在不断增长的心力衰竭人群中，至少有一半是射血分数保留的心力衰竭 (HFpEF)。有限的治疗选择、综合征的复杂性及许多相关的合并症强调需要足够的实验动物模型来研究 HFpEF 的病因、合并症和病理生理变化。现有动物模型的优缺点已被广泛审查，普遍认为不存在“一刀切”模型，因为不存在病因病理等一致的 HFpEF 患者。事实上，HFpEF 患者已根据合并症和症状分为不同的 HFpEF 表型。  在这篇综述中，我们研究了哪种动物模型最适合研究不同的表型——以选择合适的临床前动物模型和细化动物研究。根据已发表的报告和定义，将人类HFpEF表型组推断为3个动物表型组：高龄动物模型。高（心脏）龄（老龄化表型）的动物模型；高血压和肾功能障碍的动物模型（高血压/肾功能衰竭表型）；患有高血压、肥胖和 2 型糖尿病的模型（心脏代谢综合征表型）。随后，我们评估了不同模型中HFpEF的特征，如左室舒张功能障碍参数、全身炎症、心脏纤维化和性别特异性。对这些参数进行了评分，总结了如何最好地应用这些模型。基于我们的研究结果，我们提出了一种基于感兴趣的临床表型的未来动物研究易于使用的分类方法。

关键词：动物模型  射血分数保留的心力衰竭  HFpEF  左心室舒张功能障碍 LVDD  表型

大约 50% 的心力衰竭人群正在经历射血分数保留的心力衰竭 (HFpEF)。HFpEF 的特征是心力衰竭 (HF) 症状以及结构和功能改变以及左心室射血分数(LVEF) 保留(>50%) 。临床患者通常是女性，表现为充血、利钠肽水平升高和左心室舒张功能障碍 (LVDD)。高血压、肥胖、2型糖尿病（T2DM）和肾功能障碍等共病增加了发病率和死亡率，这些疾病与影响心脏和血管结构和功能的全身炎症有关。这种表型异质性阻碍了寻找合适的治疗方法； 因此，已经制定了诊断标准评分，例如 H2FPEF 和 HFA-PEFF可用于识别 HFpEF。除此之外经常根据 LVDD 的严重程度、单一或多种合并症的存在以及年龄进一步将HFpEF 患者归为所谓的表组，以减少临床试验中的异质性。为了研究 HFpEF 的病理生理学广泛使用动物模型。 然而，人类患者群体中的表型异质性不能简单地使用“一刀切”的动物模型。在创建和验证 HFpEF 动物模型时，必须考虑人类复杂的 HFpEF 病理生理学。通过在动物模型中定义更合适的表型可以进一步完善这些模型，从而更精确地比较动物和特定表型不同的患者群体。在本综述中，我们将动物模型分类为 HFpEF 的临床表型，以促进动物模型中 LVDD 病理机制的研究。

临床前 HFpEF 模型的标准和要求：纳入标准为HF症状、LVDD参数表现以及伴随人类综合征发展的结构和功能改变（如慢性全身炎症和纤维化）。排除标准为收缩功能障碍和射血分数降低。基于缺乏HF症状，大多数HFpEF动物模型是LVDD模型。

图1、确定HFpEF临床前动物模型的纳入和排除标准。

纳入标准-左室舒张功能障碍：尽管目前没有为动物模型定义 LVDD 的指南，但我们认为所有动物都应具有 LVDD 的特征，并且应使用 LVDD 的明确定义来评估动物模型。一般来说，测量人和动物左心室 (LV) 舒张功能的参数是早期充盈二尖瓣峰值速度与舒张早期二尖瓣环速度之间的比值(E/e’ 比率)，以及早期充盈二尖瓣峰值速度与晚期充盈二尖瓣峰值速度之间的比值(E/A比率)。由于两者都可以使用多普勒超声进行测量，因此在许多动物研究中都实施了这一点。 不同动物的 E/e' 和 E/A 正常值范围为 10-16 和 1-2.5。E/E’升高和E/A比值降低可描述左室舒张功能恶化。LV主动松弛时间或其常数τ（tau）是LVDD的指标，但通常仅用于动物。通常，大动物的τ范围为20-30毫秒，小鼠和大鼠的τ范围分别为4-7和8-12毫秒。可以将 dP/dtmin 确定为主动松弛的参数。τ、IVRT 或 dP/dtmin增加对应LV心肌细胞松弛较慢，因此LV充盈时间增加。最近，LV峰值解扭速度被认为是大型动物早期可检测的LVDD参数。在临床实践中，左室肥厚通过超声心动图和心电图进行验证，例如左室心脏重量、左室后壁厚度和室间隔直径。动物个体心肌细胞大小和左心室重量通常是附加测量值。虽然脑钠肽（BNP）值并不总是增加，但有时被用作肥大血液的生物标记物。左室舒张末压（LVEDP）升高是维持LVEF的代偿标志，在大多数健康动物中，LVEDP<12毫米汞柱。患者LVDD的最新参数是左房应变降低用于指示LVDD的严重程度。

