劉新賓，李 力（綜述），張紅超（審校）

（中國人民解放軍空軍總醫(yī)院心血管外科，北京 100142）

心力衰竭（heart failure，HF）是由于任何原因的初始心肌損傷引起心肌結構和功能的變化，最后導致心室泵血和（或）充盈功能低下。其理論研究經(jīng)歷心腎學說、血流動力學學說、神經(jīng)激素學說到現(xiàn)代的心室重構學說，但發(fā)生機制仍未完全闡明。為進一步研究HF發(fā)生發(fā)展的分子機制，尋找新的治療策略和靶點，HF動物模型的應用是不可忽略的環(huán)節(jié)。目前HF動物模型是根據(jù)不同的基礎疾病進行制作，如心肌缺血、血流動力學負荷過重、心肌損傷、過度勞累等。不同的造模方式，其研究領域的應用也有差別?，F(xiàn)對目前國內(nèi)外HF動物模型制作方法的選擇及其應用進行總結。

1 缺血型心肌病HF模型

缺血區(qū)心肌能量代謝發(fā)生異常以及心肌細胞膜對離子的通透性改變，導致心肌收縮力降低和心律失常。非缺血區(qū)代償性應激，激活神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，誘發(fā)細胞凋亡及促進纖維化，引起心室重構，最終導致HF發(fā)生。

1．1 冠狀動脈結扎法 常需剖胸結扎左冠狀動脈主干或左前降支、左旋支以及對角支復制HF模型，亦有使用多處結扎法。也可在較大動物的冠狀動脈上安置縮窄環(huán)、液壓封堵器［1］控制閉塞程度和時間造模。該類模型模擬心肌梗死演變到HF的病理過程，尤其梗死區(qū)周圍凋亡細胞的增加，心肌細胞和亞細胞的改變與人類HF相似，用該模型研究梗死后HF心肌線粒體蛋白質(zhì)表達譜的改變［2］和 JNK 通路介導心肌細胞凋亡［3］取得良好效果。但該方法操作較復雜，結扎部位過高易導致死亡，過低易造模失敗，且剖胸后動物病死率高，耗時較長，費用也相對偏高。

1．2 冠狀動脈堵塞法運用導管技術輸入塑料微球或明膠海綿至某支冠狀動脈，以其數(shù)量多少或球體大小的不同，致不同范圍缺血。也可用球囊擴張法。該法不僅能促發(fā)急性冠狀動脈綜合征以及缺血/再灌注出現(xiàn)局部心肌無復流現(xiàn)象，也可模擬慢性缺血引發(fā)HF演變的病理生理變化，多用于研究HF神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)變化機制、藥物療效，以及在此基礎上進行基因治療的研究。其中炎性因子氧化修飾肌凝蛋白導致HF心功能降低［4］，心肌細胞凋亡及心肌重構促進HF發(fā)生［5］在該模型都得到驗證。此法避免開胸風險，手術創(chuàng)傷小，定位準確，可操作性強，較少出現(xiàn)生理紊亂，但多適用于大動物，且經(jīng)濟成本較高，需要心導管的技術以及精密的儀器評價模型的血流動力學改變。

1．3 直接損傷心肌法 應用甲醛、氯乙胺或液氮冷凍、電燒傷等損傷心肌，損傷部位和范圍可以控制并且穩(wěn)定，尤其適用于冠狀動脈細小的小動物，但與臨床心肌梗死區(qū)別較大，現(xiàn)多用于種子細胞或藥物治療效果的研究。Kim［6］和 Ahmet等［7］用液氮冷凍法分別研究了心肌梗死部位接受內(nèi)皮細胞和干細胞移植后血管再生和心功能恢復情況，取得良好效果。

2 壓力負荷型HF

心臟后負荷增加，導致心臟做功與耗氧量增加，心肌內(nèi)交感神經(jīng)末梢去甲腎上腺素釋放增高，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)功能活躍，心肌代謝紊亂，左心室重構而導致心肌肥厚，逐漸引發(fā)HF形成。

