实验动物心肌肥厚模型

III.实验动物心肌肥厚模型

A、压力超负荷/主动脉缩窄

压力超负荷引起的心脏肥厚常用的手术方法是主动脉缩窄（i.e.缩窄升主动脉）。

小鼠行主动脉缩窄（TAC）可以引起心脏机械性的压力超负荷，最终导致心肌肥厚、心衰（20,84）。TAC通常诱导方法采用在近胸骨端行小切口, 缩窄主动脉的这样的开胸手术。TAC模型虽然不能完全模拟人类的心室重构，但该模型可以用于肥厚发病过程中多种基因学的研究。主动脉缩窄模型能很好的模拟血流动力学超负荷引起左心室肥厚的发生发展。该动物模型在主动脉缩窄造成心肌肥厚几个月后会导致心衰。

B、容量超负荷

在静脉回流适当的情况下，心脏不能排出足够的血液满足全身组织代谢的需要就会引起CHF（充血性心力衰竭）。心内檐沟血或回心血量增加导致瓣膜闭锁不全就会引起心室容量超负荷。在慢性动脉和/或二尖瓣瓣膜回流疾病中的容量超负荷，我们会观察到“舒张期压力-容积曲线”整体右移,说明心脏僵硬度增加，即发生LVH (可见于主动脉瓣狭窄、高血压、肥厚性心肌病)（36）。通常情况下，容量超负荷CHF模型制备方法是腹主动脉-下腔静脉分流术。即于肾动脉上方分离出下腔静脉和腹主动脉，用血管夹在近肾动脉端夹闭主动脉阻断血流；用0.6-mm的针头由主动脉远端刺入，继续进针刺入下腔静脉，使动静脉联合。退针后，缝合血管壁伤口。4-5周后，就能复制出心肌肥厚模型，并具有左心室收缩力增强、舒张末期压力增加的特点（257）。

C、冠状动脉结扎

冠状动脉结扎常用于复制心衰动物模型。冠脉左前降枝（LAD）结扎后会阻断心脏的供养和营养输送，这种情况类似于人类心脏病发作时伴随的症状。血氧和营养供输阻断后，心肌细胞死亡，心脏整体功能受影响，最终导致心功能紊乱。由于这种动物模型非常接近临床心衰疾病的发生发展，研究证明该模型是心衰发病机制研究的重要手段（13）。

D、转基因型心脏肥大模型

几十年以来，一些心脏肥大和心力衰竭的转基因小鼠模型被学者们用于心肌肥厚和心衰这些致命疾病的可能的分子机制研究。受条件限制，在此不能针对于所有模型作一全面的综述，但在此文中，我们介绍一种转基因小鼠模型，该模型能成功模拟心肌肥厚的发生发展以及最终演变为心衰的过程。表1列举的是截止目前，研究学者们发现的较成熟的心肌肥厚/心衰模型。

