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腹主动脉瘤动物模型的系统评价

2018年10月19日 浏览量: 评论(0) 来源:European Journal of Vascular and Endovascular Surgery Volume 52, Issue 4, October 2016, Pages 487-499 作者:李晓菲译 责任编辑:admin
摘要:几十年来,实验动物模型已经用于研究腹主动脉瘤(AAA)的形成、发展和进展。不断开发新的模型来模拟人类AAAS的机制,找出比现在使用风险更小的治疗方法。系统综述的目的是评估用于研究AAA的发展、进展和治疗的不同类型的动物模型,并强调其优点和局限性。
目的:几十年来,实验动物模型已经用于研究腹主动脉瘤(AAA)的形成、发展和进展。不断开发新的模型来模拟人类AAAS的机制,找出比现在使用风险更小的治疗方法。系统综述的目的是评估用于研究AAA的发展、进展和治疗的不同类型的动物模型,并强调其优点和局限性。
 
结果:啮齿动物是最常见的模型,包括弹性蛋白酶、氯化钙、血管紧张素II、异种移植物和转基因模型,非啮齿动物最常见的模型,包括化学诱导、移植物模型和补片模型,在人AAA的病理学解释方面都有局限性。
 
结论:虽然AAAS动物模型上的发现不能直接翻译为人类AAAS,但是对AAA动物模型的识别和认识将为进一步研究和深入了解人类AAA疾病提供知识。
 
关键词:腹主动脉瘤   动物模型  实验模型  病理生理学
 
腹主动脉瘤(AAA)是一种与动脉瘤破裂引起的猝死相关的疾病。到目前为止,没有任何药物治疗,包括监测和开放或血管内修复的选择。两种积极干预措施对患者都是昂贵且危险的。如果可以进行医疗治疗,可以减少手术费用和风险。识别潜在的医疗,必须认识AAA的形成和发展。动物模型可作为研究AAAS形成和发展机制的有用工具。一些动物模型复制的炎症,纤维状的细胞外基质(ECM)的破坏,和主动脉扩张,所有这些都会影响主动脉瘤在人类的发展。除了实验性AAA模型的优点之外,还存在局限性,包括它们不复制人AAA的确切病理条件。因此,很难将实验研究的结果转化为人类AAA的临床应用。用于获得实验性主动脉扩张的各种损伤反映了动脉瘤中可能触发或损害的多种途径。系统综述的目的是鉴定不同类型的动物模型用于研究AAA的发展、进展和治疗,并强调其优点和局限性。
 
啮齿动物
 
弹性蛋白酶模型:弹性蛋白酶模型是在麻醉动物通过中线腹部切口。主动脉解剖,无创钳定位在肾动脉下方和分叉处。通过导管,主动脉的分离部分用猪胰弹性蛋白酶灌注。灌注结束后,取下导管并在腹部关闭前恢复血流。该AAA模型的病理发现与人类发现有多重相似性,包括内层弹性蛋白降解和外膜巨噬细胞浸润。阿尼达尔等人成功研制成功的大鼠AAA弹性蛋白酶动物模型。灌流2 h,AAA持续3周以上。肾下动脉灌注后可见明显的扩张,但血管早期扩张是机械应力的结果。,在弹性蛋白酶灌注5分钟后AAA生成率为91%。7天后,自灌注后主动脉直径没有增加。14天后,主动脉增加134±8%。现在观察期为2至4周,但最常见的是14天。Bhamidipati等人在弹性蛋白酶外膜周围应用于小鼠模型报告动脉瘤形成。14天后增加82±15%,说明该弹性蛋白酶模型可行,创伤小。使用弹性蛋白酶模型对AAA的性别差异进行了测试。Ailawadi 等人报道了弹性蛋白酶灌注后14天,雄性小鼠与雌性小鼠平均主动脉直径分别增加200±37.6%和69.4±26.5%。雄性AAA发生率为100%,雌性小鼠仅为29%。这些发现与人类AAAS的发现一致。巨噬细胞浸润和基质金属蛋白酶(MMP)9在小雄性鼠的外膜和外膜浸润更为明显。Wu等人也发现了雌性小鼠对AAA形成的明显保护作用,他们报道了雄性大鼠的雌激素治疗显著降低了AAA形成,并抑制了炎性细胞浸润和MMP-2和MMP-9的表达,表明雌激素对AAA发生的保护作用。
 
