先天性心脏病相关肺动脉高压动物模型研究进展

孙雪瑞 综述 马宁 审校

(1.首都医科大学研究生院，北京 100069； 2.国家儿童医学中心 首都医科大学附属北京儿童医院心脏超声科，北京 100045)

先天性心脏病相关肺动脉高压(PAH-CHD)的主要生理改变是由于左向右分流使肺血管在高血流压力冲击下逐渐发生病理改变，内皮细胞功能障碍，最终导致肺小血管阻塞性重构[1]。PAH-CHD是中国儿童肺动脉高压(PAH)最常见的类型，发病率和死亡率极高，大大增加了先天性心脏病(CHD)围手术期的风险，严重影响CHD的治疗效果和预后。尽管过去的20年里PAH的治疗和管理取得了重大进展，但目前的治疗仅在一定程度上改善了PAH症状，并不能治愈或逆转肺血管重构。PAH-CHD治疗诊治难题主要在于对PAH的病理生理知之甚少。建立理想的动物模型不仅可以深入研究PAH-CHD的病理生理改变，还可以进行疗效评价、诊断测试、药物研发等，是近些年PAH基础研究领域的热点。目前有多种PAH-CHD造模方法，如体肺动脉分流法、动静脉分流法、肺动脉结扎法等。常见造模方法的应用总结见表1。现对PAH-CHD基础研究中常用造模方法的特点做一综述。

1 体肺分流造模法

该造模方法原理是利用各大中动脉与肺动脉的压差建立分流，可以有效地使体循环的血液向肺循环分流，从而形成左向右的分流。实验对象主要是猪、犬等大型动物，往往通过外科手术直接建立体肺分流。Wang等[2]通过将40只兔子的左颈总动脉与主肺动脉之间形成分流，成功地建立高动力型PAH模型，手术存活率为67%，分流管道通畅率为85%，3个月后手术组肺动脉压力较假手术组显著升高，病理显示肺小动脉中层增厚。赵永红等[3]通过改良Potts手术方法建立犬单侧动力性PAH模型，方法为左肺动脉通过管道与降主动脉连接，术后12周仅左侧肺出现病理改变，右肺血流量和肺动脉压力虽然也有升高但不如左肺显著，与崔勤等[4]的研究结果相符，因此，他们认为动力性肺动脉压升高的主要因素是来自主动脉系统血流的压力而不是血流量。文献报道体肺分流模型最长观察时间为12个月，肺血管病变表现为肺小动脉肌化、动脉中层肥厚、管腔狭窄及肺血管重构，无新生内膜形成[5]。其他常用手术的方法还包括左锁骨下动脉与左肺动脉的分流、主动脉与主肺动脉吻合、左锁骨下动脉与左下叶肺动脉吻合。此类分流模型手术操作相对复杂，分流量大小不容易控制，人工血管和吻合口易形成狭窄。

表1 常见PAH-CHD动物模型

2 动静脉分流造模法

该造模方法原理为通过动-静脉分流使回心血量增多，肺循环血流量相应增加，进而促进PAH的形成。较常用的模型是颈动脉-颈静脉分流法和腹主动脉-下腔静脉分流法。

颈动脉-颈静脉建立分流手术无需开胸或开腹，操作相对简单，创伤较小，术后容易存活，死亡率低，是目前研究领域应用较多的一种模型。Wang等[6]研究发现大鼠右侧颈动静脉吻合术后4周、6周、8周、12周、16周收缩压、右室肥厚指数呈线性增高，16周时右心室收缩压[(36.64±4.29)mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)]较12周[(26.89±2.35)mm Hg]时显著增加。杜福杰等[7]用套管连接大鼠左侧颈总动脉和颈外静脉后，结果显示肺循环血流量明显增加、肺动脉压力升高、肺动脉结构重构和右心室肥厚，该研究对肺动脉压力及肺血管改变发展过程进行详细比较，在一定程度上解释了PAH的病理生理改变。为探讨PAH-CHD的血流动力学变化，罗小菊等[8]应用超声心动图对左颈总动脉-颈外静脉端侧吻合术后幼猪模型进行了为期1年的连续观测，建模1年存活率63.3%，随着肺动脉压力的升高，肺动脉血流加速时间、右室射血时间、肺动脉血流减速时间呈先增高后降低表现，符合PAH-CHD的血流动力学变化特点；但该模型肺血管病变观察时间较长，16周后病理改变仍以中膜肥厚、肺小动脉肌化百分比增加为主，并无新生内膜形成[9-10]。

腹主动脉-下腔静脉分流造模法最早由Garcia等[11]进行报道，他们首次通过非血管外科方法对11只大鼠建立腹主动脉与下腔静脉之间分流，术后4周50%实验组大鼠出现右心室肥厚的病理改变。2005年，Lam等[12]首次通过大鼠腹主动脉-下腔静脉分流法对PAH进行研究。具体的操作方法可参考Nath等的实验研究[13-14]。齐建光等[15]对Garcia的方法进行改进将此模型用于PAH-CHD研究，通过在下腔静脉与腹主动脉间穿刺造成动静脉瘘来建立模型，发现术后6周肺动脉压力升高并不明显，术后11周形成轻度PAH。此分流模型实验对象多以大鼠为主，张明杰等[16]首次建立了腹主动脉-下腔静脉分流小鼠模型，且通过直接剪开腹主动脉下腔静脉间隔的方法提高分流的通畅率和造模的成功率，术后4周即出现明显分流型PAH的病理改变，第8周时更为明显。Linardi等[17]的研究小组则首次运用超声心动图、心脏磁共振来评估此模型大鼠PAH的严重程度，结果显示术后实验组大鼠右室舒张末期面积及容积进行性升高，且术后20周病理仅显示肺小动脉中膜增厚，部分远端肺小动脉完全阻塞；但有学者提出不能除外高血流对下腔静脉的影响导致全身体液失衡进而促进PAH的形成，因此，对此模型尚有待进一步研究。

