擴張型心肌病造模方法及機理

馮 穎，萬 軍

(武漢大學人民醫院，湖北 武漢 430000)

綜述與專論

擴張型心肌病造模方法及機理

馮 穎，萬 軍

(武漢大學人民醫院，湖北 武漢 430000)

擴張型心肌病(DCM)病因迄今不明，預后不良，無特異、有效的治療方法，嚴重威脅人類的健康，故建立DCM動物模型，研究其發病機制和治療療效等必要而迫切。目前DCM的造模方法主要包括藥物誘導、免疫誘導、分子生物學方法誘導等。本文就目前應用較為普遍、成熟的DCM模型的幾種造模方法及其機理作一綜述。

擴張型心肌病；造模；方法；機理

擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy, DCM)是以單側或雙側心腔擴大、心肌收縮期功能減退、伴或不伴有充血性心力衰竭為主要特征的心肌病。在我國發病率為13/10萬～84/10萬不等。病因迄今不明。病理改變主要以心腔擴張為主，可見室壁變薄，纖維瘢痕形成；組織學為非特異性心肌細胞肥大、變性，特別是程度不同的纖維化等病變混合存在。本病的病程長短不等，充血性心力衰竭的出現頻度較高，以往認為癥狀出現后5年的存活率在40%左右[1]。因DCM病因不明，預后不良，且無特異、有效的治療方法，故對于DCM的研究必要而迫切。近年來有多種建立DCM動物模型的方法，本文對應用較為普遍、成熟的DCM模型的幾種方法及其機理進行總結分析，供大家參考。

1 多柔比星

1.1 方法

肖俊會等[2]將出生四周的雌性SD大鼠，隨機分成實驗組和對照組。實驗組給予多柔比星腹腔內注射，每周2 mg/kg，連續8周，多柔比星用生理鹽水配成1 mg/mL。對照組腹腔內注射與實驗組等量的生理鹽水，每周1次，連續8周。大鼠在用藥第9周時麻醉，進行超聲心動圖檢查及心肌組織切片。結果顯示，實驗組3只大鼠出現心包積液，均有不同程度的心腔擴張和射血分數下降，心肌細胞變性、壞死，并有明顯心肌間質纖維化。有研究者曾采用多柔比星靜脈注射的方法建立了擴張性心肌病動物模型，但操作復雜、實施困難，劑量較難控制；還有學者[3]采用短期(3周)大劑量腹腔注射多柔比星(15 mg/kg)的方法成功建立了DCM模型，但死亡率較高，發病較急，與臨床且DCM慢性發展過程不相符合。而采用多次小劑量向大鼠腹腔注射多柔比星的方法建造動物模型，經濟可靠、簡單易行、周期較短，并且更接近于人類DCM病理生理過程。

1.2 機制

多柔比星屬于周期非特異型藥物，臨床上常用于對多種惡性腫瘤的治療，可直接作用于DNA，阻止癌細胞的分裂和增殖，但是對機體正常組織細胞也有殺傷作用，其中以心臟毒性最重。心臟毒性的機制迄今尚未完全清楚，但有許多研究表明與產生大量的自由基有密切關系，多柔比星在機體內易產生自由基和細胞損傷氧化反應，從而導致心肌結構的各種改變。也可通過多種途徑引起心肌細胞凋亡，有研究發現，多柔比星可通過使細胞內神經酰胺顯著增加，進一步導致細胞凋亡。此外，多柔比星也可促使bcl2xl表達下調，或者導致大鼠心肌細胞中p53蛋白增加，從而使心肌細胞凋亡增加，最終導致心臟擴大，收縮及舒張功能減退。

2 轉基因

2.1 cTnTR141W基因，cTnCG159D基因

2.1.1 方法：馮娟等[4]把cTnTR141W基因克隆入心臟特異表達的α-MHC啟動子下游，構建轉基因表達載體。轉基因載體用Not I線性化，調整濃度至5 ng/μL，通過顯微注射法將線性化的轉基因載體注射到C57BL/6J小鼠的受精卵中，用ICR小鼠做假孕受體，制備轉基因小鼠。將4月齡cTnTR141W轉基因小鼠和同窩陰性小鼠的心臟進行病理分析，顯示cTnTR141W轉基因小鼠心房心室明顯大于野生型，心室壁明顯變薄，心肌細胞不均勻肥大，心肌間質纖維增多。超聲檢查顯示心室腔明顯擴大，收縮期容積和舒張期容積顯著增大。射血分數、短軸縮短率、室壁運動度明顯降低。高珊等[5]用同種方法成功構建cTnCG159D轉基因小鼠模型。與cTnTR141W轉基因小鼠模型相比，該模型發病時間較晚，12月齡時才出現明顯表現，且無猝死發生，故可作為老年發病的DCM模型。

