陳會(huì)花，章忱，呂嶸

(上海中醫(yī)藥大學(xué)病理教研室，上海 201203)

研究進(jìn)展

舒張性心力衰竭實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

陳會(huì)花，章忱，呂嶸*

(上海中醫(yī)藥大學(xué)病理教研室，上海 201203)

舒張性心力衰竭患者在并發(fā)高血壓、糖尿病、心肌缺血和老齡化時(shí)可顯著增加心衰的發(fā)病率，目前其潛在發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚。隨著我國(guó)人口老齡化的加劇，舒張性心力衰竭的患病率和死亡率明顯上升，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量和壽命。建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型時(shí)盡量模擬臨床發(fā)病誘因和特征，可以更真實(shí)地揭示疾病的發(fā)病機(jī)制或藥物的作用機(jī)制。本文從舒張性心力衰竭的主要誘因重點(diǎn)綜述構(gòu)建舒張性心力衰竭實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的方法和各自的特點(diǎn)，為將來(lái)更多的研究舒張性心力衰竭發(fā)病機(jī)制的研究者提供依據(jù)。

舒張性心力衰竭；動(dòng)物模型；綜述

舒張性心力衰竭(diastolic heart failure,DHF)又稱為射血分?jǐn)?shù)正常的心力衰竭(heart failure with normal ejection fraction, HF-NEF)或射血分?jǐn)?shù)尚保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction, HF-PEF)是指患者有心力衰竭的臨床癥狀和(或)體征，但LVEF正?；蚪咏?LVEF﹥50%或﹥45%)， 有左室舒張功能不全的證據(jù)，左心室舒張末期內(nèi)徑/體表面積﹤3.7 cm/m2，并排除其他瓣膜性心臟疾病[1]。2013 美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)基金會(huì)/美國(guó)心臟協(xié)會(huì)(American College of Cardiology Foundation/American Heart Association，ACCF/AHA)公布的心衰治療指南中指出DHF大約占心力衰竭的50%，發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[2]。

DHF的特點(diǎn)是發(fā)病人群年齡較大，多見于女性，常見的并發(fā)癥有糖尿病、高血壓和心肌缺血等[3]。在DHF的發(fā)病相關(guān)機(jī)制中，年齡、高血壓、糖尿病的地位格外受到重視。目前，臨床針對(duì)DHF沒有確實(shí)有效的治療藥物，防治策略主要針對(duì)其病理生理機(jī)制。因此，建立不同因素誘導(dǎo)的舒張性心力衰竭動(dòng)物模型能夠有助于我們更加深入地研究并尋找有效干預(yù)手段，本文將回顧近年囯內(nèi)外DHF動(dòng)物模型的制備方法。

1 高血壓致舒張性心力衰竭

高血壓是DHF患者最常見的并發(fā)癥之一(尤其是老年患者)，高血壓誘導(dǎo)的壓力超負(fù)荷可導(dǎo)致心肌肥大以及心臟僵硬度增加。因此，利用高血壓誘導(dǎo)舒張性心力衰竭模型符合臨床病理生理過程。

1.1 Dahl-鹽負(fù)荷法

給Dahl鹽敏感大鼠喂8% NaCl高鹽飲食，13～14周后，LVEF>50%,但左室僵硬度(LV stiffness)[4，5]、心外膜運(yùn)動(dòng)指數(shù)(EMI)和舒張末期室壁張力(DWS)等都發(fā)生明顯改變(P<0.05)，形成舒張性心力衰竭[6]。

1.2 醋酸脫氧皮質(zhì)酮/西方飲食法(DOCA/WD)：

將醋酸去氧皮質(zhì)醇(100 mg/kg)以長(zhǎng)效制劑的形式在蘭德瑞斯豬皮下緩慢釋放90 d，同時(shí)給予高鹽、高脂、高糖和高膽固醇飲食12周。模型組LVEF未發(fā)生改變，但左室壓力-容積環(huán)(LV PV-loop)、左室舒張末壓力(LVEDP)、心輸出量?jī)?chǔ)備以及最大收縮速率(+dv/dtmax)均發(fā)生明顯改變，舒張性心力衰竭形成[7]。

1.3 自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneous hypertensive rat，SHR)

一種遺傳性高血壓大鼠模型，大鼠12周齡出現(xiàn)高血壓癥狀，15～18周齡出現(xiàn)舒張性心力衰竭癥狀和體征[11]。這是模擬人高血壓導(dǎo)致心力衰竭的理想模型，不需要技術(shù)干預(yù)即可形成，但由于成模時(shí)間久且時(shí)間不固定，從而其應(yīng)用受到一定限制。

