本文刊于:中华心血管病杂志,,46(2):96-98
作者:刘燕杜杰
单位：首都医科医院 北京市心肺血管疾病研究所 心血管重塑相关疾病教育部重点实验室
主动脉瘤是指主动脉呈瘤样扩张，超过正常血管直径的50%，当血流冲破内膜，撕裂血管壁进入中层，则形成主动脉夹层动脉瘤。尽管主动脉瘤发病率不及高血压、冠心病等常见心血管疾病，但其发病早期症状隐匿，临床表现复杂，而一旦形成夹层，极易破裂，破裂后死亡率80%，是一类极为凶险的疾病。主动脉瘤根据发生的部位又可分为胸主动脉瘤和腹主动脉瘤，胸主动脉瘤的发生与遗传关系更为密切，主动脉夹层也多发生在胸主动脉。腹主动脉瘤有较为成熟的动物模型，通过缓释泵给予载脂蛋白E（ApoE）或低密度脂蛋白（low-densitylipoprotein，LDL）受体敲除的小鼠血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ,AngⅡ）4~6周可以诱导腹主动脉瘤形成，发生部位为肾动脉以上的腹主动脉，而利用弹力蛋白酶灌注或氯化钙敷贴肾动脉以下的腹主动脉也同样可以在大鼠和小鼠中建立腹主动脉瘤模型，这几种模型已被广泛应用于腹主动脉瘤的发病机制及治疗研究。而建立胸主动脉瘤及夹层动物模型则是一直困扰领域研究的重要问题。
一、基于基因编辑的胸主动脉瘤及夹层动物模型
约有20%的胸主动脉瘤及夹层患者具有家族史，目前已经报道20余个基因突变与胸主动脉瘤及夹层的发生相关，主要包括参与细胞外基质调节以及平滑肌细胞收缩或代谢功能的基因。
1．原微纤维蛋白（fibrillin-1,FBN1）基因突变：
FBN1是最早鉴定出的胸主动脉瘤致病基因。FBN1突变造成的是一类结缔组织病，称为马凡综合征（Marfansyndrome），约75%的患者具有胸主动脉瘤及夹层。FBN1基因突变会造成结合转化生长因子β（transforminggrowthfactorb,TGF-β）信号异常活化。
Pereira等[1]在小鼠中利用PGK启动子介导新霉素（neomycin,neo）表达替代了FBN1基因第19~24个外显子（产生的FBN1突变等位基因又称为mgΔ），实现FBN1基因敲除，纯合敲除小鼠出现胸主动脉瘤和夹层，在出生后10~14d内由于心血管并发症死亡，由于过早死亡而不适于作为模型使用。同时他们发现携带PGK-neocassette可使mgΔ表达显著下降，于是建立了只插入PGK-neocassette，但是并未删除外显子的FBN1低表达小鼠（mgR）[2]。mgR/mgR纯和突变小鼠出生时血管结构正常，在出生6周后出现血管中膜钙化，8周后出现中膜细胞坏死、单核细胞浸润，形成主动脉瘤，2~6个月死亡。mgR/mgR小鼠作为马凡综合征动物模型被用于胸主动脉瘤及夹层的研究。
随后，Judge等[3]根据在人中确认的致病位点，建立了FBN1蛋白位半胱氨酸突变为甘氨酸（CG）的小鼠，杂合突变小鼠寿命正常，在出生后2个月内主动脉结构正常，之后血管中层渐进性地出现病变。这个模型后续也被广泛应用。
2．TGFBR1和TGFBR2基因突变：
在人类中TGF-β受体TGFBR1和TGFBR2基因突变导致LeoysDietz综合征，表型与马凡综合征相似，但在患者中其动脉瘤扩张速度更快。活化的TGF-β与受体结合，激活经典的（Smad）和非经典的（Erk）信号通路，对于维持血管稳定发挥重要作用。
在小鼠中TGFBR1或TGFBR2基因全身敲除会导致卵黄囊血管发育异常胚胎致死[4,5]，平滑肌细胞特异性TGFBR1或TGFBR2敲除也同样会导致胚胎致死[6]。Li等[7]利用他莫昔芬诱导小鼠出生后平滑肌细胞特异敲除TGFBR2，可以导致胸主动脉瘤。Gallo等[8]根据在人中报道的TGFBR1和TGFBR2致病突变位点，建立了Tgfbr1MR/+和Tgfbr2GW/+杂合突变小鼠，两种小鼠均可形成胸主动脉瘤及夹层，并从出生2个月后开始出现死亡。
3．其他基因缺失：
TGF-β信号通路在胸主动脉瘤及夹层的形成中发挥重要作用，无论是过度激活还是抑制都会导致主动脉瘤/夹层。除上述介绍的FBN1及TGFBR1和TGFBR2突变小鼠外，TGF-β信号通路中Smad3[9]缺失也会诱发严重的胸主动脉瘤及夹层，平滑肌细胞中Smad4[10]基因敲除则可以同时引起小鼠胸和腹主动脉瘤及夹层的发生。细胞外基质相关的基因缺失也会诱发胸主动脉瘤及夹层，如纤维蛋白4（fibulin-4,FBLN4）全身敲除会导致小鼠在围出生期死于主动脉瘤破裂，而平滑肌FBLN4特异性敲除则引起升主动脉瘤，并在出生后2个月左右死亡[11]。
