朱龍社

豚鼠模型用于降膽固醇藥物的研究

朱龍社

豚鼠；高膽固醇血癥；模型；藥物研究

許多動物模型，主要有兔子、大鼠、小鼠、倉鼠、豚鼠、鳥、狗、豬和非人靈長類動物[1]，已被用于分析藥物在膽固醇和脂蛋白代謝方面的治療效果。然而，在進行這方面的研究時，必須謹慎選用動物模型，因為不同的動物模型中，膽固醇在脂蛋白中的分布存在很大差異[2]。在某些動物模型中，膽固醇代謝被證明與人類完全不同，因此，可能并不適合用于研究降膽固醇藥物的作用機制[3]。本文討論使用豚鼠模型研究各種藥物治療下的膽固醇和脂蛋白代謝，并探討某些藥物在降膽固醇作用機制方面的優(yōu)勢。

以前的研究表明，豚鼠體內(nèi)的膽固醇和脂蛋白代謝與人體新陳代謝具有顯著的相似之處，包括：(1)高的低密度脂蛋白(LDL)-高密度脂蛋白(HDL)比值[4]；(2)在肝臟有較高的游離膽固醇[5]；(3)類似的血漿脂蛋白血管內(nèi)處理[6]；(4)相近的肝臟膽固醇的合成、酯化和代謝；(5)雌性比雄性HDL濃度較高；(6)去卵巢豚鼠與絕經(jīng)后婦女相比，血脂組成相似[7]；(7)長時間運動下甘油三酯(TG)濃度下降，HDL膽固醇濃度上升。由于這些以及其他的相似之處，不難理解為什么豚鼠在藥物治療反應(yīng)中與人體膽固醇和脂蛋白代謝的改變極為相似。

眾所周知，LDL和TG濃度的升高是冠狀動脈心臟疾病(CHD)和動脈粥樣硬化的主要的危險因素[8]。預(yù)防動脈粥樣硬化和冠心病的主要措施包括：減少飲食中的飽和脂肪和膽固醇的攝入量，增加活動和體重控制。然而，對于高危人群來說，飲食措施和體力活動常常需要與藥物治療相結(jié)合。美國國家膽固醇教育計劃(NCEP)成人治療小組(ATP)強調(diào)，冠心病或有冠心病的危險性和LDL膽固醇(LDL-C)水平>3.38 mmol/L的患者，應(yīng)該接受藥物治療，以使LDL-C降低到<2.6 mmol/L。到目前為止，豚鼠已被用于分析許多藥物的治療作用[9]，包括3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(HMG-COA)還原酶抑制劑、酰基輔酶A：膽固醇?；D(zhuǎn)移酶(ACAT)抑制劑、考來烯胺、纖維酸類藥物、普羅布考等。研究表明，藥物治療反應(yīng)中，豚鼠調(diào)節(jié)膽固醇和脂蛋白代謝的許多機制與臨床試驗報告相符合。

1 HMG-CoA還原酶抑制劑

人體內(nèi)約65%的總膽固醇是在肝外組織中內(nèi)源性合成的。像人類一樣，豚鼠有適當比例的膽固醇是在肝臟中合成的[10]。HMG-CoA還原酶是一種膽固醇生物合成的限速酶，主要通過負反饋調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)膽固醇的合成。HMG-CoA還原酶活性抑制導致了血漿中總膽固醇和LDL-C濃度的下降以及LDL受體的上調(diào)，從而補償內(nèi)源性膽固醇合成的減少。因為像人類一樣，豚鼠在LDL中攜帶有大部分它們的膽固醇，并且體內(nèi)LDL受體通過調(diào)節(jié)血漿LDL-C來響應(yīng)藥物治療[11]。不同的他汀類藥物，即HMG-CoA還原酶抑制劑已上市，可有效降低高膽固醇血癥患者膽固醇水平。然而，這些他汀類藥物的效果由于它們的理化性質(zhì)和藥代動力學特征，包括親水性、組織特異性和有效性的不同而不同。

