재현 가능한 마우스 모델은 PCSK9 선상 관련 바이러스(PCSK9-AAV)-고지방 식이 매개 고콜레스테롤혈증과 부분 좌측 경동맥 결찰(PCL)을 결합하여 경동맥 동맥경화증을 유도하여 인간 병태생리를 재현합니다. 이로 인해 야생형 마우스에서 유전체 편집 없이 인간과 유사한 경동맥경화성 병변을 신속히 유도할 수 있어, 경동맥 동맥경화증 연구를 촉진하는 표준화된 도구를 제공합니다.
방법 논문
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재현 가능한 마우스 모델은 PCSK9 선상 관련 바이러스(PCSK9-AAV)-고지방 식이 매개 고콜레스테롤혈증과 부분 좌측 경동맥 결찰(PCL)을 결합하여 경동맥 동맥경화증을 유도하여 인간 병태생리를 재현합니다. 이로 인해 야생형 마우스에서 유전체 편집 없이 인간과 유사한 경동맥경화성 병변을 신속히 유도할 수 있어, 경동맥 동맥경화증 연구를 촉진하는 표준화된 도구를 제공합니다.
야생형 마우스에서 빠르고 재현 가능한 경동맥 특이적 죽상동맥경화증 모델이 부족해 플라크 생물학과 치료법에 대한 번역 연구가 제한됩니다. 이 프로토콜은 선생계 관련 바이러스(AAV) 매개 PCSK9 과발현, 동맥 유발성 고지방 식단, 좌측 부분 경동맥 결찰(PCL)을 결합하여 C57BL/6 마우스에서 반복 가능한 경동맥경화를 유도하는 비유전체 편집 시간 효율적인 방법을 설명합니다. 목표는 유전자 변형 동물 없이도 인간 경동맥 질환의 주요 병태생리적 특징인 고지혈증과 출혈 장애를 재현하는 표준화된 워크플로우를 제공하는 것입니다. 방법에는 PCSK9-AAV 투여 및 투여, 수술 전 준비, 좌측 경동맥의 단계별 외과적 결찰, 수술 후 관리, 식이 요법, 조직 채취, 그리고 오일 레드 O 및 베르호에프-반 기손 염색을 포함한 조직학적 평가가 포함됩니다. 결과는 기준치에 비해 순환 콜레스테롤과 저밀도 지단백 수치가 높음을 나타냅니다. 왼쪽 결찰된 경동맥에는 뚜렷한 죽상경화성 플라크가 발생하며, 지질 축적이 유의미하게 증가하고 오른쪽 비결합 조절 동맥에 비해 동맥 막막-간질 두꺼움이 유의미하게 증가합니다. 이 표준화된 프로토콜은 경동맥 플라크 형성, 진행, 개입 전략을 연구하는 연구자들의 재현성과 접근성을 높이며, 실험적 치료법의 실험실 간 비교를 용이하게 합니다.
심혈관 질환(CVD)은 전 세계 사망률의 주요 원인으로 남아 있으며, 죽상동맥경화증이 공통 병리학적 근거입니다1. 경동맥은 죽상동맥경화성 병변의 중요한 부위이며; 경동맥 동맥경화증 연구는 심혈관 질환의 발병 기전을 이해하고 치료 전략을 개발하는 데 필수적입니다. 동물 모델은 생체 내 죽상동맥경화증 연구에 필수적인 도구이지만, 기존 모델은 편의성과 인간 병태생리학적 특징을 재현하는 능력 면에서 한계가 있는 경우가 많습니다.
다른 동맥 부위(예: 대동맥, 대퇴동맥)에서의 동맥경화와 비교할 때, 경동맥 동맥경화증의 형성은 혈역학에 의해 더 강하게 영향을 받습니다. 경동맥은 관상동맥(6-45 dyn/cm²)에 이어 두 번째로 높은 전단 응력(10-15 dyn/cm², 제곱센티미터당 다이네)을 겪습니다3. 특히 경동맥 분기점에서는 와류 흐름이 발생하며, 이는 교란되고 진동성 전단 응력이 특징입니다. 이 비정상적인 혈역학적 환경은 단핵구 모집과 죽상경화증 시작을 촉진하는 부착 분자와 화학계의 상향 발현으로 특징지어지는 국소 내피 세포의 지속적인 염증 촉진 활성화를 유발합니다. 또한, 고위험 경동맥경화성 병변은플라크에 의해 뇌관 직경이 감소하는 비율로 정의되는 협착 정도가 70%를 초과하는 경우가 많습니다. 따라서 중증 죽상경화성 협착증을 유발할 수 있는 동물 모델이 중요합니다.
