小鼠横主动脉缩窄术（TAC）是研究心肌肥厚和心力衰竭发生机制的常用实验模型。本文描述了缩窄主动脉以在小鼠中建立可重复的心肌肥厚程度的操作步骤。
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本文内容
摘要
摘要
小鼠横主动脉缩窄术（TAC）是一种常用的实验模型，用于研究压力超负荷诱导的心肌肥厚和心力衰竭。1TAC 最初导致心脏出现代偿性肥厚，通常伴有心肌收缩力的暂时增强。然而，随着时间推移，心脏对慢性血流动力学超负荷的反应逐渐变为失代偿性，最终导致心脏扩张和心力衰竭。2小鼠TAC模型最初由Rockman验证等.1，并且此后被广泛用作模拟人类心血管疾病、阐明心肌肥厚反应及心力衰竭发展过程中基本信号通路的有力工具。与其他心力衰竭实验模型（如完全结扎左前降支冠状动脉）相比，TAC 能够提供更为可重复的心肌肥厚模型，并在心力衰竭发展过程中呈现更渐进的时间进程。本文中，我们描述了一种在小鼠中实施手术缩窄术（TAC）的逐步操作流程。为了确定主动脉结扎所产生压力超负荷的程度，采用高频多普勒探头测量右侧与左侧颈动脉血流速度的比值。3, 4手术存活率为80-90%，横主动脉缩窄术是一种在小鼠中有效诱导左心室肥厚和心力衰竭的技术。
方案
第1部分：手术区域准备
- 用 75% 异丙醇对操作区域进行消毒。
- 确保加热垫已开启并处于合适温度。推荐使用 Gaymar 循环水浴泵连接治疗垫，维持温度在 37 °C ± 1 °C。手术期间维持正常体温至关重要，以避免心率迅速下降。
- 手术器械在使用前需在高温珠灭菌器中灭菌。本操作需要以下手术器械：钝头剪刀、粗弯镊子 × 2、精细 45° 弯角镊子 × 2、弯角弹簧剪、胸腔牵开器和持针器。
- 应备有棉签，以备出血时使用。
第2部分：小鼠的准备与插管
- 将小鼠置于诱导室中，使用2%异氟烷与0.5–1.0 L/min的100% O2混合气体进行麻醉。
- 使用毛发剪刀剃除从颈部至胸部中段的毛发。
- 将小鼠仰卧位放置在加热垫上，以维持体温。
- 将橡胶带置于动物的门齿上方以伸展颈部。一手持弯头镊子，轻柔地将舌头拨向一侧；另一手持PE 90导管进行气管插管。气管插管随后连接至哈佛式容积控制型啮齿类动物呼吸机，呼吸频率设定为125–150次/分钟，潮气量为0.1–0.3 mL。手术过程中以1.5–2%异氟烷和0.5–1.0 L/min的100% O2维持麻醉。通过按压小鼠脚趾甲床（趾捏反射）确认麻醉深度是否合适。
- 手术区域先用聚维酮碘溶液消毒，再用70%酒精脱碘，重复该过程三次。
- 为防止手术过程中手术区域受到污染，用无菌洞巾覆盖小鼠，仅暴露手术野。
- 每只小鼠均使用一副新的无菌手套。
第3部分：横行主动脉结扎
- 在手术显微镜下进行至第二肋的开胸术，并使用胸腔拉钩牵开胸骨。
- 使用精细尖端的45°角镊子轻柔分离主动脉弓处的胸腺及脂肪组织。
- 确认横主动脉后，在无名动脉与左颈总动脉之间置入一段6.0丝线 (图1)。
- 在横主动脉周围打两个松结，并将一段27½号钝针平行置于横主动脉旁；先快速将第一个结扎紧于钝针一侧，接着扎紧第二个结，随后立即取出钝针，从而实现直径为0.4 mm的血管缩窄。假手术对照组小鼠接受完全相同的手术操作，但不进行主动脉结扎。
- 移除胸腔拉钩，夹闭呼吸机出气端2秒，以重新扩张肺部。