2．1 主動脈縮窄法 縮窄部位多選腹主動脈、主動脈弓［8］。該類模型手術時間短，操作簡單，費用低，并且能模擬壓力負荷增高導致左心室肥厚演變步驟，還原高血壓導致HF的病理生理過程，是基礎醫(yī)學及臨床心血管研究較常用的造模方法。適合于研究高血壓性心臟病、左心室肥厚演變?yōu)镠F時的心肌力學特性、病理變化以及心肌肥厚的分子機制。

2．2 鹽敏感性HF模型 Dahl-鹽負荷法和去氧皮質(zhì)醇-鹽負荷法都通過喂養(yǎng)鹽水增加鈉水潴留，后者配合單側(cè)腎切除，模擬高血壓心臟病發(fā)病過程。該類模型操作較簡單，費用低廉，能較好地反映HF早期的病理生理變化 ，是研究早期HF防治的較好模型。

3 容量前負荷型HF模型

容量超負荷使舒張期室壁與肌節(jié)應力增高，心肌細胞內(nèi)肌節(jié)增多，肌節(jié)以串聯(lián)形式相連，肌細胞長度增加。按Frank-Starling定律，舒張期心肌纖維長度增加，必然引起收縮力的增加，故擴張也可導致肥厚，表現(xiàn)為心腔擴大，出現(xiàn)離心性肥厚。

3．1 動靜脈瘺法 多選腹主動脈與下腔靜脈間、股動脈與股靜脈間造瘺形成動靜脈短路，使回心血量大量增加，引發(fā)容量超負荷。常用于研究HF時體內(nèi)神經(jīng)內(nèi)分泌機制的改變、水電解質(zhì)失衡和腎功能異常，但評價抗HF藥物療效時作用有限。

3．2 心臟瓣膜關閉不全法 通過手術破壞房室瓣腱索、乳頭肌或心導管介入穿插二尖瓣、主動脈瓣造成瓣膜關不全，多適用于大動物，用于房室瓣關閉不全、某些類型的充血性心臟病、高輸出狀態(tài)（甲狀腺毒癥）等疾病的研究。單獨的瓣膜關閉不全不易誘發(fā)HF，聯(lián)合壓力負荷造模［9］已經(jīng)得到公認。先做腹主動脈狹窄導致的壓力負荷增加，再做主閉導致的超容量負荷增加，這與臨床慢性HF的病理生理過程更為相似。

4 藥源性動物HF模型

4．1 損害心肌藥物 常用蒽環(huán)類抗癌藥物損害心肌，如阿霉素。阿霉素與心肌組織的親和力高于其他組織，并引起心肌自由基的產(chǎn)生，導致生物膜脂質(zhì)過氧化反應，使心肌細胞及亞細胞結構和功能的改變，導致HF。阿霉素HF模型與心肌炎、某些心肌病等所致慢性HF和擴張性心臟病類似，適合于研究衰竭心臟心肌超微結構改變、神經(jīng)內(nèi)分泌異常及血流動力學變化。阿霉素造模后用脂多糖再次打擊模擬慢性HF急性應激反應［10］，研究失代償HF時心臟的病理生理狀態(tài)以及分子學機制。利用阿霉素制作動物HF模型是目前公認的廉價、簡單、實用的方法。

4．2 抑制心肌藥物 長期或大劑量應用心肌抑制藥物可引起HF的發(fā)生，利用具有負性頻率、負性傳導及負性肌力作用的維拉帕米，導致快速心率及心肌持續(xù)強烈收縮的異丙腎上腺素［11］，對心臟傳導系統(tǒng)抑制作用的普羅帕酮，以及對心肌收縮功能起抑制作用的β受體阻滯劑等長期刺激，都能制備出有效HF的動物模型。該類模型制作簡單，藥物種類、劑量及注射途徑可依研究需要選擇。適用于以心肌病變?yōu)樵l(fā)病的HF研究，尤其對抗HF藥物研究更為適用。

此外，也可運用野百合堿［12］制作充血性右側(cè)HF，野百合堿以肺血管內(nèi)皮細胞為靶細胞，刺激其釋放多種生物活性物質(zhì)，導致肺動脈高壓，引起右側(cè)HF。該模型可基本反映臨床充血性右側(cè)HF的右側(cè)心功能變化，可作為其相關研究的一種有效、可靠的動物模型。

