一种由压力超负荷诱导的中度心室重构和收缩功能障碍大鼠模型，区别于明显的收缩性心力衰竭

摘要

我们描述了一种由压力超负荷诱导产生中度心室重构和早期收缩功能障碍的大鼠模型，该模型可激活参与重构过程起始阶段的信号转导通路。该动物模型将有助于识别心力衰竭早期治疗性抗重构策略的分子靶点。

摘要

在心肌梗死、长期高血压或接触心脏毒性物质等损伤刺激下，心脏最初会通过激活信号转导通路进行代偿，以在短期内抵消心肌细胞丢失和（或）心壁应力增加的影响。然而，这些通路的持续激活将产生有害作用，引发并促进心脏重构，导致左心室几何结构改变及左心室容积增大；这一表型常见于收缩性心力衰竭（HF）患者。本文介绍通过使用内径面积为2 mm²的血管夹对升主动脉进行结扎（AAB），建立大鼠压力超负荷诱导的中度心脏重构及早期收缩功能障碍（MOD）模型的方法。手术在体重200 g的Sprague-Dawley大鼠中进行。MOD HF表型在AAB术后8–12周逐渐形成，并可通过超声心动图进行无创评估。既往研究表明，MOD HF表型中存在信号转导通路的激活、基因表达改变以及蛋白质的翻译后修饰变化，这些特征与人类收缩性心力衰竭中的变化相似；因此，MOD HF表型可作为转化研究的合适模型，用于识别和验证HF中潜在的抗重构治疗靶点。与明显的收缩性HF表型相比，MOD HF表型的优势在于能够识别参与早期心脏重构过程的分子靶点，并允许在疾病早期实施治疗干预。其局限性在于可能无法完全模拟导致人类收缩性HF的多种疾病谱。此外，该表型的建立具有挑战性，因为AAB手术伴随较高的死亡率和失败率，仅有约20%的手术大鼠能够成功形成目标HF表型。

引言

心力衰竭（HF）是一种常见疾病，与高发病率和高死亡率相关¹。通过升主动脉或横主动脉缩窄建立的啮齿类动物压力超负荷（PO）HF模型，常用于探索导致HF的分子机制，并检验HF中潜在的新型治疗靶点。这些模型还能模拟由长期系统性高血压或严重主动脉瓣狭窄继发的人类HF所呈现的变化。PO发生后，左心室（LV）壁逐渐增厚，这一过程称为向心性左心室肥厚（LVH），是为代偿和适应LV壁应力增加而产生的反应。然而，这一过程伴随多种不良适应性信号通路的激活，导致钙循环与稳态紊乱、代谢改变、细胞外基质重构、基因表达变化以及细胞凋亡和自噬增强^2,3,4,5,6。这些分子变化构成了心肌重构启动与进展以及向失代偿性HF表型转化的触发因素。

尽管使用了近交系啮齿类动物，并对夹闭装置的尺寸和手术技术进行了标准化，但在主动脉缩窄模型中，左心室腔的结构和功能仍存在巨大的表型变异性^7,8,

方案

本文所述所有方法和操作程序均已获得杜兰大学医学院机构动物照护与使用委员会（IACUC）的批准。

1. AAB 模型构建的工具与仪器

1. 准备消毒剂，例如 70% 异丙醇和聚维酮碘。
2. 准备用于麻醉的氯胺酮和赛拉嗪，以及用于镇痛的丁丙诺啡。
3. 准备加热垫和尺寸为 18 英寸 × 30 英寸的高吸水性一次性护理垫。
4. 准备 100% 纯棉绳卷、胶带和毛发修剪器。
5. 准备一块 20 cm × 25 cm 的塑料板，厚度范围为 3–5 mm。
6. 准备 Z-LITE 光纤照明仪。
7. 准备适用于小型动物的机械呼吸机（例如 SAR-830/AP）。
8. 准备 2-0 和 3-0 Vicryl 圆锥形缝合线、3-0 尼龙单股缝合线、无菌纱布垫、无菌超大棉签和无菌手套。
9. 准备用于插管的 16 G 血管套管。
10. 购买以下手术器械。
    1. 准备 Weck 不锈钢止血夹结扎器及不锈钢结扎夹。
    2. 准备硬化精细虹膜剪。
    3. 准备 Adson 镊子。
    4. 准备两把弯型 Graefe 镊子。
    5. 准备 Halsted-Mosquito 止血钳（直型）。
    6. 准备 Mayo-Hegar 持针器。
    7. 准备....

结果

在主动脉弓缩窄（AAB）术后8-12周，可通过超声心动图轻松完成对心力衰竭（HF）表型的表征。假手术组（Sham）、AAB术后第3周、中度心力衰竭（MOD）表型及射血分数降低型心力衰竭（HFrEF）表型的代表性M型超声图像见图1A。图1B和图1C分别展示了用于建立MOD HF表型和HFrEF表型的血管夹尺寸。左心室舒张末期容积（LVEDV）和收缩末期容积（LVESV）可通过面积-长度法公式计算：V=5/6×A×L，其中V为以ml为单位的容积；A为舒张期（Ad）和收缩期（As）短轴胸骨旁切面中左心室腔横截面积（单位：cm²），测量水平位于乳头肌中部；L为左心室腔长度（单位：cm），通过长轴胸骨旁切面测量，即从舒张期（Ld）和收缩期（Ls）左心室内膜心尖至二尖瓣-主动脉连接处的距离。假手术组和MOD H.......

讨论

在大鼠中，由于升主动脉缩窄（AAB）导致的压力超负荷（PO）引起左心室（LV）向心性重构，表现为左心室壁增厚，即所谓的向心性左心室肥厚（concentric LVH），这是机体为对抗左心室壁应力增加而产生的代偿机制。左心室壁增厚通常在AAB术后第一周内即开始显现，并于术后2至3周达到最大厚度。在此期间，病理性信号转导通路被激活，导致左心室进行性扩大，左心室容积增加，这一过程称为离心性肥厚或重构。大多数动物在AAB术后约8周时出现心力衰竭（HF）表型，少数动物则在术后第12周发展为心力衰竭。根据AAB的严重程度不同，可产生两种不同的HF表型。中度心力衰竭（MOD）表型通过使用内径为2 mm²的血管夹实施升主动脉缩窄（AAB）建立；而射血分数降低型心力衰竭（HFrEF）表型则需使用更窄的血管夹（内径1.5 mm²）进行AAB来建立。在AAB术后2至3周进行超声心动图检查至关重要，以确认是否存在严重的向心性左心室肥厚。严重左心室肥厚的定义为室间隔和左心室后壁厚度≥正常值的1.5倍（正常值为0.19 cm），通常范围在0.27 – 0.3 cm之间。若动物在AAB术后第3周未发展出严重左心室肥厚，则视.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
阿德森镊	F.S.T.	11019-12	手术器械
带钝齿阿尔姆胸腔拉钩	ROBOZ	RS-6510	手术器械
格拉夫镊，弯型	F.S.T.	11152-10	手术器械
哈尔斯特德-蚊式止血钳，直型	F.S.T.	13010-12	手术器械
硬化精细虹膜剪，直型	Fine Science Tools F.S.T.	14090-11	手术器械
传统不锈钢结扎夹（hemoclip）	Weck	523735	手术器械
梅奥-赫加针持	F.S.T.	12004-18	手术器械
机械呼吸机	CWE inc	SAR-830/AP	小型动物用机械呼吸机
威克不锈钢 Hemoclip 结扎夹	Weck	533140	手术器械