BALB/c小鼠模型：主动脉缩窄致充血性心力衰竭

摘要：小鼠主动脉缩窄（TAC）是一种常用的压力超负荷诱导的左心室重构模型。但是，在最常用的小鼠品系（即C57BL / 6J）中，疾病发展为明显的心力衰竭（HF）的过程中存在相当大的可变性。研究表明，C57BL/6J小鼠比BALB/c小鼠对心肌梗死或血管紧张素II诱导的高血压后充血性心力衰竭的发生具有更强的抵抗。因此，我们验证了BALB / c小鼠可能是研究TAC诱导进行性HF的较好研究模型的假设。在对C57BL/6J（n=29）和BALB/c（n=32）小鼠进行假手术或TAC手术后，我们通过超声心动图评估了2、4、8和12周时的心脏尺寸和功能，并监测了整个研究期间的存活率。在TAC后2周使用血管紧张素转化酶抑制剂依那普利或溶媒进行了6周的BALB/c 小鼠重复试验。研究结束时，我们评估了心脏重量、肺重量和血浆脑利钠肽（BNP）浓度。TAC后，C57BL/6J和BALB/c小鼠与假对照组小鼠相比均表现出明显的左室重构。BALB/c小鼠逐渐出现收缩功能障碍、左室扩张、肺充血和显著的死亡率，而C57BL/6J小鼠则没有。BALB/c-TAC小鼠试验，与溶媒对照组相比，依那普利显著降低了心脏重量、肺重量和血浆BNP浓度，提高了存活率。BALB/c小鼠TAC后均出现充血性心衰。依那普利在该模型中可有效提高存活率和减少肺充血。这些数据表明，BALB/c小鼠可能是比C57BL/6J小鼠更好的研究工具，用于研究TAC诱导的向HF的疾病进展，并评估治疗射血分数降低的慢性心衰的新疗法。

关键词：小鼠  主动脉缩窄  心力衰竭  肺充血  BALB/c  C57BL/6J

简介：小鼠主动脉缩窄（TAC）模型是一种常用的LVH和HF的实验模型，已用于研究代偿性或适应不良的心脏重塑，心脏肥大，纤维化和功能障碍的过程。但是，已经观察到疾病进展为HF的巨大差异，具体取决于TAC的严重程度，小鼠品系和研究的时间过程。研究表明，C57BL / 6J小鼠比129SvlmJ小鼠更容易发生HF，通常收缩功能会适度降低而不会进一步恶化。在C57BL/6J小鼠中，主动脉缩窄程度超过常用的27号针头转接器会增加反应的严重性和更多动物从代偿性左室肥厚过渡到心衰的可能性。然而，死亡率显著增加，大多数小鼠的死亡速度比预期的要快。此外，Mohammed等人报告在9周的试验周中，只有一部分C57BL/6J-TAC小鼠的肺重量增加与心衰一致，而其余小鼠的肺重量正常，提示代偿性LVH。由于对TAC诱导的病理生理变化的易感性不同，即使在同一品系的C57BL/6J小鼠中，研究压力超负荷引起的显性心衰变得非常困难，因为需要使用更大的群体规模。因此，仍然需要开发一种可重复的TAC模型，以便更有效和准确地评估压力超负荷诱发心衰的根本原因和机制，并随后用于新靶点验证或新药物试验。Peng等人 报道说，C57BL / 6J小鼠对血管紧张素II产生代偿性向心性肥大和纤维化，而BALB / c小鼠表现出严重的LV扩张，壁变薄和纤维化导致HF，并通过肺充血和射血分数（EF）降低来证明。最近还报道了BALB/c心衰模型的独特发现，该BALB/c小鼠模型表现出心肌梗死（MI）HF后的稳健、可重复和临床相关的病理特征，表现为心功能恶化、肺水肿、胸腔积液和进行性死亡率，而C57BL/6J小鼠则没有。鉴于上述两项研究表明BALB/c小鼠表现出稳定的HF临床相关病理特征，我们进行了比较C57BL/6J和BALB/c小鼠TAC后生存率、心功能、肺充血和疾病生物标志物血浆脑利钠肽（BNP）浓度的临床相关研究。由于研究结果表明BALB/c-TAC模型与心衰表型一致，我们进行了一项随访研究，以探讨血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂依那普利在该模型中的治疗效果。