1.4 主動(dòng)脈縮窄法(transverse abdominal aortic constriction, TAC)

通過縮窄主動(dòng)脈，使主動(dòng)脈壓力升高而增加后負(fù)荷，根據(jù)縮窄的動(dòng)脈的位置不同可以分為主動(dòng)脈弓縮窄和腹主動(dòng)脈縮窄。

1.4.1 主動(dòng)脈弓縮窄法

是通過手術(shù)的方法在主動(dòng)脈弓的無(wú)名動(dòng)脈和左頸總動(dòng)脈之間的進(jìn)行縮窄[9]。目前，國(guó)內(nèi)外較統(tǒng)一的模型制作方法是：4～5周齡的雄性C57BL/6J小鼠，使用27 G針頭和7-0絲線在主動(dòng)脈弓的無(wú)名動(dòng)脈與左頸總動(dòng)脈之間進(jìn)行縮窄，結(jié)扎后拔出針頭，使主動(dòng)脈弓縮窄至0.4 mm，造成主動(dòng)脈弓縮窄模型。結(jié)果顯示升主動(dòng)脈縮窄后左右頸內(nèi)動(dòng)脈收縮壓之間壓力梯度約為50 mm Hg，1～2周后模型產(chǎn)生明顯的左室肥厚，舒張功能的下降，左心室僵硬度增加，以及血液中血管加壓素和心房利鈉肽的增加。但不激活腎素血管緊張素系統(tǒng)，也不導(dǎo)致左心室收縮功能障礙[10-12]。本模型適合研究高血壓性心臟病，由左室肥厚演變?yōu)镈HF時(shí)的心肌力學(xué)特性，病理變化以及分子機(jī)制。該方法造模成功率高，時(shí)間短，但手術(shù)相對(duì)較復(fù)雜，且死亡率高。

1.4.2 腹主動(dòng)脈縮窄法(abdominal aortic constriction, AAC)

6周齡雄性Wistar大鼠，使用18 G針頭和6-0絲線在雙側(cè)腎動(dòng)脈分支上方約0.5 cm處進(jìn)行縮窄，結(jié)扎后拔出針頭，使腹主動(dòng)脈狹窄約為60%。術(shù)后4周，大鼠出現(xiàn)心肌肥厚?？s窄12周后，模型大鼠出現(xiàn)舒張性心力衰竭。該方法構(gòu)建的模型具有很強(qiáng)的時(shí)間依賴性，縮窄4周大鼠處于代償性階段，屬于高血壓心室肥厚，縮窄8周后逐漸處于失代償階段，此時(shí)模型成功率高[13，14]。此動(dòng)物模型可模擬臨床慢性充血性心力衰竭病理過程。

1.5 肺動(dòng)脈縮窄法 (pulmonary artery banding, PAB)

主要原理是通過造成肺動(dòng)脈狹窄，導(dǎo)致右心室排血障礙，右心室后負(fù)荷增加。出生10 d體重(160±33)g的新西蘭兔進(jìn)行肺主動(dòng)脈縮窄，將20 G的導(dǎo)管放在肺主動(dòng)脈上，用2-0線結(jié)扎，縮窄10%～25%。6周后可出現(xiàn)明顯的舒張性心力衰竭癥狀[15]。

2 糖尿病致舒張性心力衰竭

糖尿病導(dǎo)致的舒張性心力衰竭多見于糖尿病心肌病的早期，病變?cè)缙诒憩F(xiàn)為單純性的心肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變、室壁厚度、左室容積及左室重量增加，左室僵硬度增加，舒張功能下降；隨病程進(jìn)展，心肌細(xì)胞出現(xiàn)凋亡壞死肥大和纖維化加重，心臟收縮舒張及射血功能出現(xiàn)明顯障礙，最終可發(fā)展為心肌缺血和心衰[16]。

2.1 OLETF肥胖大鼠(Otsuka Long-Evans-Tokushima fatty rats，OLETF)

OLETF是已經(jīng)建成的一種自發(fā)性2型糖尿病大鼠，同時(shí)還有非糖尿病的對(duì)照組LETO 大鼠(Long-Evans-Tokushima Otsuka rats, LETO)。在29～35周齡時(shí)，可出現(xiàn)高胰島素血癥和胰島素抵抗， LVESP、LV stiffness、DWS和衰減常數(shù)(tau)等均發(fā)生改變，但 LVEF>50%，形成舒張性心力衰竭[17]。