5 心臟快速起搏HF模型

過快的心肌收縮導致心肌耗氧增加，心室舒張期明顯縮短，引起心肌缺血;快速起搏致肌漿網(wǎng)Ca2+通道改變，心肌收縮能力下降;激活神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，導致細胞外間質(zhì)結構發(fā)生破壞，最終引起心室重構HF的發(fā)生。該模型制作周期短，可控性好，起搏頻率以及起搏部位可依研究需要、動物種類及其心電生理特點設置，停止起搏一定時間后血流動力學、心功能和神經(jīng)內(nèi)分泌水平可基本恢復到正常水平，從而模擬可逆的心臟擴張和變化的心壁肥厚，且模型制作中動物能保持清醒狀態(tài)，適用于HF的多方面研究，為擴張性心肌病HF研究的金標準模型［13］。因易逆轉(zhuǎn)使造模條件難掌握，且缺乏穩(wěn)定性，起搏器固定技術要求高，限于在大動物中應用。

6 基因技術與HF模型

分子生物學技術的發(fā)展，使改變實驗動物的基因成為現(xiàn)實。小鼠基因與人類接近，并易被改變，改變后的基因表達相對穩(wěn)定，常被用來作為基因研究的動物模型。現(xiàn)運用基因轉(zhuǎn)入、剔除及干擾技術，使心臟特異基因表達改變，從而研究某些基因在心臟發(fā)生、發(fā)育以及HF中的作用及機制。

6．1 基因技術制備HF模型

6．1．1 基因剔除法 利用基因技術剔除基因多處位點都可能導致HF發(fā)生，位點的選擇可通過文獻報道或設計。如:肌肉LIM蛋白（muscle LIMprotein，MLP）調(diào)節(jié)肌肉分化，剔除MLP基因的純合子小鼠將發(fā)展為擴張性心肌病，伴心肌肥大、間質(zhì)細胞增生和纖維化，到成年發(fā)展為HF;擴張型及肥厚型心肌病患者心肌組織中常見多種線粒體DNA缺失突變，線粒體超氧化物歧化酶或線粒體轉(zhuǎn)錄因子基因剔除小鼠均可導致肥厚性心肌病致HF。剔除心肌乙酰膽堿敏感鉀通道基因建立小鼠HF模型［14］，用于研究HF時鉀通道的分子機制。

6．1．2 轉(zhuǎn)基因法 人工分離和修飾過的基因?qū)雱游锘蚪M中使該基因過度表達，引起HF發(fā)生。利用肌球蛋白重鏈基因啟動子使轉(zhuǎn)基因鼠在心臟中過度表達1-氨基環(huán)丙烷基-1-羧酸合成酶1，建立代謝性心肌病鼠模型。代謝性心肌病鼠中神經(jīng)酰胺合成增加，而神經(jīng)酰胺具有直接促細胞凋亡的作用，DNA的斷裂及細胞色素C的釋放也參與心肌細胞凋亡途徑［15］。該模型可作為脂質(zhì)代謝異常的HF模型［16］，有助于闡明脂質(zhì)毒性HF的細胞機制，為藥理學實驗和基因挽救策略提供研究模型。

6．1．3 基因干擾 微 RNA（microRNA，miRNA）可以通過與特定mRNA結合，調(diào)控基因表達影響HF的發(fā)生、發(fā)展。miRNA-208通過抑制甲狀腺素受體相關蛋白1（THRAP1），調(diào)節(jié)主要組織相容性復合體的表達，進而導致心肌細胞在應急刺激下出現(xiàn)肥厚，有報道［17］miRNA-208轉(zhuǎn)基因小鼠在發(fā)育過程中出現(xiàn)心肌肥厚。

6．2 基因技術逆轉(zhuǎn)動物HF的嘗試 隨著對HF分子機制深入了解，運用基因技術逆轉(zhuǎn)HF也成為可能，抑制心肌肥厚和細胞凋亡是當今熱點。從分子水平上講，心肌肥厚是細胞表型的改變，與胚胎基因表達有關，信號轉(zhuǎn)導在胚胎基因表達中起關鍵作用，其中鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶、G蛋白、糖原合酶激酶3、過氧化物酶體增生激活受體、小G蛋白、亞細胞器成為干預信號轉(zhuǎn)導的靶點;細胞凋亡在心臟代償性肥厚到HF的轉(zhuǎn)變過程中起關鍵作用，減少心肌細胞凋亡可抑制HF的進展。