- 使用6.0 Prolene缝线以间断缝合法关闭肋骨。
- 使用6.0 Prolene缝线以连续缝合法关闭皮肤。
第4部分：术后恢复
- 术后镇痛采用腹腔注射布托啡诺（0.1 mg/kg）。若术后出现脱水迹象，可给予腹腔注射无菌生理盐水。
- 当出现自主呼吸迹象时，逐渐降低麻醉深度并关闭麻醉机，随后拔除气管插管。
- 将小鼠置于俯卧位，并放置于加热垫上使其恢复。
第5部分：确认横主动脉结扎成功
- 经胸主动脉缩窄术（TAC）一周后，对小鼠重新进行麻醉，以评估横主动脉结扎所诱导的压力超负荷程度。如前所述，使用1.5-2%异氟烷和0.5 - 1.0 L/min的100% O2维持麻醉，并将体温维持在37 °C ± 1 °C。
- 将20 MHz多普勒探头以45°角置于小鼠颈部左右两侧，以检测血流速度。采用基于计算机的多普勒信号处理器（Indus Instruments, Houston, TX）显示和存储多普勒信号。5
- 根据实验方案所需的压力超负荷程度，仅纳入右颈总动脉（RC）/左颈总动脉（LC）血流比值在特定范围内的小鼠进行后续分析。例如，中度压力超负荷对应的比值为5-8，而更严重的缩窄导致重度压力超负荷，其比值为8-10（图5.3A）。然而，假手术动物（进行手术但未结扎）的比值预期约为1（图5.3B）。
6：代表性结果
在野生型小鼠中，经胸主动脉缩窄术（TAC）后的典型手术存活率约为80-90%。成功的胸主动脉结扎将导致右颈动脉与左颈动脉（RC/LC）之间的多普勒血流速度比达到5-10（图1）。与假手术小鼠（图2A）相比，承受压力超负荷的小鼠通常在1-2周内出现心脏肥厚，6-8周后出现心脏扩张，具体表现取决于缩窄程度的紧密性（图2B）。在野生型小鼠中，TAC术后第一个月内的死亡率通常较低（<20%），尽管基因修饰小鼠可能表现出不同的存活率。6,7
图1. 通过多普勒速度测量验证横主动脉缩窄术效果。 TAC术后第6天右侧（RC）和左侧颈动脉（LC）的代表性多普勒速度信号。这些记录显示手术成功，RC/LC血流比约为6.8。请点击此处查看图1的放大版本。
图2. TAC术后代表性完整心脏图像。A. 假手术野生型小鼠心脏。B. TAC术后16周的野生型小鼠心脏。每条线段 = 1 mm。
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讨论
TAC（横主动脉缩窄术）可模拟人类主动脉瓣狭窄，是诱导小鼠心肌肥厚和心力衰竭的常用方法。主动脉缩窄的其他可选部位包括升主动脉和腹主动脉。升主动脉缩窄可对左心室（LV）造成更剧烈且更迅速的负荷过重。相比之下，腹主动脉缩窄保留了更大范围的循环系统，可能有助于代偿。8 因此，TAC 常被视为首选模型，因其能以时间依赖的方式提供适度的左心室超负荷，更便于实验研究。尽管该手术在技术上具有挑战性，但经过实践，我们在野生型小鼠中已达到 80–90% 的存活率。
横主动脉缩窄的紧密程度决定了心肌肥厚发展的程度，以及心脏衰竭和扩张发生的时间范围。此外，小鼠的年龄会影响其恢复速度以及心力衰竭发展的动力学特征。年龄较大的小鼠（>12月龄）在TAC后颈动脉产生适应性反应所需时间更长，且较年轻小鼠（3–4月龄）更易快速发生扩张型心肌病。5
对小鼠进行无创插管需要一定的练习。另一种方法如下：
- 使用钝头剪刀做颈部正中切口，用弯头镊子分离气管周围组织，以暴露气管。 ...