2.1.2 機制：心肌肌鈣蛋白T(cTnT)將肌鈣蛋白C和肌鈣蛋白I連接至肌動蛋白和原肌球蛋白上，從而在心肌細胞收縮和舒張過程中發揮作用。cTnT氨基端殘基l-153是肌鈣蛋白、原肌球蛋白復合物與肌動蛋白結合的必需位點，其突變可能抑制肌絲的裝配從而損害心肌的收縮能力[6]。體外實驗顯示，cTnTR141W和△K210突變可導致鈣離子敏感性降低，從而影響心肌的收縮功能，導致心肌細胞不均勻肥大、伸長，間質纖維化。cTnCG159D位于蛋白C結構域附近，其突變對cTnC的鈣離子敏感性無關，但卻會使肌動蛋白-肌球蛋白纖維對ATP的利用活性增加[7]，從而改變了心肌的正常舒縮功能，最終導致心肌排列紊亂，異常肥大、凋亡等。

2.2 LMNAE82K基因

2.2.1 方法：呂丹等[8]將突變LMNAE82K基因，插入α-MHC心臟特異性啟動子下游，線性化后將轉基因片段的濃度調為5 ng/μL，顯微注射技術將載體注射至C56BL/6J小鼠受精卵中，用ICR小鼠做假孕受體，制備LMNAE82K轉基因小鼠。用PCR法鑒定轉基因小鼠基因型，成功獲得2個LMNAE82K轉基因小鼠品系；用Western blot法鑒定LMNAE82K基因在心臟組織中的表達情況，顯示轉基因小鼠心臟LMNA的蛋白表達量明顯高于同窩陰性小鼠；用HE染色及超聲明確小鼠心臟病理改變，顯示小鼠心室壁變薄，收縮和舒張末期容積增加，而射血分數和短軸縮短率有所降低，與人類擴張型心肌病變化類似。

2.2.2 機制：LMNA是調控核纖層蛋白A/C的基因，決定著細胞核的大小、形狀、穩定性以及染色質的結構和基因表達,是染色質的重要組成部分[9]，LMNA基因突變可在結構上引起心肌細胞核、膜的破壞，導致心肌細胞核形狀不規則，核膜斷裂，染色質從核中溢出[10]。心肌細胞結構的異常，必定會影響心肌細胞的正常功能，是心肌細胞更易發生損傷，發生細胞破裂、凋亡等一系列變化，最終導致DCM的發生。

2.3 D5F173L基因

2.3.1 方法：胡永艷等[11]獲得人多巴胺D5受體突變基因F173L(D5F173L)后，利用心臟特異性啟動子α-MHC構建轉基因表達載體，線性化并調整轉基因片段濃度(5 ng/μL)后，顯微注射到C57BL/6J小鼠受精卵中，用ICR小鼠做假孕受體，從而制備轉基因小鼠。PCR法證實轉基因模型制備成功，超聲檢查顯示，D5F173L轉基因小鼠收縮和舒張期左室內徑均增大，左室容積，左室質量均增加，心功能減弱。病理顯示D5F173L轉基因小鼠心臟體積、心腔均明顯大于同窩陰性對照小鼠，并出現心腔增大，心室壁變薄，心肌細胞不均勻肥大，心肌間質纖維增多等DCM表型特征。

2.3.2 機制：研究發現，多巴胺D5受體與心臟肥大有關[12]。D5受體主要作用于冠脈血管平滑肌細胞，通過cAMP/PKG信號通路，調節鉀離子通道從而舒張血管[13]。此外，多巴胺還可通過D5受體抑制ROS的產生[14]。因此，D5受體基因的突變，一方面會導致血管舒張功能減退，心肌缺血，引發心臟功能減弱，心腔增大，另一方面，該基因突變會使心臟氧自由基生成增多，導致心肌糖脂代謝，進一步促進了疾病的發生發展。