6．2．1 鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶 鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶可通過對轉(zhuǎn)錄因子活化T細胞核因子3結合調(diào)節(jié)心臟中心鈉素、肌球蛋白等基因的特異性表達［18］。Cain/Cabin可抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶亞基而抑制其活性，Cain/Cabin過度表達的轉(zhuǎn)基因動物可抑制壓力負荷、異丙腎上腺素引起的心肌肥厚;鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-Aβ基因靶向剔除的動物對激素、壓力應激性心肌肥厚也有明顯下調(diào)作用［19］。

6．2．2 G蛋白耦聯(lián)受體激酶2 G蛋白耦聯(lián)受體激酶 2（G protein-coupled receptor kinase 2，GRK2）是心臟發(fā)育過程中關鍵性亞型［20］，心臟過度表達GRK2可激活Gαs，增加心臟收縮性能導致心肌肥厚和纖維化［21］。將GRK2的抑制劑βARKct用腺病毒轉(zhuǎn)導入自發(fā)性高血壓HF大鼠的心肌內(nèi)，可抑制心肌肥厚，心肌的收縮和舒張功能明顯改善［22］。

6．2．3 Toll樣受體 4 TLR-4 是 Toll樣受體家族的一員，其主要功能是作為脂多糖的信號轉(zhuǎn)導受體，參與促炎反應、促進免疫細胞成熟分化及調(diào)節(jié)免疫應答。Oyama等［23］用TLR-4缺陷型小鼠建立心肌梗死模型，與對照組相比，可降低小鼠I/R期間的心肌梗死面積。

6．2．4 生長分化因子15 是轉(zhuǎn)化生長因子β超家族成員的一個遠支，是一個重要心血管保護因子。在小鼠缺血-再灌注模型中，生長分化因子15基因剔除組比野生型小鼠心肌梗死面積大，心肌細胞凋亡多，病死率也明顯增加［24］。Xu 等［25］將生長分化因子15通過腺病毒介導轉(zhuǎn)染MLP基因剔除HF小鼠引起生長分化因子15的過度表達能改善HF，左室擴張明顯減輕。

HF發(fā)病的分子機制錯綜復雜，其原發(fā)病多種多樣，而從HF發(fā)生、代償?shù)绞Т鷥數(shù)倪^程中涉及的細胞結構變化繁多，從病理生理到細胞水平、基因水平，其研究層次多，很難用單一的機制來解釋HF的形成和發(fā)展。現(xiàn)有的動物HF模型和臨床HF還有一定差別，隨著對HF深入認識及新技術開發(fā)，預計會有越來越多更穩(wěn)定、更貼近臨床的動物HF模型出現(xiàn)，以便能更全面地了解HF的發(fā)病機制，把握其規(guī)律、特點，并針對不同病因和類型的HF建立新的治療策略。

［1］Klocke R，Tian W，Kuhlmann MT，etal．Surgical animalmodels of heart failure related to coronary heart disease［J］．Cardiovasc Res，2007，74（1）:29-38．

［2］王軍，白玲，李晶，等．心力衰竭大鼠心肌線粒體蛋白質(zhì)組學研究［J］．中國科學 C 輯:生命科學，2009（39）:1019-1027．

［3］陳鵬，楊成明，曾春雨，等．心肌梗死后心力衰竭小鼠心肌組織內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激相關凋亡途徑的研究［J］．中國病理生理雜志，2010，26（6）:1069-1074．

［4］Skyschally A，Gres P，Caster P，etal．Reduced calciuMresponsiveness characterizes contractile dysfunction following coronarymicroembolization［J］．Basic Res Cardiol，2008，103（6）:552-559．

［5］朱漢華，李浪，汪熠，等．美托洛爾對大鼠冠狀動脈微栓塞后心肌細胞凋亡及caspase-12活化的影響及意義［J］．中國病理生理雜志，2009，25（4）:642-646．

［6］KiMEJ，Li RK，Weisel RD，etal．Angiogenesis by endothelial cell transplantation［J］．J Thorac Cardiovasc Surg，2001，122（5）:963-971．

