基于數據挖掘的慢性心力衰竭動物模型特點分析

何義鑫 伍建光

1.江西中醫藥大學臨床醫學院，江西南昌 330006；2.江西中醫藥大學附屬醫院心血管病科，江西南昌 330006

心力衰竭（以下簡稱“心衰”）是各種原因（如心肌病、心肌炎、心肌梗死等）引起的心肌結構和功能的變化，造成心臟收縮和/或舒張功能受損，心排血量不能滿足全身組織器官基本代謝需要的一組臨床綜合征。根據心衰發生的緩急程度可分為慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）和急性心衰，在原有慢性心臟疾病基礎上逐漸出現心衰癥狀和體征的為CHF[1]。根據國外研究估計，全球有6 430 萬人患有心衰，5 年死亡率高達75%[2]。CHF 臨床治療手段的研發均需借助實驗基礎，穩定可靠的動物模型是開展CHF 實驗研究的基礎和關鍵。目前應用的CHF 動物模型較多，但缺少統一的動物模型制備及評價標準。本研究通過查閱相關文獻，基于數據挖掘對現有的CHF 動物模型造模要素進行分析，為提高CHF 動物模型造模成功率及受試藥物藥理研究提供方法學參考。

1 數據來源與方法

1.1 檢索標準

以“慢性心力衰竭”和“動物模型”為主題，計算機檢索中國知網、萬方、維普、SinoMed 和PubMed 數據庫中關于CHF 的實驗研究文獻；檢索時限：中文數據庫為2011 年1 月至2021 年12 月，英文數據庫為2017 年1 月至2022 年4 月。

1.2 納入與排除標準

納入標準：CHF 的全部動物實驗文獻。排除標準：會議、碩博論文、綜述類和資料不全的文獻。

1.3 數據處理與統計分析

處理實驗動物名稱、種類等均參照《實驗動物和動物實驗技術》[3]進行規范總結。將篩選所得文獻中實驗動物種類、性別、造模方法、陽性藥、檢測指標等錄入Excel 2019 并建立數據庫，對錄入的數據進行整理、統計和分析，定量歸納造模要素。

2 結果

2.1 CHF 模型動物種類及性別分布

共檢索出相關文獻1 702 篇，剔除重復、會議、碩博論文、綜述類及資料不全文獻1 501 篇后，最終篩選出符合納入標準的文獻201 篇，共有14 類實驗動物，累積使用頻次為201 次。所用動物種系中使用最多的為SD 大鼠，其次為Wistar 大鼠、C57BL/6 小鼠；CHF建模時多選擇雄性動物進行研究。見表1。

表1 CHF 模型動物種類及性別分布（只）

2.2 CHF 模型造模方法

201 篇文獻主要涵蓋了10 種造模方法。其中，使用最多方法為冠狀動脈左前降支結扎法，其次為主動脈弓縮窄法（thoracic aorta constriction，TAC）、化學藥物法（阿霉素、異丙腎上腺素）、腹主動脈縮窄法等。見表2。

表2 CHF 模型造模方法

2.3 CHF 模型構建時間及成功標準

CHF 模型構建時間多為4 周（47 次）、6 周（22 次）、8 周（14 次）。CHF 動物模型大多通過左室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）、左室舒張末壓、行為表現及行為學實驗等進行評估，以確保造模成功。其中以LVEF≤45%（13 次）及LVEF≤50%（10 次）較為多見，且大多聯合行為表現指征（13 次）進行判斷。

2.4 CHF 模型陽性藥使用分布情況

201 篇文獻中僅有60 篇設立陽性組，使用較多的陽性藥為卡托普利，其次為地高辛等。見表3。

表3 CHF 模型陽性藥使用分布情況

2.5 CHF 動物模型相關指標檢測

如果同一組織被劃分為不同的檢測指標，分開統計；同一組織被同時檢測多個同類型指標，則歸納為一類。結果顯示，CHF 動物模型相關指標可細分為15 類。見表4。

表4 CHF 相關指標分類

3 討論

CHF 的發病機制主要是心室重塑，血流動力學的改變，組織學的改變，包括炎癥反應、氧化應激反應、心肌纖維化、心肌細胞凋亡、內質網應激等[4-5]。心衰患病率逐年上升，單純西藥包括強心苷類、利尿劑、血管緊張素轉化酶抑制劑等長期治療可能會導致嚴重的副作用，如電解質耗損、體液耗損、低血壓等。因此，中醫藥被認為是治療CHF 的替代治療策略，成本較低，副作用較少[6]。如口服苓桂術甘湯[7]可有效降低CHF 大鼠血管緊張素Ⅱ、內皮素-1、腦鈉肽，從而抑制心室重塑，減輕心肌細胞損傷。無論西醫或中醫都無法根治CHF，所以需要更多的動物實驗為設計新型藥物或治療方法提供前期研究基礎。