二、胸主动脉CaCl2孵育建立胸主动脉瘤动物模型
利用CaCl2敷贴小鼠肾动脉以下的腹主动脉可以诱发腹主动脉瘤，与之相似，利用浸有0.5mol/LCaCl2溶液的海绵敷贴小鼠降主动脉15min，4周后也会观察到胸主动脉瘤形成[12,13]。然而，此模型需要开胸手术，难度高，手术后约有35%的动物死于肺部并发症，并且主动脉的扩张程度较低，不形成夹层。这些都限制了该模型的广泛应用。
三、β-氨基丙腈（β-aminopropionitrile,BAPN）诱导的胸主动脉瘤及夹层动物模型
血管壁中层的弹力蛋白通过凝聚、交联等作用形成成熟的弹力纤维，对于维持血管的弹性与稳态发挥着关键作用。弹力蛋白富含甘氨酸和脯氨酸，通过赖氨酸残基形成共价键进行交联，赖氨酰氧化酶类（lysyloxidases，LOX）介导这一交联过程。除介导弹力蛋白交联外，LOX还介导胶原蛋白的交联。在人中LOX功能失活性突变可以导致胸主动脉瘤及夹层[14,15]。在小鼠中敲除LOX基因可导致小鼠在胚胎末期或刚出生后死亡，在出生时还存活的小鼠出现大的主动脉瘤[16]。
BAPN是LOX的抑制剂。给3周龄大鼠饲喂BAPN可以诱导胸主动脉瘤及夹层[17]。Li等[18]研究发现在大鼠饮食中掺入0.25%的BAPN较0.4%的BAPN更能促进主动脉夹层的发生和破裂。Kurihara等[19]通过饮水给予3周龄的雄性FVB小鼠BAPN1g·kg-1·d-1干预4周，可诱导胸主动脉扩张，但是并未观察到主动脉夹层形成，随后他们又通过皮下埋植缓释泵给予小鼠AngⅡ干预24h，则观察到明显的夹层形成和破裂。本课题组在FVB小鼠中观察到了相似的结果，但我们仅是给予3周龄的雄性C57BL/6小鼠BAPN干预4周，在没有AngⅡ处理的情况下即观察到明显的夹层形成和破裂[20]，本期中高艳香等[21]的研究也获得了相似结果，这可能与小鼠的品系背景特征相关。本课题组以及他人的研究观察到BAPN并不改变小鼠的收缩压，但我们发现小鼠舒张压降低，脉压增大[20]，提示血管弹性减弱，在成年小鼠中也观察到BAPN处理可以导致主动脉硬化[22]。这个模型中动物的年龄是一个关键因素，只有在幼年的动物中可建立，给予成年小鼠BAPN处理可使弹力纤维降解，但是并不能诱导主动脉瘤及夹层的形成[22]。其次，动物的给药剂量也值得探讨，我们在给予小鼠饮食中掺入0.4%、1.0%和1.5%的BAPN，观察到0.4%的剂量可诱导出明显的主动脉夹层形成和破裂，给药2周即可出现夹层破裂死亡，4周时破裂率甚至达70%以上，有意思的是1.5%的剂量几乎不引起主动脉夹层[20]。与给药剂量相关的是小鼠的体重变化，随BAPN剂量增大，小鼠体重增长速率明显变缓，给予1.5%的BAPN小鼠体重几乎不增长[20]，高剂量的BAPN严重抑制了小鼠的生长，而只有当小鼠快速生长时才可以诱导明显的主动脉夹层形成，这或许是选择幼年动物建立模型的原因之一。高艳香等[21]选择了剂量为0.2、0.4和0.8g·kg-1·d-1的BAPN，从研究结果看，在这几个剂量下小鼠体重增加与对照组一致，他们观察到主动脉夹层的发生率与破裂率随剂量增加而升高，体现出在不影响体重的情况下，建立模型呈剂量依赖性，这为不同的研究需要提供了多个发病程度的模型选择，可以使该模型应用更为广泛。
BAPN诱导啮齿类动物胸主动脉夹层，该方法简单、成本较低、不需要基因工程动物即可实现，为胸主动脉夹层的发病机制和药物筛选等研究提供了很好的模型。对于BAPN的给药方式，高艳香等选用的饮水掺入BAPN0.8g·kg-1·d-1的建立模型的效果与我们在饮食中掺入0.4%BAPN的效果相似，以此剂量为界限，在更小剂量时建立模型效果呈剂量依赖性。在实际操作中，小鼠处于快速生长期，需要根据体重与饮水量的比例来不断调整掺入水中的BAPN剂量才能使其达到每日每公斤体重对应的均一摄入量，而且小鼠饮水量的测量不同研究人员操作也会出现误差，这都影响了模型的稳定性。因而探索在饮食或饮水中掺入固定剂量的BAPN观察建立模型的效果，会更有助于提高模型的稳定性，有待后续研究完善。
参考文献（略）
赞赏
长按向我转账
受苹果公司新规定影响，iOS版的赞赏功能被关闭，可通过转账支持。
如何治好白癜风中科白癜风医院十一周年庆