擴張型心肌病是多種基因誘導的疾病，與眾多基因的突變有關，在此不一一列舉。基因突變與疾病的發生密切相關，其機制錯綜復雜，尚需進一步的深入研究、

3 自身免疫

3.1 豬心肌球蛋白

3.1.1 方法：趙培等[15]將7周齡SPF級雄性Lewis大鼠，隨機分為模型組和正常對照組。DCM組 將10 mg/mL的豬心肌球蛋白與等體積的弗氏完全佐劑(含有結核分支桿菌H37Ra 1 mg/mL)進行充分乳化后，在實驗第1 天和第8 天在大鼠左右后肢足墊皮下各注射上述乳化液0.1 mL。對照組于同時間同部位注射等體積生理鹽水。每周稱重1次，觀察足部潰瘍的形成。實驗第60天，大鼠禁食12 h、禁飲2 h后，麻醉后進行超聲檢測及病理組織學檢查。結果顯示：DCM組大鼠均出現足部潰瘍，且心腔擴大，心室壁回聲增強、運動減弱，甚至出現矛盾運動；心肌細胞變性、肥大，局灶性壞死，心肌間質膠原纖維增生等DCM表現。

3.1.2 機制：心肌肌球蛋白(CM)主要是通過活化的自身免疫反應T細胞介導的損傷機制來誘導自身免疫性心肌炎(EAM)。事實上，在動物模型中CM與MHC-II在心肌細胞表面的表達先于自身免疫性心肌炎的發生，故在CM分子中存在一個特異的T細胞抗原表位，可特異性地呈遞給T細胞識別，誘導其活化。人本身對誘導EAM的方式有抵抗性，但是當MHC-Ⅱ類分子與輔助性T細胞的相互作用系統發生改變時，其對EAM誘導的抵抗性消失，可誘發出嚴重的EAM[16]，而心肌炎所致的心肌損傷可進一步向DCM轉化。

3.2 心肌腺嘌呤核苷轉位酶(ANT)

3.2.1 方法：袁璟等[17]通過固相多肽合成法合成具有抗原決定簇的ANT多肽氨基酸序列，純度應大于95%。將小鼠的背部和腹部少量多次注射，初次免疫用完全福式佐劑如花，再次免疫不用完全福式佐劑。共免疫5次，第1、3、5、7、9周各一次。檢驗結果顯示造模成功，小鼠出現DCM表型特點。

3.2.2 機制：ANT是一種有器官特異性并位于心肌線粒體內膜上的一種重要的蛋白抗原，它可以參與線粒體和胞質間轉運ATP，調控心肌細胞能力代謝，此外，抗ANT抗體與ANT結合可干擾細胞能量代謝，促使Ca2+內流，最終導致心肌細胞的損害，引起DCM相關癥狀[18]。

4 柯薩奇病毒

4.1 方法

李雙杰等[19]采用4周齡Balb/c小鼠,腹腔內注射0.1 mL10-5TCID50CVB3m(柯薩奇病毒B3m為Nancy株, 在HeLa 細胞中測50%組織感染率)，以后每4周腹腔內重復接種0.1 mL 10-6TCID50DVB3m，分別于接種病毒后第1、3、6、9個月隨機取部分小鼠，先行心臟超聲檢查心功能后，稱體質量，然后無痛苦處死小鼠，分別留取心肌進行病理切片。同期取腹腔注射不含病毒的培養液的小鼠，作為正常對照。檢查結果顯示:心臟彩色超聲心動圖檢測病毒組小鼠心腔普遍擴大, 呈普大心型, 心室壁活動度明顯減弱。心肌病理學檢查中，以6月小鼠改變最為明顯，其心肌HE染色有病理變化，心肌細胞排列明顯紊亂，間質有少許炎癥細胞浸潤，膠原明顯增多，VG染色發現膠原增生，將心肌細胞分隔成網篩狀，組織病理學特征與人類擴張型心肌病的病理形態特征極為相似。

4.2 機制

由上述檢查結果可知，CVB3病毒后第1～3個月為慢性心肌炎期，3個月后為擴張型心肌病期，故可以認為病毒性心肌炎和病毒性擴張型心肌病是同一疾病的不同階段。然而關于病毒性心肌炎轉化為擴張型心肌病的機制目前還沒有確切的定論，主要認為與持續病毒感染導致心肌組織損傷；病毒感染后自身免疫介導的心肌組織損傷；病毒感染后心肌細胞凋亡等機制有關[20]。也有學者認為[21]，慢性炎癥反應和細胞外基質重塑只是發病機制的一條旁路。基質退化系統和MMPs及纖溶酶原激活因子誘導表達的失衡，同時還有TIMPs在慢性階段表達的減少，提示病理膠原蛋白翻轉，從而導致了心臟結構完整性的喪失和左心室功能障礙以及心臟擴大。