［7］AhmetI，Sawa Y，Yamaguchi T，etal．Gene transfer of hepatocyte growthfactor improves angiogenesis andfunction of chronic ischemic myocardiuMin canine heart［J］．Ann Thorac Surg，2003，75（4）:1283-1287．

［8］Gao XM，Kiriazis H ，Moore XL，etal．Regression of pressure overload induced left ventricular hypertrophy inmice［J］．AMJPhysiol Heart Circ Physiol，2005，288（6）:2702-2707．

［9］Den Ruijter HM，Berecki G，Verkerk AO，etal．Acute administration of fish oil inhibits triggered activityin isolated myocytes froMrabbits and patients with heart failure［J］．Circulation，2008 ，117（4）:536-544．

［10］張曉霞，吳學思，韓志紅，等．大鼠慢性心力衰竭急性應激模型的建立及評價［J］．西安交通大學學報（醫(yī)學版），2009，30（1）:33-35．

［11］Takeshita D，Shimizu J．Isoproterenol induced hypertrophied rat hearts does short terMtreatment correspond to long terMtreatment?［J］．JPhysiol Sci，2008，58（3）:179-188．

［12］李宗斌，江時森，王菊香，等．一種簡易可靠的右心衰竭大鼠模型的建立［J］．醫(yī)學研究生學報，2008，21（12）:1258-1262．

［13］Recchia FA，Lionetti V．Animalmodels of dilated cardiomyopathy for translational research［J］．Vet Res Commun，2007，31（Suppl1）:35-41．

［14］張良平，范慧敏，劉中民，等．心肌乙酰膽堿敏感鉀通道基因敲除小鼠模型的建立［J］．同濟大學學報（醫(yī)學版），2010，31（1）:35-39．

［15］Takahashi R，Okumura K，Asai T，etal．Dietary fish oil attenuates cardiac hypertrophy in lipotoxic cardiomyopathy due to systemic carnitine deficiency［J］．Cardiovasc Res，2005，68（2）:213-223．

［16］李傳保，卜培莉．脂毒性心肌病的發(fā)病機制及治療進展［J］．血管病學進展，2007，28（5）:774-776．

［17］van Rooij E，Sutherland LB，QiX，etal．Control of stress-dependent cardiac growth and gene expression by amicroRNA［J］．Science，2007，316（5824）:575-579．

［18］Macdonnell SM，Weisser thomas J，Kubo H，etal．CaMKⅡnegatively regulates calcineurin-NFAT signaling in cardiac myocytes［J］．Circ Res，2009，105（4）:316-325．

［19］王維亭，趙專友，湯立達，等．心衰治療靶點與干預研究進展［J］．中國新藥雜志，2010，19（6）:486-493．

［20］Penela P，Murga C，Ribas C，etal．Mechanisms of regulation of G protein-coupled receptor kinases（GRKs）and cardiovascular disease［J］．Cardiovasc Res，2006，69（1）:46-56．

［21］Wang XQ，Zhang HG，Cheng YQ，etal．Inhibition of left ventricular remodelling in spontaneously hypertensive rats by Gq-protein carboxyl terminus imitation polypeptide GCIP-27 is not entirely dependent on blood pressure［J］．Clin Exp Phamacol Physiol，2008，35（12）:1215-1221．

［22］Eckhart AD，Koch WJ．Expression of a beta-adrenergic receptor kinase inhibitor reverses dysfunction in failing cardiomyocytes［J］．Mol Tnel，2002，5（1）:74-79．

［23］Oyama J，Blais C Jr，Liu X，etal．Reduced myocardial ischemiareperfusion injury in toll-like receptor 4-deficientmice［J］．Circulation，2004，109（6）:784-789．

［24］Kempf T，Eden M，Strelau J，etal．The transforming growth factorbeta superfamily member growth-differentiation factor-15 protects the heart froMischemia/reperfusion injury［J］．Circ Res，2006，98（3）:351-360．

［25］Xu J，Kimball TR，Lorenz JN，etal．GDF15/MIC-1 functions as a protective antihypertrophic factor released froMthemyocardiuMin association with SMAD protein activation［J］．Circ Res，2006，98（3）:342-350．