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致谢
X.H.T.W. 是 W.M. Keck 基金会医学研究杰出青年学者，同时获得美国国立卫生研究院/国家心肺血液研究所（NIH/NHLBI）R01-HL089598 和 R01-HL091947 项目资助，以及肌营养不良协会（Muscular Dystrophy Association）#69238 号资助。R.J.v.O. 是 2008-2010 年度美国生理学会生理基因组学博士后奖学金获得者。本工作还部分得到 Leducq 基金会心肌 CaMKII 信号通路联盟（Fondation Leducq Alliance for CaMKII Signaling in Heart）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Gaymar T/泵 | Harvard Apparatus | 型号 TP-500 | 循环水泵 |
| 温度治疗垫 | Harvard Apparatus | 60-3414 | |
| 热珠灭菌器 | Fine Science Tools | 18000-45 | |
| 钝头剪刀 | Roboz 外科器械公司 | RS-5980 | |
| 弯角弹簧剪刀 | Roboz 外科器械公司 | RS-5668 | |
| 胸腔牵开器 | Fine Science Tools | 17002-02 | |
| 粗弯镊子 | Roboz 外科器械公司 | RS-5138 | |
| Dumont 精细 45° 弯角镊 | Fine Science Tools | 11253-25 | |
| 持针器 | Fine Science Tools | 12565-14 | |
| 电动剃毛器 | GE Healthcare | 用于剃除小鼠毛发 | |
| PE 90 导管 | BD Biosciences | 427420 | 用于插管 |
| MiniVent（呼吸机） | Harvard Apparatus | 型号 845 | |
| 聚维酮碘（Betadine） | Fisher Scientific | 19-027132 | 可在医疗用品商店购买 |
| 无菌手套 | Mckesson | 20-1565 | |
| 体视显微镜 | Unico | ZM186 | |
| 6-0 丝线缝合线 | Fine Science Tools | 18020-60 | |
| 27 ½ 号针头 | BD Biosciences | 305109 | |
| 6-0 Prolene 缝合线 | Mckesson | 3286 | |
| 布托啡诺（Buprenorphine） | 机构动物设施 |
参考文献
- Rockman, H. A., Ross, R. S., Harris, A. N., Knowlton, K. U., Steinhelper, M. E., Field, L. J., Ross, J. Jr, Chein, K. R. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88, 8277-8281 (1991).
- Heineke, J., Molkentin, J. D. Regulation of cardiac hypertrophy by intracellular signaling pathways. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 7, 589-600 (2006).
- Hartley, C. J., Reddy, A. K., Madala, S., Michael, L. H., Entman, M. L., Taffett, G. E. Doppler estimation of reduced coronary flow reserve in mice with pressure overload cardiac hypertrophy. Ultrasound Med. Biol. 34, 892-901 (2008).
- Reddy, A. K., Taffett, G. E., Li, Y. -H., Lim, S. -W., Pham, T. T., Pocius, J. S., Entman, M. L., Michael, L. H., Hartley, C. J. Doppler signal processing for use in mice: applications. IEEE Trans. Biomed. Eng. 52, 1771-1783 (2005).
- Li, Y. -H., Reddy, A. K., Ochoa, L. N., Pham, T. T., Hartley, C. J., Micheal, L. H., Entman, M. L., Taffett, G. E. Effect of age on peripheral vascular response to transverse aortic banding in mice. J. Gerontol. 58A, 895-899 (2003).
- Bourajjaj, M., Armand, A. S., Martins, daC. osta, Weijts, P. A., Nagel, B. V. ander, Heeneman, R., Wehrens, S., Windt, X. H. D. e, J, L. NFATc2 is a necessary mediator of calcineurin-dependent cardiac hypertrophy and heart failure. J. Biol. Chem. 28, 22295-22303 (2008).
- Oort, R. J. van, Respress, J. L., Li, N., Reynolds, C., Almeida, A. C. D. e, Skapura, D. G., Windt, L. J. D. e, Wehrens, X. H. Accelerated development of pressure overload induced cardiac hypertrophy and dysfunction in an RyR2-R176Q knockin mouse model. Hypertension. 55, (2010).
- Tarnavski, O., McMullen, J. R., Schinke, M., Nie, Q., Kong, S., Izumo, S. Mouse cardiac surgery: comprehensive techniques for the generation of mouse models of human diseases and their application for genomic studies. Physiol Genomics. 16, 349-360 (2004).
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重印与许可