表1：小鼠心衰模型

转基因小鼠模型代谢转变模型ECM紊乱转基因模型

肌侵蛋白，TNFα，G i，Gαq，PKCβ，PKA，β1AR,

磷酸化蛋白, 肌集钙蛋白, 钙调磷酸酶, L-型Ca2+ 通道

线粒体功能紊乱

氧化应激

脂肪酸氧化(FAO) 通路的受损

基质金属蛋白酶2/MMP2

基质金属蛋白酶9/MMP9

组织金属蛋白酶抑制剂

1/TIMP1

1、高表达肌侵蛋白的转基因小鼠在此我们介绍一种心肌肥厚和心衰发病机制研究中典型的转基因小鼠模型，该模型中，小鼠心脏高表达肌侵蛋白。肌侵蛋白，分子量为12-kDa 的可溶性蛋白，已被证明是自发性高血压大鼠（SHR）和心肌病病人心脏特有表达的（227,318）。肌侵蛋白能诱导心肌细胞生长，促进原癌基因和原代心肌细胞肥大基因的表达（202）。肌侵蛋白可以与NF-κB（146,279）共同作用调节蛋白激酶C（PKC）的活性（276）。心脏特异表达肌侵蛋白的小鼠，应用α-肌球蛋白重链作为启动子，能促进心肌肥厚的发生发展，最终导致心衰（255）（Fig.3）。该病理过程的发生与心脏中相关分子组成的改变有关，它包括原癌基因、肥厚标志基因、生长因子基因的表达升高和胶原沉积增加（Fig.4）。转基因小鼠历经9个月的时间可以从心肌肥厚慢慢的发展到心衰，表现出LVH、心房扩张、心肌细胞凋亡、多灶性纤维化、胸腔积水以及心功能改变包括射血分数减少、缩短等特征（Fig.5）（255）。这些变化是由横纹肌和结构蛋白表达发生实质性改变导致的。这种转基因小鼠从心肌肥厚开始阶段到心衰的终末阶段，其基因的变化已明确。由于这种变化与人类心肌肥厚过程中基因变化非常相似，为研究心肌肥厚发病初期及发展到最终阶段的心衰过程中涉及到生长因子和细胞因子的变化提供了可靠地手段。若心肌肥厚发病初期及过度阶段的基因表达的变化已经明确，为预防心肌肥厚、心衰的发展提供新的思路。我们预计，这种新型小鼠模型是进一步阐明心肌肥大和心衰发病机制的重要模型工具，为该类疾病的治疗提供新的靶点。

图.3.（A）WT和TG小鼠心室重构过程中心脏的变化：WT和TG小鼠心脏肥大期（4wk）以及肥大向心衰转变期(9 months )HW/BW的比较; （B）WT和TG小鼠心肌细胞横截面积的比较（n=5）上图是4wk龄WT（A）、Tg（C）小鼠心肌细胞（HE染色）。E是9-month-old WT 心肌细胞，G是Tg小鼠在×63放大倍率下细胞。下图是时上图×2.5放大倍率的图；B，是4-wk WT 小鼠心肌细胞; D，是4-wk Tg小鼠心肌细胞；F, 9-month-old WT小鼠心肌细胞; H, 9-month-old Tg小鼠心肌细胞。4-wk 龄时，小鼠心肌细胞横截面积明显增大。Tg小鼠心肌

细胞横截面积明显增大(2，431 ± 712 至6，297 ± 280μm2；p < 0.001)。(C) 9-month-old WT 小鼠分离出的心肌细胞(左图) (×63) 以及9-month-old Tg小鼠分离出的心肌细胞且肌侵蛋白高表达(右图) (×63). (图来自参考文献255.)

图.4. (A) 24 wks 时，与WT小鼠比较，Tg小鼠(Gn1-Gn4)ANF and β-MHC 表达上调。4重转基因小鼠心肌发生肥厚后，ANF 和β-MHC 表达上调。(B) 与WT小鼠比较，幼龄及老龄Tg小鼠中原癌基因表达上调。(图来自参考文献255.)

图. 5. 36-wk龄WT和Tg小鼠的M-型超声心动图. (图来自参考文献255.)

2、能量代谢紊乱的心脏衰竭CHF发病过程中会伴有横纹肌动蛋白功能、细胞外基质、钙离子和能量代谢等一系列细胞内物质的变化。基础和临床实验研究表明，肥厚性心脏和衰竭的心脏特点是线粒体功能紊乱、磷酸化物质含量增加以及脂肪酸氧化途径（FAO）异常。当前述能量物质代谢发生变化，心肌就需要消耗更多的能量物质-三磷酸腺苷（ATP）。然而，“能量代谢紊乱”在心衰发生机制中扮演着怎样的角色需要进一步的研究。本文从线粒体功能紊乱和脂肪酸代谢途径异常两个方面综述心衰的发生发展。

3、线粒体功能紊乱与心衰线粒体被视为细胞中的“能量站”。线粒体位于心脏肌原纤维之间，约占心肌细胞总体积的50%，具有线粒体DNA（mtDNA）、核糖体、转运RNAs、以及线粒体基因表达所需要的几种酶。基础和临床试验研究证明，当心衰发生时心肌细胞线粒体呼吸功能明显受损（140,271）。在心室重构发生过程中线粒体是重要的受损靶点，它