5 阿霉素

5.1 方法

周巖等[22]將DCM 組予腹腔注射阿霉素，每次2.5 mg/kg，稀釋濃度1 mg/mL，1 次/周，共6周，根據體重調整阿霉素劑量，停藥觀察2周。正常對照組以等容積的生理鹽水代替阿霉素進行腹腔注射。于第8周末對兩組大鼠麻醉后行超聲心動圖檢查、血漿BNP檢測及心肌病理切片。檢查結果顯示：DCM組大鼠心腔擴大，室壁活動度彌漫性減弱，左心室舒張末期內徑、左心室收縮末期內徑顯著大于正常組，而左室射血分數、左室短軸縮短率顯著低于正常對照組。DCM組HE染色心肌纖維排列紊亂、斷裂，細胞水腫，部分空泡變性。有學者[23]在預實驗中采用DCM組大鼠腹腔注射阿霉素4mg/kg，每周1次，連續6周。病理及超聲心動圖檢測結果均顯示造模成功，但解剖發現大鼠胸水、腹水較重，腹腔內臟器粘連明顯，且死亡率較高，故不建議采用短期內大劑量注射阿霉素造模。腹水是這種造模方法的最大缺點，大鼠一旦產生腹水，將在兩周內死亡。腹腔注射阿霉素主義無菌操作及勤換注射器，有助于減少腹水的發生[24]。

一些人上了橋，圍攏在鄭馨和蔣大偉不遠處。大家目光集中在兩人身上，緊張地打聽和議論著。大橋下面，一輛警車開來，警察跳下車，向橋上面跑去。蔣大偉手機響了，他忙拿起手機：喂！五哥！你們在哪里？手機里的聲音：大偉！我們遇上了堵車！恐怕不能按時趕到！蔣大偉急了：我這里情況緊急！隨時都有危險！請你們快來！

5.2 機制

阿霉素是一種蒽環類，非特異性周期抗腫瘤抗生素，對心肌有著特殊的親和力，它對心臟的慢性毒性作用主要表現為心肌細胞形態學與心功能的改變，最終導致心律失常、心功能不全和(或)充血性心力衰竭，并伴有左室、右室或雙室心腔的繼發性擴大，與臨床上DCM合并心力衰竭相類似。靜脈用藥后，阿霉素迅速分布全身各組織器官，形成超氧自由基，破壞細胞膜結構和功能。因此，阿霉素的心肌毒性與其引起氧自由基損傷和肌質網攝Ca2+功能障礙有關，可導致心肌脂質過氧化損傷，抑制心肌肌漿網Ca2+-ATP酶活性，并激活心肌局部RAS，使ATII生成增多，致使細胞內鈣超負荷。且阿霉素與心磷脂具有高親和力，可通過與心磷脂結合，或與線粒體DNA相互作用，進入線粒體從而抑制呼吸鏈。有研究顯示，阿霉素注射結束后，線粒體DNA與呼吸鏈受損仍會持續存在，進而引起延遲性心肌病[25]。

6 呋喃唑酮

6.1 方法

于勤等[26]將哺乳至2周齡的近交系？SD大鼠隨機分為呋喃唑酮(Fz)組合對照組。將呋喃唑酮配成43 mg/mL的溶液,按0.3 mg/g 體重,下胃管喂飼,每日1次,每周按體重調整用藥劑量,喂飼8周。對照組即非用藥組，其他喂養條件相同。實驗結果顯示：Fz組大鼠生存率為53.6%，實驗組動物體重明顯減少，心重量反而明顯增大；心電圖示QRS時限延長；超聲心動圖示左心室舒張末期內徑、收縮末期內徑明顯增大，而雙側心室射血分數降低；光鏡與電鏡下病理學檢測均符合人類DCM的特征變化；Fz組血漿中的血漿內皮素(ET)、血管緊張素(AngII)、心鈉素(ANP)均明顯升高，而血漿中的血栓素(TXB2)、前列腺素(PGF1α)與PGF1α/ TXB2變化也與人類心衰時的變化一致,說明Fz又發的SD大鼠DCM模型不僅出現與人類相同的活體形態學改變、組織病理改變而且具有相同的神經內分泌變化，證明Fz誘發的SD大鼠DCM模型是成功的。有研究者[27]發現呋喃唑酮飼養8周和12周并不增加呋喃唑酮擴張型心肌病患病率，推測呋喃唑酮心臟毒性作用與年齡有關，故呋喃唑酮應盡早給予，最好是大鼠出生后1周添加。

6.2 機制

呋喃唑酮是一種單胺氧化酶抑制劑，可能抑制體內兒茶酚胺的清除，后者濃度過高具有強烈的心臟毒性，導致心肌細胞過度興奮、變性、壞死；呋喃唑酮也可改變心肌細胞內Ca2+穩態，引起細胞內Ca2+超載導致心肌收縮功能受損，但此機制并未被相關證據所證實。此外，呋喃唑酮在引起心臟毒性的同時，也表現為神經毒性：如精神沉郁、站立不穩、不食，繼而可出現跋在地上頭轉圈，兩腿伸直作游泳姿勢，或表現為角弓反張狀等癥狀[28]。

