动脉粥样硬化动物模型的研究现况及特点

王琴琛 魏 蝶 朱配瑶 陈 茵 徐 漫 陈雪娇

湖北文理学院基础医学院 湖北襄阳 441053

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种对人类生命健康产生严重危害的疾病，是我国冠状动脉血栓形成和缺血性卒中最常见的发病原因。其特点是病变从受累动脉的内膜开始，逐渐引起脂质积聚、纤维组织增生和钙质沉着，甚至导致动脉中层的钙化，继而在此基础上发生斑块内出血、斑块破裂以及局部血栓形成，这是大部分心血管疾病的主要病因。而血小板活化乃至动脉血栓形成是造成AS病人血流阻塞的关键始动环节。随着科学技术的发展和生活水平的改善，人类对心脑血管疾病的发生发展、治疗对策以及药物研发的关注度日益增高。因此，建立可靠有效的AS血栓动物模型成为该疾病研究的重要技术手段。本文通过对目前现有动物模型的研究现状以及不同动物模型的优缺点进行总结，以期为动脉血栓疾病发病机制和新型抗栓药物研发提供潜在药物靶点和前期研究基础。

1 啮齿类模型

目前动脉粥样硬化血栓研究中，啮齿类是应用最广泛的动物模型。该类动物体型小、繁殖速度快，目前主要有小鼠、大鼠以及豚鼠用于动脉粥样硬化的研究。

1.1 小鼠模型

小鼠动脉粥样硬化常发生于主动脉根部、主动脉弓和头臂干，而人类则主要发生在冠状动脉、颈动脉等部位。小鼠模型具有体型小、繁殖迅速、易于培育、模型建立成本低以及操作简便等优点。缺乏ApoE或LDL受体(LDLR)可诱发不基于HDL的高胆固醇血症，这是小鼠模型动脉粥样硬化形成的基础。通过建立不同小鼠模型，我们对动脉粥样硬化血栓形成机制的理解更为深刻，但小鼠模型并不能作为评估人类疾病的确切模型。

随着转基因技术的不断进步，载脂蛋白E缺乏小鼠(ApoE)模型与低密度脂蛋白受体敲除小鼠(LDL)模型成为目前应用较为广泛的两种模型。ApoE小鼠动脉粥样硬化斑块主要在主动脉根部、主要分支等部位形成，这与人类极其相似的。且该模型具有动脉粥样硬化病变的全谱系，故可能是应用最广泛的模型，但其局限性也是不容忽略的。载脂蛋白E缺乏小鼠模型VLDL的含量最丰富，而人类最常见的主要为LDL。此外，载脂蛋白E影响着体内多种功能，而这些与ApoE小鼠模型动脉粥样硬化斑块的形成息息相关，与血脂水平却不相关。(LDL)小鼠模型中形成的动脉粥样硬化斑块与ApoE小鼠是相同的，但在不同饮食的诱导下，会产生更严重的病变。

1.2 大鼠模型

大鼠具有体型适中、抵抗力强、饮食结构与人相近等优点，进而成为较理想的动脉粥样硬化动物模型。目前大鼠模型主要用于动脉粥样硬化发病机制的探讨以及模型的建立，但大鼠饮食诱导性高脂血症特征并不稳定，对动脉粥样硬化的发生发展还有一定的抵抗作用。目前出现了许多基因构建大鼠模型，运用同源重组技术构建胚胎干细胞特异性敲除大鼠模型，结果显示部分基因在动脉粥样硬化发展过程中是具有一定功能的。通过大鼠胚胎干细胞体外培养，发现不易获得有遗传性的该细胞，这是该模型构建过程中最大的困难。