2.2 db/db小鼠

db/db小鼠的瘦素受體 leptin receptor, Lepr自發(fā)性突變，表現(xiàn)為極度肥胖、多飲、多食、多尿，為廣泛應(yīng)用的Ⅱ型糖尿病動(dòng)物模型, 基因背景影響表型的嚴(yán)重程度，在C57BLKS/J背景下最嚴(yán)重。11周齡時(shí)，LVEF>50%，但 E/A值[左室舒張?jiān)缙诳焖俪溆某溆?舒張晚期(心房收縮)充盈的充盈峰]、tau以及舒張末容積等指標(biāo)均發(fā)生改變[18]。

2.3 鏈脲佐菌素STZ誘導(dǎo)法

本方法又分為高糖高脂膳食并小劑量鏈脲佐菌素法和一次性大劑量鏈脲佐菌素誘導(dǎo)法。

2.3.1 高糖高脂膳食并小劑量鏈脲佐菌素(STZ)法

大鼠喂高糖高脂飼料6 周后，按30 mg/kg劑量一次性腹腔注射STZ，72 h后尾靜脈取血測(cè)空腹血糖，大于7.77 mmol/L者入選實(shí)驗(yàn)研究，繼續(xù)喂養(yǎng)高糖高脂飼料6周至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。在左室射血分?jǐn)?shù)保留的情況下，出現(xiàn)明顯的舒張功能異常(LVEDP、-dp/dtmax升高)，此外還出現(xiàn)收縮功能異常(LVESP、+dp/dtmax值降低)，并出現(xiàn)了心排出量(SV、CO)的明顯降低[19]。另有用1年齡恒河猴喂食高脂飲食12個(gè)月后，腹腔注射低劑量STZ(25 mg/kg)兩次，繼續(xù)高脂飲食24個(gè)月后出現(xiàn)舒張性心力衰竭[19-20]。因此本模型可用于糖尿病致舒張性心力衰竭的研究，缺點(diǎn)是成模周日較久。

2.3.2 一次性大劑量鏈脲佐菌素誘導(dǎo)法

SD成年大鼠按55 mg/kg劑量一次性腹腔注射鏈脲佐菌素，注射后第3周可出現(xiàn)穩(wěn)定的糖尿病心肌病狀態(tài)[21]。另有用雄性C57BL/6J小鼠一次性腹腔注射鏈脲佐菌素，可出現(xiàn)穩(wěn)定的糖尿病心肌病狀態(tài)[22]。這是一種可靠且實(shí)用性強(qiáng)的糖尿病心肌病動(dòng)物模型的制備方法。

3 缺血致舒張性心力衰竭

缺血已被證實(shí)是導(dǎo)致舒張功能不全的原因之一。急性缺血時(shí)，心臟迅速發(fā)生炎癥、心室松弛、水腫、及纖維化改變，當(dāng)與心肌肥大和代謝紊亂同時(shí)發(fā)生時(shí)，可引起舒張功能不全，可突發(fā)導(dǎo)致DHF。而慢性缺血主要引起心肌纖維化以及瘢痕組織增加，導(dǎo)致LV stiffness增加，引起舒張功能下降[23]。

冠狀動(dòng)脈結(jié)扎法[24，25]：使用體重250 g左右的雄性SD大鼠，置肺動(dòng)脈圓錐和左心耳間，距主動(dòng)脈根部約3 mm，用5-0號(hào)無(wú)創(chuàng)傷性絲線結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈主干。術(shù)后第2周開始，LVEF下降至65%左右，但FS、E/A值、LVIDd和LVIDs都發(fā)生改變(P<0.05),直到第6周+dP/dtmax、-dP/dtmin、LVEDP、LVESP、平均動(dòng)脈壓(MAP)、舒張壓(DBP)和收縮壓(SBP)等都發(fā)生改變(P<0.05),但 LVEF仍然大于50%[26]。該模型表現(xiàn)的癥狀和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的激活方式與心衰病理過程相似，能很好地模擬心肌梗死后心力衰竭的急性期和代償期兩個(gè)病理階段。此外，還有一些造模方式如單級(jí)、雙極電凝法，冠狀動(dòng)脈栓塞法，冠狀動(dòng)脈血栓形成法等，這些造模方式不同，但原理與冠狀動(dòng)脈結(jié)扎法相似。

