的塑料球囊導(dǎo)管自頸外動(dòng)脈進(jìn)入胸主動(dòng)脈,向外拉至頸外動(dòng)脈再進(jìn)入胸主動(dòng)脈,反復(fù)3次,再喂以高脂、高膽固醇飲食8周后,可以出現(xiàn)明顯動(dòng)脈粥樣硬化病變。
注意:球囊損傷管到達(dá)頸總動(dòng)脈中段后,進(jìn)行反復(fù)牽拉時(shí),用力一定要輕,以防動(dòng)物意外死亡。
優(yōu)點(diǎn):時(shí)間短,定位明確,易于評(píng)價(jià),并可根據(jù)不同的研究目的和動(dòng)物,選用不同的動(dòng)脈造模。
缺點(diǎn):形成的斑塊較易脫落而形成血栓,若球囊大小控制不佳會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈破裂或建模失敗。
適用于:動(dòng)脈粥樣硬化的用藥或轉(zhuǎn)基因治療實(shí)驗(yàn)的研究
B 氣體干燥法
方法:空氣干燥法是以流量為50-250ml/min的干燥清潔氣流吹實(shí)驗(yàn)部位的動(dòng)脈血管內(nèi)膜5-15min,以造成內(nèi)膜內(nèi)皮細(xì)胞變性和功能減退,建立動(dòng)脈粥樣硬化模型。
優(yōu)點(diǎn):成模時(shí)間短,操作柔和,內(nèi)膜變化更接近自然狀態(tài)下動(dòng)脈粥樣硬化形成的進(jìn)程,可控性強(qiáng),不易損害到血管的其他部位。
缺點(diǎn):氣流吹的部位要相對(duì)恒定,不宜過(guò)長(zhǎng),時(shí)間也要充足,若內(nèi)皮損傷輕則不能形成動(dòng)脈粥樣硬化。
適用于:動(dòng)脈粥樣硬化內(nèi)皮細(xì)胞作用的研究
4)動(dòng)脈結(jié)扎法
方法:對(duì)血管結(jié)扎縫合使血管內(nèi)血流速度和切應(yīng)力發(fā)生改變,建立動(dòng)脈粥樣硬化模型。
優(yōu)點(diǎn):對(duì)內(nèi)膜損害小且能保留血管彈性變形的能力。
缺點(diǎn):需精良的設(shè)備,手術(shù)操作技術(shù)難度大、要求高
5)基因改造法
由于鼠具有抗AS性,各種基因敲除和轉(zhuǎn)基因小鼠是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。脂蛋白 E(ApoE)或低密度脂蛋白受體(LDL-R)基因敲除鼠可自發(fā)形成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊,是動(dòng)脈粥樣硬化研究的常用模型。
優(yōu)點(diǎn):能自發(fā)產(chǎn)生動(dòng)脈粥樣硬化。
缺點(diǎn):基因改造小鼠體積小,臨床性檢查評(píng)估很難,與人類(lèi)脂類(lèi)代謝差異較大,存在一定的局限性。
適用于:動(dòng)脈粥樣硬化炎癥和免疫因子的作用機(jī)制研究
6)聯(lián)合法
高脂喂養(yǎng)造成的動(dòng)物高脂血癥是引起動(dòng)脈粥樣硬化的基礎(chǔ)。而各種方法導(dǎo)致內(nèi)膜損傷,加快了動(dòng)脈粥樣硬化的形成,從而節(jié)省造模所需要點(diǎn)時(shí)間。
如:靜脈注射脂多糖聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)法:通過(guò)兔耳緣靜脈注射不同劑量(100、200、1000、2000 ng/ kg)的高純級(jí)脂多糖引起發(fā)熱性炎癥反應(yīng),同時(shí)聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)建立兔 AS 模型。
腹腔注射維生素D3聯(lián)合高脂飼料聯(lián)合喂養(yǎng)法:對(duì)Wistar大鼠飼以高脂飼料基礎(chǔ)上給予腹腔注射維生素D3,4周后,其血清Ca2+、三酰甘油及低密度脂蛋白C明顯升高,動(dòng)脈內(nèi)膜下可見(jiàn)明顯的鈣化,出現(xiàn)典型動(dòng)脈粥樣硬化病理變化。
模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)
(1) 血清生化指標(biāo)檢測(cè):如總膽固醇(TC)含量、甘油三酯(TG)含量、高密度脂蛋白(HDL)含量、低密度脂蛋白(LDL)含量、丙二醛(MDA)含量和氧化高密度脂蛋白(OX-HDL)含量等。
(2) 病理形態(tài)學(xué)指標(biāo)
病理學(xué)檢測(cè)是“金指標(biāo)”,是評(píng)價(jià)As病變重要的特異性指標(biāo)
①肉眼大體觀察動(dòng)脈管壁進(jìn)行病變硬化分級(jí):
0級(jí):內(nèi)膜比較光滑,無(wú)奶油樣變化;
0.5級(jí):內(nèi)膜有廣泛奶油樣變化,但無(wú)凸出于表面的斑塊;
1級(jí):有明顯的凸起奶油樣斑塊,面積小于3mm2;
2級(jí):斑塊面積大于3mm2;
3級(jí):斑塊融合成片,大部分斑塊面積大于3mm2;
4級(jí):斑塊幾乎覆蓋整個(gè)動(dòng)脈內(nèi)膜。
②主動(dòng)脈弓油紅O染色
③主動(dòng)脈HE染色
④電鏡觀察