纳入标准-慢性全身炎症和纤维化形成：LVDD 和 HFpEF 患者经常经历或至少部分由合并症引起慢性全身炎症。尤其是老年肥胖女性，全身炎症较为突出。在临床研究和动物模型中，已经测量了炎性细胞（CD3+、CD45+和CD68+阳性细胞）、炎性细胞因子（例如肿瘤坏死因子α、白细胞介素-1和-6）的循环以及单核细胞趋化蛋白1（MCP1）的产生。因为在促炎状态下C反应蛋白值可被测量，但应该注意的是，40%的HFpEF患者的C反应蛋白值正常。由MCP-1、LVDD和HFpEF引起的成纤维细胞活性增加导致患者的心肌纤维化增加。人纤维化是通过心脏磁共振，特别是T1标测来测量的。动物可以通过增加的转化生长因子 β、胶原蛋白 I 和 III 水平以及升高的基质金属蛋白酶 (MMP) 来测量纤维化。也可以通过死后组织染色来检测纤维化形成，例如 Masson 三色。患者和动物模型炎症和纤维化标记物的蛋白质和mRNA水平均高度上调。

纳入标准-心衰症状：诊断模型动物心衰受到笨重的症状和体征检测的阻碍，但也进行了如下尝试例如测量肺水肿/充血（肺重量增加）、是否存在恶病质以及运动耐受性或疲劳（跑步机或游泳实验）。然而，大动物模型可能更复杂需要大量设备。在HFpEF动物模型中运动不耐受被认为是检测HF的最佳方法。尽管很难标准化动物的运动实验并将这些干预措施外推到人类，但一些模型已经成功地评估了运动不耐受。由于许多动物模型仍然缺少对 HF 临床症状的一致评估，我们得出结论，大多数动物模型是 LVDD 模型而不是 HFpEF 模型，因此主要关注 LVDD 的发展和合并症。

将临床表型外推到临床前研究的标准：为了更好地定义人HFpEF，使用疾病模式如临床、超声心动图和实验室变量，以及治疗史和死亡率将患者分为2-6个不同的表型组。在临床年龄是一个重要因素，因为 HFpEF 患者年龄相对较大，人类表型之间的差异很小。动物单独的衰老几乎从来都不是一个独立研究的特征主要与合并症一起。衰老特征无疑会导致 LVDD 症状的发展，在肥厚性心脏大鼠 (HHR) 模型中也可以观察到。应考虑包括有或没有其他合并症的年长动物或使用随访时间更长的年轻动物以进一步完善 LVDD 和 HFpEF 模型。

高血压/肾功能障碍表型：高血压会导致血管紧张素 II (ANGII) 诱导的心肌炎症，从而导致 LVEDP 增加、微血管功能障碍和活性氧 (ROS) 产生增加。随后是一氧化氮 (NO)减少，导致 LV 及其微血管的顺应性降低，进而引发心肌纤维化和硬化。动物的高血压与人一样可由多种因素引发例如高盐饮食和引起高血压的药物。肾功能障碍存在于30%-50%的HFpEF患者中，并与死亡率增加有关。它是由慢性血压升高、慢性全身炎症和/或代谢紊乱引起的。肾功能障碍表现为血液过滤功能受损，循环中存在尿毒症毒素。通过 NADPH 氧化酶产生的 ROS 升高会导致肾功能不全，也会导致肾纤维化形成、促炎反应和进一步恶化肾功能。估计的肾小球滤过率、肌酐清除率、蛋白尿和尿毒症毒素 (UT)，例如吲哚和苯酚的存在，用于测量人肾功能障碍的程度。可以使用高盐饮食或部分肾切除术诱导动物肾功能障碍，并且可以进行死后组织学分析以调查肾小球硬化或肾纤维化。与健康动物相比，小鼠和大鼠肾功能障碍模型的肌酐清除率分别降低了 3 倍，约为 50 μL/min 和 <150 μL/min。健康大型动物的肌酐清除率与其年龄和体型有关，±60 kg 猪的清除率为 ±100 mL/min，±10 kg 的狗清除率为 ±50 mL/min。