1.1 阿托伐他汀 一種手性的吡咯鈣鹽，是一種在人體中具有長半衰期的肝臟特定的HMG-CoA還原酶抑制劑。阿托伐他汀已被證明在人體中能有效地降低血漿總膽固醇(TC)、LDL-C和TG，并同時升高HDL-C[12]。已有研究報告，在豚鼠中，阿托伐他汀由于肝臟膽固醇體內(nèi)平衡的改變，而劑量依賴性地降低血漿TC、LDL-C和載脂蛋白B的水平。給予3～20 mg/(kg·d)的阿托伐他汀，由于膽固醇生物合成的抑制，肝臟膽固醇降低30%。肝臟中膽固醇水平的降低，導致了肝臟膽固醇?；D(zhuǎn)移酶(ACAT)活性和極低密度脂蛋白(VLDL)分泌的減少，載脂蛋白B/E受體活性的提高和LDL代謝的升高。然而，VLDL、HDL-C和TG水平?jīng)]有顯著改變。阿托伐他汀治療導致了HDL和載脂蛋白B包括脂蛋白之間的膽固醇酯的轉(zhuǎn)移降低了80%，而肝臟中膽固醇酯的轉(zhuǎn)移與動脈粥樣硬化的進程相關(guān)。此外，研究證明，氧化LDL通過增強單核細胞黏附和巨噬細胞泡沫產(chǎn)生，刺激血小板黏附和聚集、血栓形成的激活和血管舒張的損傷來促進動脈粥樣硬化進程[11]。

1.2 辛伐他汀 一種親脂性藥物，它通過被動擴散穿過細胞膜層，因此，影響著膽固醇在肝內(nèi)外的合成。給予豚鼠10 mg/(kg·d)的辛伐他汀，血漿TC降低了 16%，LDL-C降低了36%，TG 降低了13%，HDL-C增加了29%[13]。此外，Matsunaga等[13]通過靜脈注射131I-LDL和125I-半乳糖測定LDL周轉(zhuǎn)來量化LDL受體途徑。辛伐他汀顯著升高了LDL受體依賴途徑的部分降解率，但對LDL受體獨立途徑?jīng)]有影響。有研究表明，150 mg/(kg·d)的辛伐他汀治療，顯著降低了豚鼠肝臟和睪丸的膽固醇前體，因此，降低了這些器官中膽固醇的合成[14]。當與阿托伐他汀的作用相比較時，Conde等[15]發(fā)現(xiàn)辛伐他汀和阿托伐他汀在降低血漿LDL-C、載脂蛋白B、肝微粒體自由膽固醇水平和LDL氧化率方面同樣有效。然而，對HMG-CoA還原酶的活性和mRNA的合成有不同的效果。禁食期間，辛伐他汀治療下的這種酶活性增加；而阿托伐他汀延長了還原酶活性的抑制，并使mRNA合成大幅度增加。

1.3 普伐他汀 與辛伐他汀相反，普伐他汀是一種親水性的抑制劑， 在肝臟中由多特異性陰離子選擇性轉(zhuǎn)運。因此，與辛伐他汀相比，普伐他汀對肝外組織膽固醇的生物合成有較小的影響。普伐他汀已被證實能夠通過加速豚鼠受體依賴性LDL自由降解率，來顯著減少血漿TC和LDL-C。與辛伐他汀一樣，350 mg/(kg·d)的普伐他汀治療顯著降低了肝臟和睪丸中的膽固醇前體。相反，在豚鼠實驗中，150 mg/(kg·d)的普伐他汀治療對中性甾醇并無影響[16]。

1.4 洛伐他汀 它是一種前體藥物，進入體內(nèi)后，洛伐他汀被水解成有效代謝物β-羥基酸而發(fā)揮作用，這是一種HMG-CoA還原酶抑制劑。Fermandez[11]報道，在豚鼠中，洛伐他汀的治療顯著降低了血漿中LDL-C。這種降低是由于LDL受體活性和LDL-FCR的增加。此外，與對照組比，藥物組中LDL微粒的膽固醇耗盡而TG豐富。在Berglund等[17]隨后的研究中，洛伐他汀藥物組和對照組豚鼠的VLDL載脂蛋白B被碘化。在所有動物中，與VLDL-C相比，VLDL-L以更快的速度從血漿中清除。與對照組相比，從洛伐他汀組分離的VLDL載脂蛋白B轉(zhuǎn)化為碘化脂蛋白和LDL載脂蛋白B的比例有所減少。此外，Krause等[18]發(fā)現(xiàn)，在豚鼠中，阿托伐他汀組的血漿TG水平顯著下降，而洛伐他汀組并未下降。這與Berglund等所報告的在70 mg/kg范圍內(nèi)，洛伐他汀并不能降低豚鼠血漿TG或VLDL-C相符合。