正常小鼠的基线超声心动图：对8只C57BL / 6J和8只BALB / c小鼠进行了超声心动图检查，以评估基线心脏功能和大小以及主动脉直径。 在以下研究中，使用主动脉直径来确定每种应变所需要的绑扎适配器的大小，以实现可比的主动脉血流减少。

C57BL/6J和BALB/c小鼠TAC模型的比较：C57BL/6J（n=29）和BALB/c（n=32）小鼠接受假手术（分别为10和12）或TAC手术（分别为19和20）。通过Kaplan-Meier生存率分析对手术和随后24小时存活的动物进行长达12周的监测，并在2、4、8和12周时通过超声心动图评估心脏功能和尺寸。存活率用于预测参与以下研究的动物数量。

在BALB / c TAC模型中评估依那普利：术后两周，对49例小鼠进行了全面的超声心动图检查（35只TAC和14只假手术）。将35只TAC小鼠随机分为2个实验组：溶媒对照组（50%DMSO/50%生理盐水，n=18）和依那普利治疗组（20mg/kg/天，n=17）。用渗透泵皮下注射给药6周。在整个研究过程中对通过超声心动图和微型泵植入术存活的动物进行Kaplan-Meier生存率分析。通过Kaplan-Meier分析生存率。假手术对照组（n=14）进行相同的程序，不植入微型泵。

研究结束时，用2.5％异氟烷麻醉动物，并通过颈动脉放血。然后暴露胸腔，仔细检查以确定是否存在胸腔积液，胸腔积液的定义是液体积聚量大于30μl。采集心脏和肺，进行大体检查，并立即称重。将心脏切成两半，然后固定在10%中性缓冲福尔马林中，进行间质纤维化分析。解剖右胫骨，测量其长度（TL）并标准化心脏重量（HW）和肺部重量（LW）。 空气干燥约60小时后，再次测量LW。终点包括心脏功能和大小，肺水肿，胸腔积液，心房大小，生存率和血浆BNP浓度，以及器官重量和纤维化。如前所述，LW/TL比值高于假手术小鼠中观察到的最大值的TAC小鼠被视为具有HF表型。

TAC诱导：将异氟烷与0.5％L / min的O2混合进行动物麻醉，用20号导管进行气管插管，并使用双模式兽用呼吸机以每分钟140次搏动，每搏量300微升进行通气。从胸骨至第二肋骨切开约1.0-1.5-cm的切口。在右无名动脉和左颈总动脉之间用7-0丝线，轻轻暴露并结扎主动脉弓。然后迅速移除丝线，以产生约70％的主动脉血流减少的狭窄。 在C57BL / 6J小鼠中，绑扎丝线的外径为0.41毫米。在BALB / c小鼠中，丝线的外径为0.38mm。 根据主动脉直径选择绑扎丝线的尺寸，这在结果部分中进行了描述。主动脉收缩后，用6-0不可吸收的丝线缝合封闭肋骨。 假手术动物在没有TAC的情况下进行了相同的外科手术。在整个手术过程中，用加热垫使体温保持在37°C。

C57BL/6J和BALB/c小鼠在基线时表现出不同的心血管表型：超声心动图显示，C57BL / 6J和BALB / c小鼠的基线心脏功能和左心室测量值存在很大差异。 如表1所示，BALB / c小鼠的基线EF和HR显著低于C57BL / 6J小鼠。数据表明，BALB/c小鼠的左室腔比C57BL/6J小鼠大，左室壁比C57BL/6J小鼠薄，舒张末期和收缩末期LV容积明显增大，LVAW明显变薄，LVPW有变薄的趋势。尽管年龄和体重相似，但BALB / c小鼠的主动脉直径也比C57BL / 6J小鼠小。

