心血管類動物模型
動脈粥硬化模型
健康的動脈具有彈性,但隨著時間的推移,動脈壁會變硬,這種情況通常稱為動脈硬化。受累動脈的病變內(nèi)膜局部會有脂質(zhì)積聚、纖維組織增生和鈣質(zhì)沉著,形成斑塊。由于在動脈內(nèi)膜積聚的脂質(zhì)外觀呈黃色粥樣,因此稱為動脈粥樣硬化。
動脈粥樣硬化動物模型構(gòu)建的方法
一般來說,動脈硬化容易實現(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,這些往往與人類的動脈粥樣硬化斑塊有很大的差別,因此,應(yīng)當特別注意動物的選擇。
目前可以作為動脈粥樣硬化(AS)模型的動物有: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:
兔對高脂飲食特別敏感易造模,是最早用于研究動脈粥樣硬化的實驗動物。然而其AS病變與人的病變只在表面上相似,病變中的脂類和巨噬細胞含量遠比人類大;
鼠具有抗AS性,但作為實驗動物,具有經(jīng)濟效益高、生存能力強、死亡率低的特點,鼠AS模型病變的形態(tài)、斑塊的破裂位置與人類十分相似,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70年代已被采用,至今仍是模擬AS模型最重要的方法。特點是死亡率低,可長期觀察,但費時久。
造模機制:動物機體脂質(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、形成動脈粥樣硬化。
造模方法:在動物飼料中加入過量的膽固醇和脂肪。(在基礎(chǔ)飼料前提下,添加膽固醇、蛋黃、豬油。根據(jù)不同實驗?zāi)康?,采用不同配方。?/p>
由于嚙齒類動物(如小鼠、大鼠)對膽固醇幾乎不反應(yīng),為了促進病變的形成,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,可進一步加速動脈病變的形成。
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周后家兔主動脈弓可出現(xiàn)明顯動脈粥樣硬化斑塊。隨著飼喂時間延長,可誘導(dǎo)家兔胸主動脈、腹主動脈、冠狀動脈出現(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)生高脂血癥及動脈粥樣硬化。此外,給大鼠飼喂高膽固醇飲食,同時給予大量維生素D2能使血漿膽固醇水平升高,主動脈和冠狀動脈出現(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)出動脈粥樣硬化早期病變。
優(yōu)點:操作簡單,成本較低,較符合人類飲食的特點,病理改變與人早期相似。缺點:造模時間較長,不易形成類似人體的后期粥樣斑塊病變,期間易導(dǎo)致繼發(fā)感染從而影響實驗的穩(wěn)定性。
適用于:早期動脈粥樣硬化的研究。
2) 免疫損傷法
AS的發(fā)病機制有免疫因素的存在,所以可以從免疫學(xué)的角度來建立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、巨細胞病毒、幽門螺桿菌、內(nèi)毒素等進行免疫刺激,從而誘發(fā)AS的產(chǎn)生。
造模機制:免疫刺激引起動脈粥樣硬化斑塊形成及sCD40L水平升高,從而引起動脈粥樣硬化。
造模方法:(1)將大鼠主動脈勻漿給兔注射,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,動脈內(nèi)膜損傷率為88%,冠狀動脈亦有粥樣硬化的病變;同時給予高膽固醇飼料,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脈內(nèi)膜病變形成。
優(yōu)點:建模時間短、成活率高、模型穩(wěn)定、可控性好。
缺點:所形成的單純免疫性炎性不能涵蓋動脈粥樣硬化炎性反應(yīng)過程,其病理特征也有待進一步觀察。
適用于:動脈粥樣硬化發(fā)病機制的研究
3)血管內(nèi)皮損傷法
造模機制:通過外力損傷血管內(nèi)皮細胞,使血管內(nèi)皮通透性、黏附性、血液凝固改變,造成動脈內(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損傷血管內(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損傷血管內(nèi)皮。
其中球囊損傷法具有可靠性強、可重復(fù)性高、更符合臨床動脈粥樣硬化疾病的發(fā)生發(fā)展過程等優(yōu)點。
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)管自頸外動脈進入胸主動脈,向外拉至頸外動脈再進入胸主動脈,反復(fù)3次,再喂以高脂、高膽固醇飲食8周后,可以出現(xiàn)明顯動脈粥樣硬化病變。
注意:球囊損傷管到達頸總動脈中段后,進行反復(fù)牽拉時,用力一定要輕,以防動物意外死亡。
優(yōu)點:時間短,定位明確,易于評價,并可根據(jù)不同的研究目的和動物,選用不同的動脈造模。
缺點:形成的斑塊較易脫落而形成血栓,若球囊大小控制不佳會導(dǎo)致動脈破裂或建模失敗。
適用于:動脈粥樣硬化的用藥或轉(zhuǎn)基因治療實驗的研究
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驗部位的動脈血管內(nèi)膜5-15min,以造成內(nèi)膜內(nèi)皮細胞變性和功能減退,建立動脈粥樣硬化模型。
優(yōu)點:成模時間短,操作柔和,內(nèi)膜變化更接近自然狀態(tài)下動脈粥樣硬化形成的進程,可控性強,不易損害到血管的其他部位。
缺點:氣流吹的部位要相對恒定,不宜過長,時間也要充足,若內(nèi)皮損傷輕則不能形成動脈粥樣硬化。
適用于:動脈粥樣硬化內(nèi)皮細胞作用的研究
4)動脈結(jié)扎法
方法:對血管結(jié)扎縫合使血管內(nèi)血流速度和切應(yīng)力發(fā)生改變,建立動脈粥樣硬化模型。
優(yōu)點:對內(nèi)膜損害小且能保留血管彈性變形的能力。
缺點: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)基因小鼠是近年來的研究熱點之一。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)形成動脈粥樣硬化斑塊,是動脈粥樣硬化研究的常用模型。
優(yōu)點:能自發(fā)產(chǎn)生動脈粥樣硬化。
缺點:基因改造小鼠體積小,臨床性檢查評估很難,與人類脂類代謝差異較大,存在一定的局限性。
適用于:動脈粥樣硬化炎癥和免疫因子的作用機制研究
6)聯(lián)合法
高脂喂養(yǎng)造成的動物高脂血癥是引起動脈粥樣硬化的基礎(chǔ)。而各種方法導(dǎo)致內(nèi)膜損傷,加快了動脈粥樣硬化的形成,從而節(jié)省造模所需要點時間。
如:靜脈注射脂多糖聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)法:通過兔耳緣靜脈注射不同劑量(100、200、1000、2000 ng/ kg)的高純級脂多糖引起發(fā)熱性炎癥反應(yīng),同時聯(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,動脈內(nèi)膜下可見明顯的鈣化,出現(xiàn)典型動脈粥樣硬化病理變化。
模型的評價指標
(1) 血清生化指標檢測: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
病理學(xué)檢測是“金指標”,是評價As病變重要的特異性指標
①肉眼大體觀察動脈管壁進行病變硬化分級:
0級:內(nèi)膜比較光滑,無奶油樣變化;
0.5級:內(nèi)膜有廣泛奶油樣變化,但無凸出于表面的斑塊;
1級:有明顯的凸起奶油樣斑塊,面積小于3mm2;
2級:斑塊面積大于3mm2;
3級:斑塊融合成片,大部分斑塊面積大于3mm2;
4級:斑塊幾乎覆蓋整個動脈內(nèi)膜。
②主動脈弓油紅O染色
③主動脈HE染色
④電鏡觀察