氯化钙模型:主动脉周围应用氯化钙(CaCl2)对肾下动脉诱发AAAS。邱等报道了第一种小鼠可复制的动物模型,用浸泡在氯化钙中的棉纱布覆盖解剖的肾下主动脉10分钟。在CACl2暴露后第三周结束时报告有110%的直径增加。CaCl2暴露后肾下动脉应用磷酸盐对CaCl2模型的改良导致钙化增强。在小鼠和大鼠中,似乎使用了各种各样的CaCl2浓度,不同的暴露时间和随访时间;小鼠暴露于0.25-0.5M下15分钟,随访6-10周,发生率为50-100%。主动脉扩张主要是在暴露后立即报道。对于大鼠,0.5-0.75M CaCl2处理持续15-30分钟,术后28天增加42%。主动脉周围CaCl2暴露导致大鼠和小鼠主动脉弹性层弹性蛋白含量降低和弹性蛋白完整性丧失。炎性细胞的存在,如巨噬细胞、中性粒细胞和白细胞。术后1周主动脉直径无明显增加。Longo 等人研究结果表明,CaCl2诱导AAA术后3天,小鼠主动脉内膜和中层浸润性炎症发生变化。术后7天报告主动脉弹性蛋白降解。已经报道过许多尝试通过阻断和刺激不同的生化途径来防止AAA的形成或扩展。Yoshimura等人报道了抑制CaCl2诱导的小鼠AAAs中c-Jun N末端激酶(JNK)导致AAA形成和生长的抑制。JNK有助于促进ECM合成和MMP的产生。在已建立的AAA中,JNK的抑制导致主动脉直径的显著减小和弹性层较少的破坏。 Isenburg等人研究结果表明,在应用CaCl2之前,用五合金葡萄糖(PGG)局部处理健康大鼠主动脉会阻碍AAA的形成。CACl2治疗引起的组织学改变在主动脉经PGG治疗时不明显。PGG处理的大鼠主动脉具有完整的弹性。此外,与对照组相比,PGG主动脉周围治疗56天后,主动脉直径保持甚至减小,并且都继续扩大。
 
异种移植模型:从一个物种到另一个物种的肾下动脉移植,例如豚鼠到大鼠,诱导动脉瘤。在主动脉植入之前,供体主动脉用洗涤剂脱细胞,例如十二烷基硫酸钠(SDS)。供体移植物的脱细胞需要触发较慢的免疫应答而不是急性致命性排斥反应。在制备供体移植物期间,所有细胞都从主动脉的三层中移除,但ECM胶原和弹性蛋白网络被保存。AAA的形成与主动脉ECM的种间免疫原性有关,因为用只留下纤维ECM蛋白(如弹性蛋白和胶原蛋白)的洗涤剂去除所有动脉壁细胞并不能防止异种移植物扩张。供体移植物AAAS由内膜单核细胞和T淋巴细胞浸润。豚鼠主动脉ECM预免疫加速异种移植物破坏并触发AAA破裂。在AAA形成过程中并不总是发生破裂。10天后观察到AAA直径增加100%。Allaire等人检测血管平滑肌细胞(VSMC)在异种移植模型中的作用。用VSMCs接种供体移植物在ECM中具有保护作用,包括保存弹性蛋白,从而防止AAA的形成。VSMC接种也减少了内侧炎症。这些结果与人类AAAS中VSMC的缺乏是一致的。
 
血管紧张素Ⅱ模型:血管紧张素Ⅱ输注是最常用的小鼠AAA模型。大多数情况下,使用载脂蛋白E缺乏(ApoE -/-)小鼠。低密度脂蛋白受体缺陷(LDLR-/-)小鼠和野生型小鼠也被用在该模型中。AngII持续皮下输注28天诱导形成肾上腺动脉AAA。该模型也是最常用的转基因AAA小鼠模型。载脂蛋白E-/-小鼠是一种以C57BL/6小鼠为背景的高脂血症小鼠。C57BL/6小鼠也出现AAA,但频率低于ApoE-/-或LDLR-/-小鼠。这表明高脂血症并不是必需的,但对AAA的发展是有益的。AngII独立于血压的变化刺激血管壁的炎症反应。AngII促进肾上腺主动脉扩张,动脉粥样硬化,内侧肥大,巨噬细胞在外弹力层中的蓄积,以及ApoE//-小鼠的血栓形成,模拟人AAA的发育。在弹性蛋白酶模型中,使用AngII模型显示雄性小鼠的AAA发育偏好。此外,雌性小鼠新生期暴露于睾酮导致AAA发育,其发病率与雄性小鼠相似。
 
AAA转基因模型:传统上,C57BL/6小鼠已成为AAA模型遗传小鼠选育和培育的背景菌株。不同基因的缺失在不同的小鼠模型中促进动脉瘤变性。转基因模型的目的是测试特定基因对AAA形成或发育的影响。使用上述四种诱导方法中的一种诱导AAA,如弹性蛋白酶模型。Pyo等人研究结果表明,MMP-9的敲除和MMP-9和MMP-12的双重敲除均能抑制弹性蛋白酶诱导小鼠AAA的形成。 Longo等人研究表明MMP-12单独的缺乏并没有引起AAA。MMP-2或MMP-9的敲除阻止了氯化钙模型中AAA的形成。本文报道了AAA诱导MMP-9基因敲除小鼠的内侧弹性片的保存。对金属蛋白酶组织抑制因子(TIMP-)1在弹性蛋白酶诱导的AAA小鼠中具有保护作用。与野生型小鼠相比,TIMP-1缺陷小鼠在弹性蛋白酶AAA诱导后产生较大的AAAS。
 