1.3 豚鼠模型

与大鼠相比，豚鼠对饮食中胆固醇的变化更为敏感，少量的胆固醇即可引起明显的高胆固醇血症。经高脂饮食模式诱导，主动脉壁形成脂质斑块，内膜增厚且炎症细胞增多，出现泡沫细胞以及纤维斑块等严重病变。但经高胆固醇饮食诱导，豚鼠免疫力降低，早期炎性反应无法观察。豚鼠体内含LDL-C、HDL-C以及VLDL-C，这与人体组成是很接近的。游离胆固醇是人类和豚鼠体内主要的肝脏胆固醇，豚鼠肝脏的ACAT活性增高可促进脂质沉积。而豚鼠CETP含量的增高也进一步促进了动脉粥样硬化的发生发展。豚鼠病变部位主要在主动脉和冠状动脉，在脂质代谢、胆固醇高敏感性等方面与人类相似。且具有体型小、操作简便等优点，为探索不同药物作用的靶点提供了新思路。

2 猪模型

普通饮食喂养的猪也有发生动脉粥样硬化的可能，通过改变喂养方式，猪还能自发地发展成动脉粥样硬化。猪具有与人类相似的脂蛋白谱，病变部位在冠状动脉，且体型够大，可以对动脉进行无创测量，并采集足够的血管组织进行分析。此外，在阐明血流动力学异质性的相互作用以及动脉内皮层的反应方面具有重要作用。Gerrity和Davies等人对猪的研究结果显示，低脂饮食模式下的猪也显示出主动脉通透性增强或有限区域，不同动脉的动脉粥样硬化血栓易感和耐药部位的内皮基因的表型也有所不同。高胆固醇血症主要累及LDL并产生主要泡沫细胞粥样硬化病变。此外，富脂泡沫细胞与无脂单核细胞之比会随时间发生变化，这说明病变是动态的。由于猪的生长发育缓慢，喂养成本高，建模花费时间长，故猪模型的应用存在着一定的制约。

3 兔模型

兔子可能是对高胆固醇饮食最敏感的动物，也是建立动脉粥样硬化模型最早的动物。渡边遗传性高胆固醇血症(WHHL)兔的LDLR存在缺陷，与胆固醇饮食模式下的新西兰白兔相比，LDL为WHHL兔的主要脂蛋白。WHHL兔的病变主要来源于平滑肌细胞(SMC)衍生的泡沫细胞。WHHL杂合子兔在胆固醇饮食诱导下出现特征性病变，这与纯合子家族性高胆固醇血症患者高度接近。近年来也出现了ApoE转基因兔子，兔子作为食草性动物，其体内的脂质蛋白与人类有一定差异，在代谢方面也不尽相同，更重要的是，人类动脉粥样化主要发生在冠状动脉，而兔主要在小动脉。总而言之，兔子在不同的喂养条件下，会产生不同的病变特点，而且容易发生感染导致死亡，这是该模型在应用中急需解决的关键问题。

4 斑马鱼动物模型

斑马鱼是在研究发育和人类疾病模型中可靠的动物模型。斑马鱼具有体型小、喂食成本低、易于繁殖、体外受精、发育迅速等优点，实现经济可行的大规模靶点筛选。斑马鱼与鼠、兔、猪等AS动物模型相比，在高胆固醇饮食模式诱导下，最为显著的变化是氧化脂蛋白急剧增加，这使其成为研究脂蛋白氧化机制的可靠模型。斑马鱼现已成为研究动脉粥样硬化的替代动物模型，特别是在动脉粥样硬化的早期进展方面。目前，主要有以下几种斑马鱼模型，且应用较为广泛。

4.1 apoc2突变斑马鱼

利用TALEN技术敲除斑马鱼中的

apoc2

后，结果显示

apoc2

突变斑马鱼发生了严重的乳糜酶血症和高甘油三酯血症，这与缺乏

APOC2

的人类有相近的表现。正常饮食模式诱导下的

Apoc2

幼虫，脂质积累增加，并出现含脂质巨噬细胞，与人类Ⅱ型AS病变发展过程中观察到的结果类似。因此，正常饮食模式诱导下的

apoc2

斑马鱼可作为筛选高脂血症潜在药物的模型。

4.2 lxr突变斑马鱼

胆固醇分解代谢中的肝脏X受体(LXRs)发挥着重要作用。

Lxr

突变斑马鱼在高胆固醇饮食模式或高脂肪饮食模式诱导下，LDL显著增加，易引起严重的高胆固醇血症和肝脂肪症，与人类相似。故该模型可用于筛选潜在的肠道限制性LXR激动剂。

