豚鼠模型用于降膽固醇藥物的研究

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勢。

以前的研究表明，豚鼠體內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合。美國國家膽固醇教育計劃(NCEP)成人治療小組(ATP)強調，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：膽固醇酰基轉移酶(ACAT)抑制劑、考來烯胺、纖維酸類藥物、普羅布考等。研究表明，藥物治療反應中，豚鼠調節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

人體內約65%的總膽固醇是在肝外組織中內源性合成的。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，主要通過負反饋調節來調節膽固醇的合成。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，從而補償內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LDL受體通過調節血漿LDL-C來響應藥物治療[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，導致了肝臟膽固醇酰基轉移酶(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水平沒有顯著改變。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移降低了80%，而肝臟中膽固醇酯的轉移與動脈粥樣硬化的進程相關。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受體獨立途徑沒有影響。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]發現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，進入體內后，洛伐他汀被水解成有效代謝物β-羥基酸而發揮作用，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]發現，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，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，它是長鏈脂肪酸酰基碳烯A。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。小腸和肝臟ACAY的抑制導致了乳糜微粒和VLDL微粒的產生，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

肝膽固醇轉變成膽汁酸是機體清除額外膽固醇的主要調節途徑，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。考來烯胺是一種與膽汁酸結合的陰離子交換樹脂，它使膽汁酸的肝腸循環紊亂，并通過膽汁酸合成誘導肝臟膽固醇的調動。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。這些發現說明考來烯胺處理的豚鼠，血漿膽固醇的清除率升高，且內源性和外源性的膽固醇的吸收率均降低。Witztum等發現，考來烯胺顯著降低豚鼠的LDL-C，和在人體中一致[6]。他們也發現，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。

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出比正常斷奶動物組低的血清膽固醇水平。此外，在這些預處理動物中，甚至在將它們變換到標準飲食后，糞便膽汁酸排泄仍增加。在同一實驗室后續的研究中，預處理的豚鼠表現出CYP7活性和膽汁酸鵝去氧膽酸的升高。這些發現表明，新生期膽汁酸合成和分泌的提高，在考來烯胺中斷后持續很長時間。

綜上所述，豚鼠模型在各個方面都表現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。

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1004-0188(2014)06-0684-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.06.047

2014-04-21)