动脉粥样硬化(AS)是一种血管性病变,其形成是一个长期而复杂的过程,故要求用于研究的实验动物与人的血管解剖特点相近,对AS易感,且生命力和抗感染能力强。疾病的发生发展具有多样性和复杂性,每一种动物模型也都具有其各自的优缺点,因此,了解各种动物模型的特点是进行疾病研究的基础。
1.小鼠
小鼠作为模型动物在As中的研究最为广泛,其病变过程与人类病变过程主要特征大体相似,采用小鼠作为研究AS模型主要优点是购买与饲养的成本较低,易于繁殖还可用于基因操作,同时其发病周期相对较短对病变进程的观察较为有利。对小鼠As模型的诱导使用的最多的是基因修饰(基因敲除或插入)型小鼠,基因修饰可以影响到特定细胞的水平和功能,对于剖析As生成机理具有重要作用。小鼠体型小、实验操作简便易行、实验周期较短、繁殖速度快、成本低廉等优点使其成为AS实验研究中最重要的转基因动物模型。但是,体型小同时也限制了小鼠模型可进行的实验类型,无法进行类似介入支架等大的实验操作,而且小鼠体质弱,易死亡,创伤处理后的饲养条件也比较苛刻。
ApoE-/-(载脂蛋白E敲除)小鼠
ApoE-/-小鼠在正常饮食下也可产生复杂的血管病变,主要发生在主动脉根、头臂动脉和其他分支,以及颈动脉和肺动脉,并且这些病变与人As病变具有可比性。普通饲料喂养,小鼠在8-10周龄时开始出现泡沫细胞病变,15周龄时出现中间病变大量平滑肌细胞向外移行,超过20周龄时,在主动脉根部可以形成明显的由平滑肌细胞、细胞外基质、纤维帽组成的纤维斑块。而高脂高胆固醇饲养的小鼠会加速As病变的进程,促使小鼠产生更高级的病变,血管内壁胆醇结晶、坏死中心和钙化明显。ApoE-/-小鼠也存在一些缺陷,人类As病变过程中最为关键的蛋白是LDL,而ApoE-/-小鼠血浆胆固醇主要受脂蛋白残粒运载并不是LDL,另外,ApoE蛋白同时还有其它功能,包括影响免疫功能、巨噬细胞生理和脂肪组织生理功能,每项功能都对动脉粥样硬化有影响,使得分析其具体机制变的复杂和困难。
LDLR-/-(低密度脂蛋白受体敲除)小鼠
低密度脂蛋白受体(LDLR)能介导LDL和VLDL的胞吞作用,对于脂蛋白的内稳态十分重要,缺失主要影响脂蛋白的摄取和清除,正常饮食下小鼠血浆中也可以产生大量的LDL胆固醇。但是,在没有高脂的普通饮食下,LDLR-/-小鼠产生斑块病变有限,要造成明显的斑块病变需配合高脂高胆固醇饲料。
除了ApoE和LDLR基因敲除小鼠外,用于动脉粥样硬化研究的转基因小鼠还有ApoA-1(HDL的主要脱辅基蛋白)、ApoA-II、ApoA-IV、磷脂转运蛋白(PLTP)、卵磷脂胆固醇酰基转移酶(LCAT)等转基因小鼠。
2.大鼠
大鼠繁殖速度快,饲养条件要求低,相对小鼠成本低、体型略大,使得实验操作更加简单。但大鼠主动脉细小,缺乏滋养血管、动脉内膜下层较薄、中膜弹性蛋白较少。但是,大鼠和人类在生理及解剖结构上存在的差异,使很多药物和技术方法在大鼠模型实验中有效,但在人类身上却无效。种种差异和困难使大鼠在临床动物实验中的应用也颇为受限,目前应用大鼠主要进行动脉粥样硬化建模、动脉粥样硬化发病机制及病理进展过程、小型介入性手术等动物实验。
3.豚鼠
