王 潔 ，段坤坤，王亞峰

(1.青海大學 醫(yī)學院，青海 西寧 810000；2.青海省人民醫(yī)院 藥學部，青海 西寧 810000)

心力衰竭(Heart failure,HF)是指各種因素引發(fā)的心臟結構和心功能改變，并導致一系列臨床表現(xiàn)的綜合征.HF是全世界死亡率最高的疾病，約有50%的患者在初始診斷后5年內死亡，死亡率超過大多類型的癌癥[1].心力衰竭的主要臨床癥狀表現(xiàn)為呼吸困難、咳嗽、疲勞等，被稱為心血管領域最終的戰(zhàn)場[2].2016年歐洲心力衰竭指南根據(jù)左室射血分數(shù)(Left ventricular ejection fraction，LVEF)將HF分成3種類型：LVEF<40%為射血分數(shù)下降的心力衰竭(HFrEF)，LVEF≥50%為射血分數(shù)保留的心力衰竭(HFpEF)，LVEF40%～49%為射血分數(shù)中間范圍的心力衰竭(HFmrEF)[3].每個階段的射血分數(shù)都有其不同特征，HFrEF的特征在于靜止期噴射分數(shù)(EF)<40%，傳統(tǒng)上稱為收縮性HF.HFpEF的特征在于靜止期噴射分數(shù)(EF)≥50%，傳統(tǒng)上稱為舒張性HF.HFmrEF的特征在于靜止期噴射分數(shù)范圍為40%～50%[4].但HF的臨床治療效果并不理想，發(fā)病機制較為復雜，因此有必要建立HF動物模型對心力衰竭進行進一步研究[5].目前用于制備HF模型的小型動物主要為小鼠、大鼠、豚鼠，大型動物主要為豬、狗、羊等.制備HF模型的方法也較多，如常用的藥物誘導、手術及轉基因小鼠或斑馬魚，但不同物種及不同方法的適用情況和成模率也大不相同，本文就此作一簡要綜述.

1 實驗動物的選擇

建立HF動物模型的關鍵之一是物種的選擇.物種的選擇不僅要考慮其科學性，也要考慮研究成本和持續(xù)時間等因素.一般來說，和人類體型大小相近的物種，其心功能和人類就越接近，研究的影響因素也越少，如對豬、狗、綿羊的研究結論通?？梢詰糜谌祟?，但這些大型動物價格昂貴且實驗持續(xù)時間長等缺點限制了其在動物模型中的應用[6].小型哺乳動物妊娠時間短，可以在一年內產生幾代，價格相對大型動物來說便宜，且操作方便，但也有其局限性，如嚙齒動物具有相同或相似的遺傳背景，不能反映出患者的遺傳異質性.另一個局限性是壓力源的快速誘導，這與患者典型的慢性疾病進展相反[7]，因此要根據(jù)相似性、可模型化、經濟性和可重復性等原則選擇實驗動物.大鼠因電生理特性與人類相似且價格經濟適用、便于操作[8]、成模時間短、模型復制穩(wěn)定等而被廣泛應用.目前常用的大鼠有SD大鼠、Wistar大鼠，除此之外，C57BL/6小鼠也被廣泛應用.

2 HF模型建立方法

2.1 藥物誘導建立HF模型

HF分為急性心力衰竭(Acute heart failure，AHF)和慢性心力衰竭(Chronic heart failure，CHF)兩種.建立AHF模型常用的藥物有戊巴比妥鈉、維拉帕米、普羅帕酮等[9]；建立CHF模型主要用到的藥物有阿霉素[10]、異丙腎上腺素[11]、美托洛爾[12]等.

2.1.1 阿霉素誘導CHF模型

阿霉素(Doxorubicin，Dox)是一種廣泛應用于臨床的非特異性周期性抗腫瘤化療藥物，其主要副作用具心臟毒性，并增加心肌病和HF發(fā)生的風險[13].Dox的心臟毒性源于其誘導氧化應激并促進自由基的產生，當活性氧簇(Reactive oxygen species，ROS)的產生速度大于抗氧化防御系統(tǒng)的清除速度時，會促進心肌細胞凋亡、壞死和自噬，因此Dox被用作HF動物模型的誘導藥物[14].目前研究發(fā)現(xiàn)，Dox誘導法可以建立穩(wěn)定、可靠、經濟的HF動物模型，但給藥劑量、給藥周期、給藥方式、實驗動物等不同，病死率也各不相同.

Dox誘導的HF具有不可逆性和漸進性.由表1、表2、表3可知，多次低濃度給藥的方案居多.單次給藥劑量、累積劑量、給藥周期、給藥方式和實驗動物的不同都會導致動物模型病死率產生差異.單次給藥劑量大、給藥周期長都會使病死率增加，同時由于Dox具有劑量依賴性，短期內大劑量的腹腔注射給藥，也會使動物的死亡率增加，導致成模率較低.因此要確定造模周期和劑量需要先做預實驗，建議使用小劑量、低濃度、多次給藥的方法.