부분 경동맥 결찰(PCL) 모델은 지속적인 혈류 장애에 의해 유도되는 죽상동맥경화증 모델로, 짧은 모델링 시간과 심각한 병변이라는 장점을 가지고있습니다 5. 무지단백 E(ApoE)는 순환 중인 콜레스테롤과 중성지방 풍부한 지단백의 대사와 제거에 관여하는 핵심 단백질로, 혈장 지질 항상성 유지에 중요한 역할을 합니다. 하지만 ApoE 녹아웃(ApoE⁻/⁻) 마우스를 사용하는 전통적인 PCL 모델은5개를 만드는 데 어려움과 비용이 많이 듭니다. 목표 유전자 녹아웃이 필요할 때는 이중 유전자 녹아웃(목표 유전자와 ApoE 유전자 모두)이 필요하여 모델링 과정을 더욱 복잡하게 만듭니다. 반면, PCL에 야생형 C57BL/6 마우스만 사용될 경우, 이 모델은 인간 죽상경화증의 핵심 위험 인자인 고콜레스테롤혈증이 없으며, 두드러진 지질이 풍부한 죽상동맥경화성 병변을 드물게 형성합니다 6,7. 고지방 식단(HFD)을 먹인 ApoE⁻/⁻ 또는 LDLR 노크아웃(LDLR⁻/⁻) 마우스와 같은 다른 모델들은 동맥경화증 연구에 널리 사용되고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 모델들은 혈류 장애의 영향을 반영하지 못해 짧은 시간 내에 심각한 죽상동맥경화증을 형성하지 못합니다. 이전 연구들은 HFD 먹이를 3개월간 받은 후 ApoE⁻/⁻ 또는 LDLR⁻/⁻ 마우스가 대동맥 또는 상완두동맥 부위에 경미한 죽상경화성 플라크만 형성되는 반면, 경동맥 8,9에서는 명확한 플라크 병변이 형성되지 않는다는 것을 보여주었습니다.
프로단백질 전환효소 서브틸리신/케신 9형(PCSK9)은 저밀도 지단백 콜레스테롤(LDL-C) 대사의 핵심 조절자로, LDL 수용체의 분해를 촉진하여 혈청 LDL-C 수치를 증가시킵니다10. PCSK9 를 발현하는 재조합 아데노 관련 바이러스(PCSK9-AAV)는 유전적 변형 없이도 WT 마우스에서 용량 조절 가능한 고콜레스테롤혈증을 가능하게 합니다11. PCSK9-AAV에 의해 유발되는 고콜레스테롤혈증, 지질 대사 장애를 더욱 악화시키는 HFD, 국소 혈역학적 장애를 유발하는 PCL, 그리고 국소 혈역학적 장애를 유발하는 PCL을 결합하면, 인간 동맥경화의 두 가지 주요 위험 요인인 고콜레스테롤혈증과 흐름 장애를 통합한 동물 모델을 구축할 수 있습니다.
이전 연구 진행상황 12를 바탕으로, 이 프로토콜은 C57BL/6 마우스에서 경동맥 동맥경화증을 유도하는 표준화된 방법을 확립합니다. 기존 모델 프로토콜과 비교할 때, 이 프로토콜은 세 가지 주요 장점을 제공합니다: (1) 병태생리학적 관련성: 고콜레스테롤혈증과 흐름 교란을 동시에 재현하여 중말기 인간 동맥경화증과 유사한 경동맥 병변을 유발합니다; (2) 재현성: AAV 용량, 수술 절차, 식이 조절의 상세한 매개변수화는 실험실 간 변동성을 줄인다; (3) 적시성: 전체 모델링 기간은 5주로, 모델 구축에 필요한 시간을 크게 단축합니다.
이 프로토콜은 혈관벽 생물학을 연구하고, 항죽상동맥경화제의 효능을 평가하며, 동맥경화에서 혈역학과 지질 대사 간 상호작용을 탐구하는 연구자들에게 적합합니다. 특히, 이 프로토콜은 경동맥 중심 모델로, 흡연, 당뇨병, 고혈압, 비만 등 동맥경화의 전신적 위험 요인 전반을 완전히 재현할 수 없습니다. 아래는 모델 설립 및 병변 평가를 위한 단계별 가이드입니다.
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모든 절차는 베이징 연합 의과대학 동물실험 윤리 위원회(ACUC-A02-2024-006)의 동물 윤리 위원회(ACUC-A02-2024-006)의 승인을 받았으며, 실험동물 관리 및 사용 가이드를 준수합니다.