心脏代谢综合征表型：肥胖与2型糖尿病：大约 30%-50% 的 HFpEF 患者存在肥胖， 女性的患病率高于男性。大约30%-40%的男性和女性HFpEF患者患有T2DM，这与LVEDP增加、titin低磷酸化引起的心肌僵硬以及死亡率增加有关。T2DM 经常与肥胖相结合，肥胖引起全身炎症和醛固酮释放，导致微血管功能障碍和心脏纤维化。肥胖也与环磷酸鸟苷水平降低有关，导致蛋白激酶G活性降低。蛋白激酶G依赖的titin磷酸化减少会增加静息心肌细胞张力。动物肥胖是由高脂饮食 (HFD) 引发的，表现为甘油三酯水平至少 >100 mg/dL。人类体重、体重指数和腰臀比是衡量肥胖的参数。也可以测量动物甘油三酯水平和胆固醇水平，尽管这些定义不太明确，并且基于动物的年龄、应变和性别存在很大偏差。人和动物模型血糖或胰岛素水平的测量是确定2型糖尿病的方法。小型和大型动物的健康空腹血糖水平相当（80-100mg/dL）。在大型动物的葡萄糖水平 >125 mg/dL 时确定T2DM，而小动物耐受性更高>150/200 mg/dL，被认为患有T2DM。

图2:射血分数保留的心衰动物模型的分类和评分。

小动物和大动物模型的示意图概述，使用颜色编码显示是否存在合并症、全身炎症、心脏纤维化和左心室舒张功能障碍 (LVDD) 参数。老龄化表型包括衰老加速小鼠易感8号小鼠（SAMP8），以及Fischer 344大鼠、肥厚心脏大鼠（HHR）和老年高血压犬（OHT）。高血压/肾功能障碍表型包括左心室压力超负荷猪 (LVPO)、压力超负荷猫 (PO)、血管紧张素 II 小鼠 (ANGII)、Dahl盐敏感大鼠 (DahlSS)、Nω-硝基-精氨酸甲基酯小鼠 (L-NAME)、肾次全切除大鼠 (SNX) 和脱氧皮质激素醋酸盐诱导大鼠（DOCA）；心脏代谢综合征表型包括Zucker糖尿病脂肪大鼠（ZDF）、肥胖小鼠（ob/ob）、糖尿病小鼠（db/db）、高脂高糖小鼠（HFHS）、老龄高脂饮食+血管紧张素II小鼠（老龄HFD+ANGII），高脂高糖猪（HFHS）、Dahl盐敏感/肥胖大鼠（DahlSS/肥胖）、Zucker脂肪和自发性高血压大鼠（ZSF1/肥胖）、Nω-硝基精氨酸甲酯+高脂肪饮食小鼠（L-NAME+HFD）、脱氧皮质酮醋酸盐/血管紧张素II/西方饮食猪（DOCA/ANGII/WD）、高血压、高胆固醇血症、糖尿病猪（HT/HC/DM），西方饮食/主动脉阻断猪（WD/AB）、糖尿病+血管紧张素II小鼠（db/db+ANGII）和脱氧皮质酮醋酸盐/西方饮食猪（DOCA/WD）。颜色编码显示是否存在某些参数并用于评分：深绿色 2 分、浅绿色 1 分、黄色 0 分、浅红色 -1 分和深红色 -2 分。评分中不包括性别差异。

动物模型的表型分组和评分：大多数动物模型高血压、肥胖和2型糖尿病被用于引发LVDD的发展，因为它们是HFpEF患者最常见的合并症。除了诱导的脱氧皮质激素醋酸盐（DOCA）和肾次全切除大鼠动物模型外，肾功能障碍通常是自发发生的。在大多数研究中，只分析了单一性别，并且在其中一些研究中，没有指定动物的性别。我们从广泛的列表中提取了符合我们要求的合适动物模型，并根据模型的年龄、合并症、炎症、心脏纤维化和 LV 功能将它们分类为 3 个表型。对选定的动物模型进行评分，并得出与三种表型相关的最适合LVDD/HFpEF研究的动物模型的结论。使用6组特征（即炎症、纤维化、LVEF、松弛参数、压力测量和结构适应）的平均值对模型进行评分对应颜色编码（深绿色2分、浅绿色1分、黄色0分、浅红色）进行评分计算−1分，深红色−2分）。

老龄化表型：该组动物模型主要为衰老模型或心脏衰老相关特征诱导的LVDD模型 。主要关注的衰老模型是加速衰老的易感小鼠8和Fischer 344 大鼠。虽然加速衰老的易感8小鼠模型出现肾功能障碍，但Fischer 344大鼠仅出现高血压。这两种动物模型代表了老年和年龄相关的结构改变。在 HHR 中，没有使用合并症来触发 LVDD并且没有对合并症或全身炎症的了解，尽管 LVDD 得到了相当广泛的证明并且显示了可重复性。肾包扎诱发的老年高血压（OHT）狗也是老年动物高血压模型，根据我们的评分标准，其得分最高。