动脉-静脉分流术制备PAH模型是可行的，操作简单，可重复性强，动物死亡率低，有效控制动静脉之间吻合口的大小、保证吻合口血流通畅是造模成功的关键。基于此模型的PAH的基础研究很多，但只能一定程度上模拟左向右分流CHD患者肺循环的变化，目前尚无重度PAH的研究报道，进一步延长术后观察时间是否会出现重度PAH的病理改变有待进一步的研究报道。

3 心内分流造模法

通过心内分流建立PAH-CHD模型可以模拟和CHD一样的病理解剖，但此模型较少见，国外有室间隔缺损和房间隔缺损的动物模型报道[18-19]。中国刘瀚旻等[20]最早通过对改良国外手术方式(经右心耳行室间隔穿刺造口)成功制造幼猪室间隔缺损动物模型，然而手术操作难度较大，死亡率为33%，且术后4周心导管所测肺动脉压力与对照组并无明显差别。心内分流模型的关键是控制分流量，分流量太小不易形成PAH。延长观察时间是否可以造模成功尚有待进一步研究。对小动物来说，此种造模方法较困难，且损伤大。

4 单侧肺动脉结扎造模法

考虑到分流法建立PAH模型无法确定分流量且手术操作难度较大，有学者提出可以选择性结扎单侧肺动脉而增加对侧肺血流量从而达到形成PAH的目的。既往文献报道犊牛左侧肺动脉结扎[21]、猪右肺动脉结扎术[22]可引起对侧肺血管重构并导致PAH。Zhang等[23]通过对48只小鼠行右肺动脉结扎建立单侧容量性PAH模型，2周后结扎组右室收缩压[(32.0±0.92)mm Hg]较假手术组[(20.9±1.11)mm Hg]显著升高，且呈时间依赖性，在第4周时右室收缩压达到最高且病理结果显示远端肺血管壁增厚，手术组各时间点右室肥厚指数也明显高于假手术，然而4周后PAH并未继续加重，考虑可能与肺血管床的适应性代偿有关。采用同样的造模方法，Meng等[24]研究发现术后大鼠肺动脉压力及肺血管病变的严重程度随时间逐渐加重，Sage等[22]发现术后5周结扎组肺动脉平均压[(16.2±1.3)mm Hg]较假手术组[(11.6±0.7)mm Hg]显著增高，且结扎组左肺血管阻力也显著升高，并出现典型PAH的病理改变。单侧肺结扎手术操作难度不大，可重复性强，手术死亡率较低。不同的实验结果可能与不同品系实验动物对高肺血流量的适应能力不同有关，尚需更多研究证实此模型的稳定性。

5 联合手术造模法

大多数单一的肺高血流量动物模型在病理改变上以肺血管中层增厚为主，相当于肺血管病理改变的Ⅰ～Ⅱ级，肺动脉压力及右心室收缩压仅轻度升高。CHD患者肺组织内典型的肺血管重构改变至今尚未在动物模型中再现，为了进一步增加肺循环血流量以诱导出更为严重的肺血管病变，研究者建议可采用联合手术法。王宏飞等[25]、Meng等[24]通过对单纯颈动静脉吻合、单侧肺动脉结扎、单侧肺动脉结扎联合颈动静脉吻合三种模型比较得出，三组肺动脉压均有升高、右心室肥厚、肺血管重构，但以联合手术组表现更为明显，且肺动脉压力随着时间逐渐升高，仅联合手术12周组出现不可逆肺血管病变。也有文献报道SD大鼠行左侧颈内动脉-颈外静脉吻合联合左侧股动脉-股静脉吻合12周后部分血管形成了新生内膜、管壁纤维化、管腔狭窄，肺血管病理改变相当Ⅱ～Ⅲ级[26]。此外，还有很多不同实验方式的组合及实验动物的选择，均能很好地模拟CHD左向右分流PAH模型，但联合手术创伤较大，手术操作难度更大。

6 总结

综上，PAH-CHD动物模型需要相对较高的外科设备和技术，死亡率相对较高。各种模型经过多位研究者的不断改进，为深入探索PAH-CHD病理生理学的认识和治疗策略做出了贡献；但到目前为止，仍无公认的造模方案。此外，由于现有的PAH-CHD模型研究少见并报道有严重PAH，从而无法模拟人类严重的PAH，基于此动物模型不应被视为临床前研究。因此，PAH-CHD研究还有很长的路要走，探讨稳定、可行、可控的动物模型，总结各种模型的优势与局限性并加以利用组合将有助于研究者根据研究需要选择合适模型，为高肺血流PAH-CHD的形成过程提供实验依据及实验平台。