豚鼠在解剖结构上虽然动脉依然比较细小,但中膜较厚且富有弹性,内膜比例也比小鼠、大鼠更高。其次,生理代谢方面,豚鼠血浆也是以LDL为主,相对于小鼠、大鼠,其动脉粥样硬化的发生机制和过程则与人类更相近,临床试验利用高脂饮食诱导建立豚鼠动脉粥样硬化模型的饲养成本较低且简单,操作容易,指标稳定,存活率高。目前实验研究主要应用于动脉粥样硬化建模、动脉粥样硬化发病机制及进展观察、临床药物实验等,由于造模条件相对简单,豚鼠也特别适用于由动脉粥样硬化所导致的继发性疾病的观察与研究。豚鼠动脉粥样硬化模型有诸多优点的同时也有一些不足,人类动脉粥样硬化斑块有一个明显的脂核,但在豚鼠模型的动脉粥样硬化斑块中却没有,而且由于高脂饮食造成的肝*性导致豚鼠免疫及代谢能力降低,炎症反应造成的早期损害并不能观察到,同时由于豚鼠的繁殖能力比大鼠和小鼠要差,所以成本相对大、小鼠较高。
4.兔
兔类对外源性胆固醇具有天然的高吸收率,是最早用于制作动脉粥样硬化模型的动物,也是目前建立高脂血症和动脉粥样硬化模型最常见的动物之一。兔体型相对较大,而且动脉解剖结构上与人类相近,在脂蛋白代谢方面也与人有相似之处,比如血浆均有CETP活性,ApoB都只存在于乳糜微粒中,ApoB编码部位都在肝脏。但是兔类脂蛋白以HDL为主,肝细胞LDL受体表达较低,导致其对血脂的清除能力较差,另外,由于兔子对外源性胆固醇的高吸收率,使得兔子对于高脂饲料非常敏感,高脂血症引发的AS病变发生极快而且范围很广。同时由于兔子没有肝酯酶,所以必须使兔子血清胆固醇达到很高水平才能形成斑块,会导致兔子内脏器官产生脂质沉着,大大缩短了动物寿命,同时还造成了实验动物的免疫力下降,在试验中很容易因为感染导致死亡。兔子作为植食性动物,其脂质代谢方式和人类也存在差异,而且兔子冠状动脉粥样硬化的病变较多出现在心脏的小动脉内,而人类动脉粥样硬化病变则主要出现在冠状动脉的大分支。
5.犬
犬类动脉粥样硬化病变在解剖、血液理化性质以及病理等方面与人类也颇为相似。比格犬(Beagles)生物学特性可靠,遗传稳定,个体差异小,性情温顺,易饲养,抗病能力强,是目前临床动物实验犬类中使用最多的一种,但自然条件下犬类对于高脂血症及动脉粥样硬化都具有更大的抵抗力,犬类高脂血症引起的动脉粥样硬化非常罕见,利用饮食诱导高脂血症建立动脉粥样硬化模型方面比鼠、猪和兔都困难的多。犬类对于动脉粥样硬化的天然高抵抗性限制了它在AS建模方面的临床试验应用。
6.猪
猪是目前AS建模中与人类相似程度非常高,仅次于灵长类的常用动物,小型猪的各脏器结构特征与代谢特点与人体大致相近。猪血浆中脂蛋白的生化特性、LDL结构以及载脂蛋白等也和人类类似,在动脉粥样硬化易感性方面和人类最为接近。猪的凝血系统以及纤溶系统与人的相似程度远远优于其他动物,而且模型操作性良好,还可进行下一步介入治疗,在各类实验建模、介入手术操作、药物试验、标本制备等多种研究中广泛使用。另一方面,小型猪AS病变部位也与人类相似,在各类复制AS模型试验中应用较多。目前国外常用的小型猪有Landrace、Yuctan、Hanfold、Nebraska、Yorkshire等种系,国内较常用的小型猪是贵州香猪、五指山小型猪、巴马小型猪、藏猪等。同时,猪有其不可避免的劣势,猪的生长周期较长,饲养及建模花费精力太多,占用资源及空间较大,各类实验操作所需人员多,样本量相对较少,很容易出现个体之间的偏差,所以猪类模型的应用难免受到影响。
7.非人灵长类
非人灵长类动物造模的优点在于他们具有与人类相似的脂蛋白代谢方式,与人类相似的HDL亚类,并且表达胆固醇酯转运蛋白(CETP),通过高脂高胆固醇饮食诱导雄性比雌性更容易形成As模型,常用灵长类动物为猕猴、食蟹猴、短尾猴等。但是灵长类动物数量稀少,价格相当昂贵,不能大量建模,而且灵长类动物造模周期非常长,喂养也比较困难,操作繁琐,死亡率高,这些问题都限制了灵长类动物在临床实验中的使用。
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