高血压/肾功能障碍表型：如果动物模型表现为高血压和肾功能障碍，或通过改变血管紧张素II、高盐饮食或L-NAME而发展为高血压，则将其纳入该表型组。在 LV 压力超负荷 (PO) 猪和 PO 猫中，LVDD 得到证实且可重复。ANGII小鼠或DahlSS大鼠均为已建立的高血压LVDD/HFpEF动物模型，可能发生肾功能障碍。在雄性和雌性大鼠中分别研究了DahlSS模型，该模型显示雌性小鼠的纤维化较少，雄性小鼠的体重减轻过度。肾次全切除大鼠用于研究LVDD的发展，尤其是在肾功能障碍时不会出现全身炎症。尽管几乎所有功能参数都显著指向LVDD，但该模型很少用于LVDD/HFpEF研究，可能是由于处于舒张-收缩功能障碍的边缘。在这些高血压模型中需要更多关注心脏适应和纤维化形成研究。 DOCA 大鼠基于单肾切除术但额外的 DOCA 盐给药也将病理焦点转移到进行性高血压。这些模型可用于研究高血压引起的血管功能障碍，血管功能障碍在该表型组中表现突出。最有希望的小动物模型是 ANGII 小鼠和 DahlSS 大鼠，这两个模型都研究了 HF 标记。DOCA 大鼠的 LVDD 得分很高，因为它们会出现高血压和肾功能障碍。 LVPO 是评分最高的大型动物模型，没有潜在的合并症，但存在全身炎症、纤维化和 LVDD 参数。

心脏代谢综合征表型：Zucker 糖尿病脂肪大鼠模型是一种具有代偿性心脏肥大和增加的 LVEDP 的 T2DM 模型，但需要对其他 LVDD 参数进行更多研究。 肥胖 (ob/ob) 和糖尿病 (db/db) 小鼠都是肥胖和 T2DM 组合的既定模型，db/db 小鼠中所有指示的 LVDD 参数都有变化，但 ob/ob 小鼠中没有心脏纤维化形成。 分别对这两种模型中的雄性和雌性小鼠进行了研究，没有显著的性别差异。 糖尿病心肌病模型是 HFHS 小鼠显示 LVDD 和 3 个恶化的参数、炎症和心脏纤维化。老龄HFD+ANGII小鼠出现高血压、肥胖、T2DM以及炎症和心脏纤维化，不存在肾功能障碍。HFHS猪是早期LVDD的潜在代谢模型。DahlSS/肥胖和Zucker脂肪和自发性高血压（ZSF1）/肥胖大鼠描述了高血压和代谢紊乱的组合。两种模型都发展了LVDD，分别由5个和6个参数表示。除了诱发高血压和肥胖/2型糖尿病外，还有炎症、纤维化和肾功能障碍的报道。15周后的高死亡率往往阻碍实验时间的延长。L-NAME+HFD小鼠模型也显示了4个LVDD参数，但不存在T2DM。高血压、高胆固醇血症和糖尿病 (HT/HC/DM) 猪和 WD + 主动脉阻滞 (AB) 猪都包括 LVDD 和 HFpEF 的所有合并症的广泛病理谱。而在HT/HC/DM模型中，对松弛异常的研究更多的是细胞，WD+AB模型在所有功能参数中均显示LVDD。一些动物模型例如 db/db + ANGII 小鼠和 DOCA + WD 猪没有详细描述或没有 LVDD 或 HFpEF 作为主要结果。两种模型都没有松弛变化，也没有证明 LVDD，因此不确定是否存在任何病理性 HFpEF 表型。db/db 小鼠、DahlSS/肥胖和 ZSF1/肥胖大鼠以及 HT/HC/DM 猪得分最高都显示了 HF 标记。尽管分数较低，但 DOCA + ANGII + WD 和 WD + AB 猪模型符合表组。

结论：本文将动物模型分为HFpEF的临床表型组，以使临床前研究更具针对性和转化性。我们创建了一种分组方法，有助于根据感兴趣的表组选择合适的动物模型，同时根据研究的 LVDD、全身炎症和纤维化形成的广泛性对模型进行评分。根据我们的评分，衰老表型组中最有希望的动物模型是OHT模型，虽然临床衰老是一个重要特征，但快速衰老模型没有显示出明显的LVDD。高血压/肾功能障碍表型的最佳拟合模型是 ANGII 小鼠、DahlSS 大鼠和 LVPO 猪。对于心脏代谢综合征表型，db/db 小鼠出现肥胖和 T2DM并显示 LVDD，但没有高血压。此外，DahlSS/肥胖和ZSF1/肥胖大鼠以及HT/HC/DM猪模型在HF标记物和性别报告中总体得分良好。尽管分数较低，但 DOCA + ANGII + WD 和 WD + AB 猪模型是最合适的大型动物模型。

原文出自：Clinical Phenotypes of Heart Failure With Preserved Ejection Fraction to Select Preclinical Animal Models - ScienceDirect