4 其他

血管緊張素 II(angiotensin II, Ang II)致舒張性心力衰竭：將Ang II按0.2 mg/(kg·d)劑量滲透泵接種在8周齡雄性小鼠皮下4周，左室舒張功能如: EMI、DWS、LVEDP、左室等容舒張時(shí)間和左室等容舒張時(shí)間常數(shù)都發(fā)生明顯改變，但LVM、LVIDd、LVIDs和LVEF均未發(fā)生改變。這種造模方式在不增加系統(tǒng)動(dòng)脈血壓的情況下，制作DHF表型，這種模型可能為研究DHF機(jī)制提供了新方向[27]。

5 小結(jié)與展望

隨著DHF發(fā)病率的升高，對(duì)其基礎(chǔ)機(jī)制的研究也逐漸受到重視，而選擇合適的動(dòng)物模型是深入研究的重要前提。在具體機(jī)制不明確的情況下，從臨床流行病學(xué)調(diào)查得到的引發(fā)舒張性心力衰竭的可能誘因入手，來(lái)制備動(dòng)物模型，會(huì)更加真實(shí)的模擬人類舒張性心力衰竭的發(fā)病機(jī)制。DHF誘因很多，病程進(jìn)展處于不同階段，心功能、神經(jīng)內(nèi)分泌、血流動(dòng)力學(xué)以及組織形態(tài)學(xué)改變都不同，因此單一的動(dòng)物模型不能模仿所有階段的發(fā)展變化，需要綜合利用不同模型的特點(diǎn)來(lái)研究DHF的整體變化。

對(duì)于不同特點(diǎn)的動(dòng)物模型，可以根據(jù)各自課題的研究方向進(jìn)行選擇。比如研究方向是糖尿病心肌病，就可以選擇OLETF肥胖大鼠、db/db小鼠和鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)法等模型；如研究方向是高血壓誘導(dǎo)壓力超負(fù)荷致DHF，則可以選擇Dahl-鹽負(fù)荷法、醋酸脫氧皮質(zhì)酮/西方飲食法、自發(fā)性高血壓大鼠、主動(dòng)脈縮窄法和肺動(dòng)脈縮窄法誘導(dǎo)的模型；若研究心肌梗死方向，則可以選擇冠狀動(dòng)脈結(jié)扎、電凝等誘導(dǎo)的模型。總之，手術(shù)方法所致的心衰模型較為符合臨床實(shí)際，可操作性強(qiáng)，個(gè)體間差異小，值得推廣應(yīng)用；而藥物或飲食誘導(dǎo)的模型個(gè)體間差異比較大，并且成模時(shí)間不穩(wěn)定。另外，根據(jù)心衰的發(fā)病機(jī)制，DHF模型隨著病程進(jìn)展，最終均會(huì)發(fā)展為心衰，并且由于制備模型的條件有所不同，DHF出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)會(huì)有差異，所以在模型制備后隨時(shí)檢測(cè)心功能的改變十分必要。

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Advances in research of diastolic heart failure in experimental animal models

CHEN Hui-hua, ZHANG Chen, LYU Rong*

(Department of Pathology, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China)

The risk factors of diastolic heart failure include among others: hypertension, diabetes, myocardial ischemia and aging. The underlying mechanisms for this cardiac complication are incompletely understood. With the increase of aging of the population, the prevalence and mortality of diastolic heart failure is rising gradually. It seriously affects the life quality and life span of people. In order to more truly reveal the underlying mechanisms of diastolic heart failure and to develope novel therapeutic strategies, the experimental animal models are extremely important. The present review focuses on providing an overview of the characteristics of these models for the growing number of investigators who seek to understand the pathology of diastolic heart failure.

Diastolic heart failure; Animal models; Review

LYU Rong. E-mail: lurong@shutcm.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：81373858)。

陳會(huì)花 (1989-)，女，博士研究生，主要從事中醫(yī)藥對(duì)心力衰竭的作用機(jī)制研究。E-mail: chenhuihua123456@ 163.com

呂嶸(1971-)，男，教授，博士，主要從事中醫(yī)藥對(duì)心力衰竭的作用機(jī)制研究。E-mail: lurong@shutcm.edu.cn

Q95-33

A

1005-4847(2017)03-0336-04

10.3969/j.issn.1005-4847.2017.03.019

2016-09-06