BALB/c小鼠在TAC后表现出明显的充血性HF特征：由于BALB/c小鼠的主动脉直径小于C57BL/6J小鼠，为了使主动脉流量减少约70%，在BALB/c小鼠中用0.38-mm丝线诱导TAC，而在C57BL/6J小鼠中用0.41mm丝线诱导TAC。在TAC研究中，C57BL/6J和BALB/c小鼠的实际收缩率分别为74.9%和67.9%，表明主动脉流量减少。在进行TAC手术的19只C57BL/6J和20只BALB/c小鼠中，2只C57BL/6J和1只BALB/c小鼠由于多普勒速度RC/LC比值≤2.0而被排除。通过Kaplan-Meier生存率分析，对存活于手术后24小时的小鼠进行长达12周的观察。在整个12周的研究中，C57BL/6J和BALB/c组的所有假手术对照小鼠均存活。在接受TAC手术的动物中，BALB/c组共有9例死亡，死亡率逐渐上升至47%，而C57BL/6J组只有1例死亡。

图1. C57BL / 6和BALB / c小鼠主动脉缩窄（TAC）后的Kaplan-Meier生存曲线。

心功能和尺寸：在假手术或TAC手术后2、4、8和12周进行一系列超声心动图检查。在C57BL / 6J小鼠中，TAC最早在第2周就诱导LVAW和LVPW显著增加，在整个研究中保持相对稳定，LV体积有小趋势增加，并且从第4周开始EF适度减少，但与假手术组相比没有进一步恶化。在BALB/c小鼠中，TAC也在第2周诱导LVAW和LVPW显著增加。有趣的是，BALB / c组小鼠的LVAW最初增加，随后逐渐变薄至在第12周时显著低于假手术组的水平，而BALB / c组小鼠的LVPW 组与C57BL / 6J TAC组小鼠特征相似。与LVAW的逐渐变薄相一致，BALB/c-TAC小鼠表现出更大的LV室扩张，EF显著且逐渐降低。

图2、C57BL/6J小鼠主动脉缩窄（TAC）或假手术后的超声心动图特征

图3、BALB/c小鼠主动脉缩窄（TAC）或假手术后的超声心动图特征。

形态学和组织学测量：与功能和结构变化一致，两种小鼠品系均在TAC后表现出肥大和纤维化反应。重要的是，所有BALB / c小鼠均出现肺充血，这由肺重量和肺部积液以及胸腔积液的显著增加所证明。与假手术组相比，C57BL/6J-TAC小鼠肺重量呈上升趋势，进一步分析表明，16只TAC小鼠中只有4只的肺重量增加超过了相应假手术小鼠的最大值。

图4、C57BL/6J小鼠主动脉缩窄（TAC）或假手术后12周的形态测量。

图5. BALB / c小鼠主动脉缩窄（TAC）或假手术后12周的形态测量

疾病生物标志物：与假手术组小鼠相比，两种小鼠均表现出TAC诱导的血浆BNP浓度升高。与C57BL/6J小鼠相比，BALB/c-TAC模型清楚地显示了心衰的临床相关表型，包括长期死亡率、收缩功能障碍和肺充血。因此，有必要进行后续研究，以进一步验证该模型在BALB/c小鼠中的有效性。

依那普利对BALB / c TAC模型中的治疗：TAC后两周，当确定心脏肥大时，通过皮下渗透泵施用依那普利（20 mg / kg /天，n = 17）或赋形剂（50％DMSO / 50％生理盐水，n = 18），持续6周。与赋形剂对照组相比，依那普利治疗显著降低HR。依那普利可降低TAC后的总死亡率、肺水肿、LA直径和血浆BNP浓度。假手术组未观察到死亡率。与赋形剂组相比，依那普利组的心功能无明显改善，左室壁厚度、左室容积、HW/TL比值或间质胶原含量无明显降低。

图6.依那普利对BALB / c TAC模型的肺重量，左心房直径，血浆脑钠肽和存活率的影响。

图7.依那普利对BALB / c TAC模型收缩功能，左心室壁厚度和体积以及心脏重量的影响。

总之，本文所报道的结果为BALB/c-TAC模型的转化和临床相关性提供了有力的证据。接受TAC的BALB / c小鼠表现出HF的临床相关特征，包括进行性LV重塑和收缩功能恶化，并伴有大量肺部充血和明显的死亡率，SOC治疗药物依那普利降低了肺部充血并提高了生存率。所有数据表明，与C57BL / 6J相比，BALB / c小鼠可能是研究TAC诱发明显HF的更好品系。

原文出自:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1056871920302665