4.3 cetp突变斑马鱼

胆固醇酯转运蛋白(CETP)是一种主要在肝脏和脂肪组织中合成的酶，可使HDL的分解速度加快，并在逆向转运胆固醇的过程中发挥重要作用。运用CRISPR/Cas9技术敲除斑马鱼的

cetp

基因后，可使高密度脂蛋白胆固醇含量增加，产生抗动脉粥样硬化的作用，但其自噬系统被激活，导致炎症反应发生，进而加快动脉粥样硬化形成。该模型可用于CETP抑制剂的研究并进一步探索CETP在动脉粥样硬化进程中的作用机制。

5 鸟类模型

目前主要有鸽子和鹌鹑作为实验模型。个别鸟类可自发形成动脉粥样硬化病变，而鹌鹑作为其中之一，不仅操作方便、喂养成本低等优点，而且早期脂质斑块与人类高度相似。但由于物质代谢与人类存在一定差异，故大多用于抗动脉粥样硬化药物作用的评价，并未作为治疗模型应用。持续高胆固醇的诱导是鹌鹑模型建立成功的关键。随着喂养时间的增加，病变的严重程度也增加，其血浆、LDL-C、HDL-C水平均增加，而HDL-C的增加与该动物模型的年龄有一定关系。白卡奴鸽(WC-As)是可自发出现动脉粥样硬化的鸟类。该模型建模时间短、成本低，操作简便，但由于其体型小且动脉较细，部分操作以及诱导损伤较难进行。大部分实验用鸟类产生动脉粥样硬化是因为基因表达缺失所致，这与人类涉及的复杂机制是不同的。

6 非人灵长类动物模型

非人灵长类动物中也有与动脉粥样硬化血栓和脂蛋白代谢相关的探索。常见长尾猴、长毛猴和松鼠猴，它们的动脉粥样硬化血栓易感性从低到高依次排列。恒河猴、食蟹猴和狒狒等也曾被研究，它们具有与人类脂蛋白代谢高度相似的非HDL脂蛋白、HDL亚类以及CETP的表达。此外，在高胆固醇饮食模式下，雄性动物模型发生动脉粥样硬化血栓的可能性更高。恒河猴在高胆固醇饮食模式的诱导下会出现复杂的冠状动脉病变，表现为血管的密度增加，内膜增厚。而在低胆固醇饮食模式的诱导下，冠状动脉粥样硬化血栓则可减退，恒河猴是最早发现这一现象的物种之一。对比发现，恒河猴在高脂肪饮食诱导下动脉粥样硬化血栓的发生率与食蟹猴不同。食蟹猴对饮食的表现更明显，血浆胆固醇水平几乎是恒河猴的两倍，其病变发展速度更快、泡沫细胞更丰富。狒狒的脂蛋白和动脉粥样硬化血栓反应还有一定的个体差异。虽然灵长类动物在各器官结构、冠状动脉病变部位等方面与人类是高度接近的，但由于建模所需费用、血栓发展所需时间以及有限的遗传信息等因素的影响，应用非人灵长类动物模型研究动脉粥样硬化血栓仍有一定的局限性。

7 展望

AS是一种复杂的进行性疾病，其发病机制尚不完全清楚。目前临床治疗AS的药物包括他汀类药物、抗血栓药物和手术干预以缓解并发症，但目前仍没有有效或特异性的AS治疗药物。因此，寻找新的药物靶点和开发更安全、有效的抗血栓策略是当前国际研究的热点和亟待解决的科学问题。现有研究AS的动物模型逐渐丰富，不同的研究靶向可以选择不同的动物模型，应用不同的方法，从而取得一定的实验结论。完善现有动物模型的不足，探索新的动物模型，建立可靠有效、与人类各器官结构、细胞功能相近的动物模型仍是我们不断追求的目标，以进一步攻克心脑血管疾病领域的更多难题。