2 ACAT抑制劑

ACAT是由膽固醇合成膽固醇酯過程中的限速酶，它是長鏈脂肪酸?；枷〢。ACAT被認為直接影響膽固醇吸收和儲存、脂蛋白組裝和類固醇激素的生產(chǎn)。小腸和肝臟ACAY的抑制導致了乳糜微粒和VLDL微粒的產(chǎn)生，因此，導致了低血清膽固醇水平。此外，動脈ACAT的抑制使動脈壁中膽固醇酯豐富的巨噬細胞形成減少。

Angelin等[19]研究了ACAT抑制劑PD 321301-2和CL2770822在豚鼠中的代謝作用。PD 321301-2在1 mg/kg水平時，顯著降低血漿膽固醇21%；在10 mg/kg水平時，分別降低了VLDL-C和LDL-C水平87%和64%。此外，在治療動物中，血漿TG濃度也以劑量依賴性地降低，從25%(1 mg/kg)到53%(100 mg/kg)。相反，在研究中，CL 277082只在高劑量下(136 mg/kg)降低膽固醇水平。

3 膽酸螯合劑

肝膽固醇轉(zhuǎn)變成膽汁酸是機體清除額外膽固醇的主要調(diào)節(jié)途徑，在動物模型中，可通過正常LDLFCR的升高和肝臟LDL受體活性的增加來選擇性地降低LDL-C。當給藥于人類時，膽汁酸螯合樹脂也通過降低膽固醇蛋白比來顯著改變LDL微粒組成?？紒硐┌肥且环N與膽汁酸結(jié)合的陰離子交換樹脂，它使膽汁酸的肝腸循環(huán)紊亂，并通過膽汁酸合成誘導肝臟膽固醇的調(diào)動。有研究報道，喂食豚鼠考來烯胺增加了豚鼠肝臟中甾醇的合成[20]。此外，1.5 g/(kg·d)考來烯胺盡管增加了肝臟中甾醇合成，但它顯著地降低血漿膽固醇水平。這些發(fā)現(xiàn)說明考來烯胺處理的豚鼠，血漿膽固醇的清除率升高，且內(nèi)源性和外源性的膽固醇的吸收率均降低。Witztum等發(fā)現(xiàn)，考來烯胺顯著降低豚鼠的LDL-C，和在人體中一致[6]。他們也發(fā)現(xiàn)，在豚鼠中LDL微粒粒度、膽固醇酯和磷脂量顯著減小，膽固醇脂蛋白比降低。藥物組豚鼠LDL構(gòu)成的變化與膽汁酸螯合劑治療的人類所觀察到的一致。此外，當一種LDL示蹤物都注射入兩組動物時，與對照組相比，考來烯胺組增加LDL FCR 41%。Fernandez等報道，與對照組相比，給予豚鼠含1%考來烯胺的飲食，其膽固醇降低75%，且LDL-C水平降低78%。藥物組的血漿TG、HDL和VLDL-C濃度并未改變。藥物組的豚鼠肝臟的總的、游離的和酯化的膽固醇降低了37%～60%。最后，與對照組相比，豚鼠藥物組的肝臟ACAT活性降低了50%，這與肝臟游離膽固醇-ACAT作用物的減少相關(guān)。

豚鼠也被證明是進一步研究的合適模型，因為它們在晚期妊娠階段快速生長，能夠在2 w齡階段斷奶使用新飲食，并在胎兒期出現(xiàn)脂肪肝。Li等[21]報道，當隨后在成年期喂食膽固醇飲食時，考來烯胺組的豚鼠在新生兒期表現(xiàn)出比正常斷奶動物組低的血清膽固醇水平。此外，在這些預(yù)處理動物中，甚至在將它們變換到標準飲食后，糞便膽汁酸排泄仍增加。在同一實驗室后續(xù)的研究中，預(yù)處理的豚鼠表現(xiàn)出CYP7活性和膽汁酸鵝去氧膽酸的升高。這些發(fā)現(xiàn)表明，新生期膽汁酸合成和分泌的提高，在考來烯胺中斷后持續(xù)很長時間。

綜上所述，豚鼠模型在各個方面都表現(xiàn)出與人類極為相似的膽固醇代謝途徑，充分說明豚鼠模型可用于人類降膽固醇藥物的研究，具有不可替代的作用。

[1] 高敏,倪凱,楊玉琪.高脂血癥動物模型的研究概況[J].云南中醫(yī)中藥雜志,2001,31(10):79-81.