本研究結果顯示，心衰模型構建中使用最多的為SD 大鼠、Wistar 大鼠及C57BL/6 小鼠，周齡多為8～10 周。小鼠模型的主要優勢是針對性更強，實驗中多利用小鼠制造轉基因模型，針對心衰靶點進行實驗設計；與小鼠比較，大鼠體積較大，有完整的動脈循環，血管粗，易操作，生命力旺盛，抗感染能力強，繁殖快，并且便于進行行為學檢測及病理檢測等要求[8]。大型哺乳動物（如豬、犬、綿羊等）在循環系統方面和人類更加相近，是比較理想的心臟模型，但是周期、費用、便捷程度都會讓我們更傾向于小型動物，并且小型嚙齒動物和人類之間的心肌能量學和收縮總體上相似[9]。本研究結果顯示，主要CHF 的造模方法可大致分為手術法、藥物誘導法。對于使用率較高的冠狀動脈結扎術而言，其原理是制造心肌梗死模型，其中動物圍手術期死亡率高，且對于術者要求較高，操作難度大；TAC 可重復性高、穩定，但是依然對術者要求較高；藥物誘導可重復性高，操作比前者簡單，但是毒副作用較大[10]。再者如較少出現的二尖瓣反流術，更適合急性心衰模型的制作，且適用于大型動物如豬；快速起搏法難以模擬心衰模型特點[11]。造模成功標準的多以LVEF≤45%及LVEF≤50%并結合實際臨床表現。陽性藥物使用較多為血管緊張素轉換酶抑制劑/血管緊張素受體阻滯劑類（如卡托普利等）、洋地黃類（如地高辛等），兩者有著顯著的臨床療效，一般采用灌胃的方式，血管緊張素轉換酶抑制劑類藥物對于CHF 特別是射血分數降低型心衰指南屬于ⅠA 類推薦用藥。本研究結果顯示，所測指標較多的有血清學指標、炎癥指標、心肌細胞重塑指標的檢測方法有酶聯免疫吸附試驗法、聚合酶鏈反應、Western blot、免疫組織化學染色法及病理組織學檢查等[12-14]；另外，心臟結構及功能指標、血流動力學指標等都可有效評價心衰程度。

實驗造模中存在的問題及建議：①統計中＞90%的實驗并未提及造模成功標準，或許可以認為是一種實驗前提條件的缺失。②現階段對于中醫藥在心衰方面的應用實驗較為多見，多以中西醫結合的方式建立模型，如手術結扎大鼠冠狀動脈左前降支，在術后第9～12 周加用左旋硝基精氨酸腹腔注射，利用此種聯合造模的方法制作心陽虛心衰證候的大鼠模型[15]，而中醫證候復雜多樣，心衰包括其他疾病中醫證型的造模并沒有一套屬于自己的規范體系，缺少一定的循證依據及信服力，無法解決主觀因素占比過大的問題，一定程度受限，動物模型評價指標在“病癥”和“病證”兩方面側重點區分不明顯[16]。③心衰與動脈粥樣硬化相關，這一點在大多數小型嚙齒類動物模型中是很難誘發的[9]，如果需要涉及心衰與動脈粥樣硬化的相關研究，建議使用大型動物作為模型。④CHF 造模的死亡率和存活率缺少相應的統計。⑤對于實驗指標的測定，尤其是作為與心衰程度[17]直接相關的腦鈉肽檢測較少，或許以腦鈉肽檢測作為CHF 的診斷指標或終點指標能更多地增加治療方法的說服力。⑥外泌體miRNA 在心肌重塑中起重要作用，其中miR-425 和miR-744 有望成為逆轉心肌重塑的治療靶點和診斷心衰的標志物[18]，或許可以作為新的方向。⑦代謝組學作為一門新學科，其主要研究機體小分子代謝物，已被廣泛用于探究代謝標志物與熱點代謝途徑[19]，心肌細胞能量代謝就是心衰研究中的主要問題之一。

本研究結果顯示，涉及與CHF 心肌能量代謝相關的心肌游離脂肪酸水平、葡萄糖、線粒體檸檬酸合酶活性等所相關的實驗研究只有不到1%，檸檬酸合酶參與三羧酸循環相關，心肌細胞三羧酸循環分布在線粒體，其中線粒體呼吸鏈是作為細胞提供能量、氧化應激、代謝及增殖調控的重要組成部分[20]。有研究者對一組非糖尿病晚期心衰患者進行液相色譜-質譜分析發現，其衰竭的心肌細胞主要能量來源并非脂肪酸，而是葡萄糖和酮體；同時代謝譜顯示，脂肪酸代謝發生了變化[21]。有研究顯示，8 種血清代謝物如丁酰肉堿、N-甲酰蛋氨酸等可作為亞臨床射血分數保留心衰的早期生物標志物，這種血漿代謝譜在缺血性心衰患者中與腦鈉肽聯合應用具有顯著的診斷和預后價值[22-23]；龐博等[24]通過液相色譜-質譜對慢性心衰患者的尿液樣本分析，篩選出尿苷和丙氨酰色氨酸作為其潛在標志物。

由此可見，從多個代謝途徑對其進行實驗研究，符合中醫“整體審查”的觀念，而從“辨證論治”的角度來說，研究者需要厘清“同病異證”和“異病同證”模型之間代謝指標的差異，要遵循病證結合的研究框架，分清與“病”相關或與“證”相關，保證研究結果的特異性[25]；同時還需要注意代謝產物與年齡、性別、疾病發展的階段等都有著密切關系[26]，研究時盡量排除此類干擾因素。