非啮齿动物:血管内治疗AAA的引入产生了对大型动物AAA模型的需求,现在已经建立了AAA模型。血管内支架植入术的并发症也在与人体解剖相似的动物身上进行了测试。
 
化学诱导模型:在兔模型中,弹性蛋白酶通过肾下腹主动脉诱导5分钟。诱发内膜损伤时,诱导过程中的峰值压力为300~400毫米汞柱。弹力酶诱导的兔均为AAA,除了在ANIDJARS初始弹性蛋白酶模型中的影响,还显示出由内膜损伤引起的内膜增厚。猪模型弹性蛋白酶血管成形术与血管成形术引起内膜损伤。犬肾下动脉注射弹性蛋白酶诱发AAAS。超过8周,15只犬发生动脉瘤,与原始主动脉相比,直径增加了近50%。?这种增加明显小于其他弹性蛋白酶AAA形成的研究。犬用糜酶抑制剂检测糜酶抑制剂是否对AAAS中MMP-9的激活起作用。糜蛋白酶抑制剂能阻止AAA的发生,但在弹性蛋白酶诱导后不发生AAA的形成。此外,糜蛋白酶抑制剂治疗组MMP-9活性显著降低,提示糜蛋白酶通过增加MMP-9在AAA的进展中发挥作用。他们并没有成功地通过将0.25 M CaCl2应用于肾下动脉单独诱导AAA。在高胆固醇血症的家兔中应用巯基乙酸酯围主动脉以引起AAA的发展。除了用弹性蛋白酶、胶原酶或CaCl2单独处理兔子外,没有研究能诱导大动物腹主动脉增加50%以上。化学变化与扩张和/或动脉瘤性狭窄的不同变化已被测试。除21天后主动脉扩大2.14倍外,在盐水输注和狭窄袖带治疗的动物中未发现主动脉扩大,还发现组织学上的变化,如内膜增厚、内弹性层受损和破碎,以及整个中膜弹性膜受损。间充质来源的增殖细胞(成纤维细胞和平滑肌细胞)和这些细胞的增殖是主动脉病变的标志。在狗和猪中,弹性蛋白酶、胶原酶和血管成形术的组合具有AAA形成潜力。Hynck等人使用这种组合在10只猪中产生AAA。直接体外测量显示主动脉直径在术中增加(62±35%)。6周后,主动脉直径增加94±37%。尽管上面讨论的研究毫无疑问地在较大的动物中能够诱导动脉瘤,但是在动物模型中诱导AAA之后超过6周的长期结果仍然缺乏。用不同浓度的弹性蛋白酶诱导兔AAAS。3个月后,动脉瘤稳定,5个月后,动脉瘤显示再生的迹象,平滑肌细胞和弹性蛋白纤维增加,表明当平衡有利于修复时,再生是可能的。Kloster等人报道在猪模型中持续超过28天的AAA。他们进行弹性蛋白酶输注,随后血管成形术和袖带安置靠近AAA。他们提出,狭窄袖带通过产生阻止再生过程的连续壁应力来负责膨胀。遗憾的是,研究没有报告28天后AAA扩张的长期结果,因此只能猜测扩张是否会继续。与人AAA相比,在用弹性蛋白酶诱导AAA时,中性粒细胞是主要的炎性细胞类型,这可能是由于这些模型中的急性炎症。
 
补片模型:这个模型有不同的版本,但是所有版本的共同之处在于通过纵向主动脉切开术应用补片。补片为椭圆形,前部插入以保存腰动脉,防止脊髓缺血。袋由静脉材料制成,通过侧到侧吻合插入主动脉,形成大动脉瘤囊。最常用的材料是静脉、假体血管移植和直肌筋膜。一般而言,膨胀势较低。由自体材料制成的贴剂,如空肠和腹膜补片,具有较高的破裂风险。其他生物材料,如腹直肌筋膜和静脉补片具有与人类相似的破裂特征。浆膜区不规则增厚,主要由胶原纤维和成纤维细胞引起,这与人的发现不一致。
 
结论:人类AAA还没有完善的模型。因此,在设计AAA研究时必须牢记不同模型和物种的质量,以使用最佳模型来支持研究的目的。 还必须了解不同的诱导方法和进行盲端点测量,这必须比±50%直径扩张更有效。
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