表1 雄性Wistar大鼠HF模型病死率情況

表2 Dox誘導動物HF模型病死率情況

表3 雄性Wistar大鼠HF模型病死率情況

2.1.2 異丙腎上腺素誘導CHF模型

異丙腎上腺素(Isoproterenol，ISO)是一種非選擇性β受體激動劑，廣泛應用于大鼠HF模型的建立[27].ISO可使機體心率加快，同時促進心肌持續(xù)收縮，加重心臟負荷，進而引起左心HF[28].慢性ISO模型表現(xiàn)出晚期HF的癥狀特征，兒茶酚胺水平長期升高[29]，其優(yōu)點為提供了慢性腎上腺素能刺激.模擬晚期HF，且無創(chuàng)傷、易于重復、誘導時間短，但動物批次、給藥途徑及給藥劑量的不同都會影響模型制備效果.

由表4可知，給藥劑量、給藥方式、給藥頻率以及給藥周期不同對病死率均有影響.單次給藥劑量大、給藥周期長都會使病死率增加，所以研究前期有必要先進行預實驗，再確定最終的實驗方案，建議使用小劑量、低濃度、多次給藥的方法.

表4 ISO誘導雄性SD大鼠HF模型病死率情況

2.2 手術方法建立HF模型

2.2.1 冠狀動脈結扎法

結扎動物的左冠狀動脈或左前降支、左旋支，可模擬心肌梗死后的HF，建模時間為 4～8 周，一般用于制作低輸出量的HF模型.該方法優(yōu)點是建立的HF模型與人類充血性HF的病理生理學演變過程接近.HF模型效果較好，收縮功能及舒張功能下降效果明顯，缺點是手術操作困難，且術后實驗動物病死率較高[33].

2.2.2 腹主動脈縮窄術

用于誘發(fā)急性壓力超載，形成高血壓HF模型.這種方法雖然可以測量壓力梯度，使肥厚分層，但高血壓急性發(fā)作缺乏直接的臨床相關性[27].腹主動脈縮窄法的主要機制是通過腹主動脈結扎法來增加心臟的后負荷，進而增加心臟的耗氧量及做功，會影響到血流動力學、內分泌和細胞因子等，最終導致心室重構，形成CHF.有研究表明，不同型號的注射針頭可造成腹主動脈不同程度縮窄:其中7號注射針頭造成約70%～80%縮窄，8號注射針頭造成約50%～ 60%縮窄，而使用9號針頭可造成約35%～50%程度縮窄[34].其優(yōu)點是易于成模、可重復性高，且建立模型的HF癥狀同臨床壓力超負荷HF機制十分相似;主要缺點是操作難度大、造模時間久，需要3到5個月左右，但動脈縮窄程度與誘導時間息息相關.

2.2.3 動靜脈瘺法

朱彤瑩等[35]認為,動、靜脈造瘺使心臟前負荷過載，增加了心血管流量，最終導致高輸出量的HF,一般表現(xiàn)為全心衰竭.該方法的優(yōu)點是建立的模型可用于HF神經內分泌激活機制、水電解質失衡、腎功能異常和代償機制的研究，缺點是術后動物存活率降低[36].

由表5可知，即便是同種手術方法或同種大鼠，但病死率卻具有顯著差異，可見外科專業(yè)的操作難度較大，有很多操作技術等不可預測因素存在.左冠狀動脈結扎術、主動脈造瘺以及腹主動脈縮窄術模型都需要高水平的外科專業(yè)操作能力，因此不建議使用外科手術方法建立HF動物模型.

表5 手術方法建立CHF模型

2.3 轉基因小鼠制備CHF方法

轉基因法是將經過特殊加工處理過的基因轉入到實驗動物的基因組中誘導HF，使用的轉入基因是一種與實驗動物HF相關的基因，這些基因能使某些因子在心肌中過度表達.除此之外，還可以利用基因敲除技術敲除某些與心肌收縮能力密切相關的堿基對，引起實驗動物HF的發(fā)生.轉基因法的主要優(yōu)點是可用來研究疾病發(fā)病機制、新藥研發(fā)、新治療位點；缺點是造模成本高、時間周期較長.基因剔除法可通過剔除基因中的多處位點引起HF[35]，但對實驗條件和操作者的要求較高，且造模時間長.

3 總結與展望

HF是各種心血管疾病要面臨的最終階段.近幾年HF的住院率和死亡率逐年增加，5年內死亡率高達50%.動物實驗是臨床研究之前的重要環(huán)節(jié)，可通過HF動物模型對其病理生理學過程進行完整的觀察，并為HF的發(fā)病機制、新藥研發(fā)和治療措施提供相應的理論依據(jù)[45].但目前并沒有一種模型能完全模擬HF的自然發(fā)展進程，每一種制備方法均有其獨特的優(yōu)勢與局限性，研究人員應依據(jù)研究目標、研究條件等因素來選擇合適的模型.相對于外科手術來說,建立HF模型，藥物誘導方法操作簡便、病死率低，與轉基因小鼠相比，價格便宜、周期較短、操作方便，且小劑量、低濃度、多次給藥的方法成模率較高，適合大多數(shù)研究中HF模型的建立.斑馬魚可以作為未來研究HF的理想生物，其胚胎透明，能在體外發(fā)育，繁殖能力強，較易觀察基因和藥物等對其干預后的活體器官變化，相對來說具備許多基因敲除鼠等動物所沒有的優(yōu)點[46]，而且斑馬魚模型的早期心血管發(fā)育過程與人類十分相似[47]，因此也可以用斑馬魚模型來研究人類的心血管系統(tǒng)發(fā)育過程.