7 酒精

7.1 方法

7.2 機制

酒精可以直接或間接的影響心臟功能。直接影響包括改變心臟的結構或功能，以及心肌細胞的新陳代謝。間接影響主要是通過其他器官和神經激素所介導致的損害。心肌細胞代謝乙醇的過程中，通過乙醇脫氫酶產生乙醛，從而導致了兒茶酚胺釋放的增加并且直接損害心臟的功能。乙醇也影響鈣離子的轉運而干擾心肌興奮收縮耦聯。乙醇可結合脂肪酸產生脂肪酸乙酯，損傷線粒體和細胞膜，并增強脂質的過氧化反應，損害細胞膜。眾所周知，乙醇會改變線粒體的新陳代謝，增加氧化自由基，包括超氧化物的產生，因此對活性氧的發生有直接的作用。長期飲酒可增加心臟纖維化的可能性，影響金屬離子的排泄和組織中的水平，導致心肌收縮期功能減退、細胞損傷和氧化應激的增加。

8 心動過速

8.1 方法

白融等[30]用快速心室起搏法，將6只成年健康雜種犬,麻醉后先進行希式束消融,使其出現Ⅲ度房室傳導阻滯,然后將犬右側頸部小切口分離暴露頸外靜脈,Seldinger法穿刺成功后依次送入導引鋼絲、血管鞘及永久起搏器電極,電極頭端固定于犬右心室心尖部,電極出血管端縫扎固定于皮下。起搏器設置為臨時參數，VOO模式，固定頻率250次/min，輸出電壓5.0 V，脈寬0.5 ms。犬項背部橫切口制作囊袋，植入脈沖發射器，經皮下隧道與起搏電極相連。心電圖確認起搏良好，縫合各切口，拔除右股靜脈處鞘管壓迫止血或縫扎止血。在犬麻醉蘇醒前，靜脈注射“速尿”20 mg以利尿。手術結束后于動物房飼養3周[(23.6±2.57)d]。實驗結果顯示：心臟彩超檢查表明有左心腔擴大、左心后壁與室間隔變薄等現象；病理檢查：組織切片可見心肌細胞腫脹，大小不一，胞質內出現空泡，核周間隙增大；肝竇擴張充血，脂肪變性；肺泡間隔增寬，含鐵血黃素沉積。Dixon等[31]用頻率為240次/min的快速心房起搏法，起搏時間為3周，成功制備了豬DCM模型。

8.2 機制

快速心率法與其他方法相比,具有安全性強,成功率高,實驗周期短等特點。在過去的30年里,心動過速誘發心肌病的實驗作為一個兩心室低輸入量功能紊亂的模型,使HF的研究取得了很大的進步。該方法常作為犬、豬等大型動物的研究。長期心動過速可導致明顯的全心臟的重構和擴大，并伴隨著左右心室壁的變薄[32]。其機制主要有：在持續心動過速的過程中，出現單個心肌細胞的收縮功能和儲備能力降低、心肌血流減少、心內膜下心肌超微結構破壞及心肌細胞的凋亡。

9 結語

擴張型心肌病病因復雜，且目前無有效治療方法，因此建立理想的動物模型，模擬人類DCM的病理變化及病情發展，對于DCM的發病機制、治療效果等臨床研究顯得格外重要。DCM造模方法多樣，故應充分了解其方法及機制，加深對DCM各種誘發機制的了解，才可正確選擇出所需要的DCM動物模型，從而順利的進行科學研究。

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Modeling methods and its mechanism of dilated cardiomyopathy

Feng Ying，Wan Jun

(Renmin Hospital of Wuhan University， Wuhan 430000, China)

The cause of dilated cardiomyopthy (DCM) has not been elucidated yet. The poor prognosis and lack of specific and effective treatment became a serious health problem. Therefore to establish animal models of DCM to study the pathogenesis and treatment is necessary and urgent. At present the molding method of DCM mainly includes drug induction, immunological induction and molecular biology, etc. This article reviews the mature and commonly used establishing methods and mechanism of DCM models.

Dilated cardiomyopathy; Animal models; Molding, method; Mechanism

馮穎(1989-),女，碩士研究生，主要研究方向：心肌電生理，E-mail: 125658315@qq.com。

萬軍，男，教授，主要研究方向：心肌電生理。

R33

A

1671-7856(2014) 08-0047-06

10.3969.j.issn.1671.7856. 2014.008.011

2014-05-26