[2] 李金蓮,楊潤梅,高南南.豚鼠:一種良好的高脂血癥模型動物[J].中國實驗動物學報,2009,17(3):239-242.

[3] Nicolosi RJ.Dietary fat saturation effects on low-density-lipoprotein concentrations and metabolism in various animal models[J].Am J Clin Nutr,1997,65(Suppl):1617S-1627S.

[4] Fernandez ML,Yount NY,McNamara DJ.Whole body cholesterol synthesis in the guinea pig:effects of dietary fat quality[J].Biochim Biophys Acta,1990,1044:340-348.

[5] Angelin B,Olivecrona H,Reihner H,et al.Hepatic cholesterol metabolism in estrogen-treated men[J].Gastroenterology,1992,103:1657-1663.

[6] Douglas G,Pownell JJ.Comparative specificity of plasma lecithin-cholesterol acyltransferase from ten animal species[J].Lipids,1991,26:416-420.

[7] Roy S,Vega-Lopez S,Fernandez ML.Gender and hormonal status affect the hypolipidemic mechanisms of dietary soluble fiber in guinea pigs[J].J Nutr,2000,130:600-607.

[8] 李博.冠心病相關(guān)危險因素概述[J].中國實用醫(yī)刊,2013,40(24):119-121.

[9] Kristy L Wrst,Maria Luz Fernandez.Guinea pigs as models to study the hypocholesterolemic effects of drugs[J].Cardiovascular Drug Reviews,2004,22(1):55-70.

[10] Swann A,Wiley MH,Sipperstein MD.Tissue distribution of chole-sterol feedback control in the guinea pig[J].J Lipid Res,1975,16:360-366.

[11] Fernandez ML.Guinea pigs as models for cholesterol and lipoprotein metabolism[J].J Nutr,2001,131:10-20.

[12] Bakker-Arkema RG,Davidson MH,Goldstein RJ,et al.Efficacy and safety of a new HMG-CoA reductase inhibitor,atorvastatin,in patients with hypertriglyceridemia[J].J Am Med Assoc,1996,275:128-133.

[13] Matsunaga A,Sasaki J,Takada Y,et al.Effect of simvastatin on receptor mediated metabolism of low density lipoprotein in guinea pigs[J].Atherosclerosis,1991,90:31-37.

[14] Conde K,Pineda G,Newton RS,et al.Hypocholesterolemic effects of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A(HMG-CoA)reductase inhibitors in the guinea pig[J].Biochem Pharm,1999,58:1209-1219.

[15] Conde K,Roy S,Freake HC,et al.Atorvastatin and simvastatin have distinct effects on hydroxyl methylglutaryl-CoA reductase activity and mRNAabundance in the guinea pig[J].Lipids,1999,34:1327-1332.

[16] 陳亞鋒.普伐他汀對高膽固醇血癥患者CD40配體的影響[J].微循環(huán)學雜志，2009,19(1)：31-33.

[17] Berglund LF,Beltz WF,Elam RL,Witztum JL.Altered apolipoprotein B metabolism in very low density lipoprotein from lovastatin-treated guinea pigs[J].J Lipid Res,1994,35:956-965.

[18] Krause BR,Newton RS.Lipid-lowering activity of atorvastatin and lovastatin in rodent species:triglyceride-lowering in rats correlates with efficacy in LDL animal models[J].Atherosclerosis,1995,117:237-244.

[19] Angelin B,Olivecrona H,Reihner H,et al.Hepatic cholesterol metabolism in estrogen-treated men[J].Gastroenterology,1992,103:1657-1663.

[20] Bruckert E.New advances in lipid-modifying therapies for reducing cardiovascular risk[J].Cardiology,2002,97:59-66.

[21] Li JR,Bale LK,Subbiah MT.Effect of enhancement of cholesterol degradation during neonatal life of guinea pig on its subsequent response to dietary cholesterol[J].Atherosclerosis,1979,32:93-98.

610021 成都，解放軍452醫(yī)院靜配中心

R 598.2

A

1004-0188(2014)06-0684-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.06.047

2014-04-21)