1. 실험 동물 준비
2. PCSK9 -AAV 준비 및 시행
주의: AAV를 생물안전 위험으로 간주하고 모든 절차를 적절한 기관 생물안전 수준(일반적으로 BSL-2) 하에서 수행하십시오. 이중 장갑, 안구 보호구, 보호복을 착용하세요. 취급 중 에어로졸 발생을 피하세요. AAV 오염 물질은 적절한 소독제(예: 10% 표백제)로 제염하고, 명확한 책임 및 사고 대응 프로토콜을 준수해야 합니다. 모든 바이러스 오염 폐기물은 염소 함유 소독제에 담가 비활성화되어야 합니다.
3. 부분 경동맥 결찰을 위한 수술 전 준비
주의: 트리브로모에탄올은 과다복용 위험이 있는 통제 시약입니다. 체중에 따라 엄격히 투여하고, 반복 주사를 피하며, 투여 시간과 용량을 정확히 기록하세요. 잠긴 용기에 보관하고, 준비 및 사용은 훈련된 인력만이 수행하도록 하세요. 과다복용이 의심되는 경우에는 비상 대응을 시작하고 사건을 기록하세요.
4. 부분 경동맥 결찰술 - 외과적 절차
5. 부분 경동맥 결찰 후 관리 및 고지방 식이 개입
6. 샘플 채취 및 처리
주의: 파라포름알데히드는 독성 증기를 방출합니다. 준비, 사용 및 제거는 적절한 개인 보호 장비(장갑, 안전 고글, 실험복)를 착용한 채 화학 연기 후드에서 이루어져야 합니다. 폐기물은 확립된 중화 및 화학 폐기물 수집 절차를 사용하여 처리합니다. 고정제는 기관의 액체폐기물 처리 프로토콜에 따라 중화되어 중앙에서 수집되어야 합니다.
참고: 본 연구에서 사용된 인간 경동맥동맥경화증 표본은 경동맥 협착증 환자 중 경동맥 내막 절제술을 받은 환자들로부터 수집되었습니다. 이 연구는 헬싱키 선언을 준수하며, 베이징 연합 의과대학 병원(PUMCH) 기관윤리 심사 위원회(No. JS-2966). 모든 연구 참가자는 서면 동의서를 제출하였습니다.
7. 죽상동맥경화성 병변 평가 1 - 오일 레드 O 염색
8. 동맥경화성 병변 평가 2 - 베르호프의 반 기손 염색
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오일 레드 O 염색 결과는 결찰된 동맥에서 심각한 죽상동맥경화성 플라크 형성, 뚜렷한 지질 코어, 괴사 부위를 보였다. 좌경동맥의 지질 영역 비율이 우측 경동맥 대조군보다 유의하게 높았다(p < 0.001)(그림 2A). VVG 염색 검사에서 막막 내 탄성 섬유가 파괴되거나 사라졌으며, 판기 막막이 유의미하게 두꺼워진 현상이 드러났습니다. 왼쪽 경동맥에서는 막막-기관 두께(IMT)와 내막 두께(IT)가 우측 경동맥 대조군에 비해 유의하게 증가했습니다(p < 0.001)(그림 2B). 이 결과는 PCL+PCSK9 AAV+HFD 모델(그림 2A, 2B RCA 그룹)이 인간 경동맥과 유사한 중증에서 진행된 중증 죽상동맥경화성 플라크를 유도할 수 있음을 시사하며(
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이 프로토콜은 PCSK9-AAV 유도 고콜레스테롤혈증, 고지방식이(HFD), 그리고 총경동맥 부분 결속(PCL)을 결합하여 C57BL/6 마우스에서 경동맥 동맥경화증 모델을 표준화하는 방법을 설명합니다.
전통적인 모델인 ApoE -/- 또는 LDLR-/- 모델, WT 마우스5를 사용하는 PCL 모델과 비교할 때, 이 모델은 죽상동맥경화증 연구에 독특한 장점을 제공합니다. 첫째, 쥐에게 PCSK9-AAV를 투여하고 HFD를 투여하여 고콜레스테롤혈증을 유도하는 한편, 경동맥 내 혈류를 방해하기 위해 PCL을 시행합니다; 이 두 가지는 인간 경동맥경화증의 가장 중요한 위험 요인입니다. 병변은 초기 지질 침착에서 대식세포 침윤과 대량 지질 침착을 동반한 중간 정도의 내막 비후로 진행되며, 이는 인간 병변의 진행과 매우 유사하다
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저자들은 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 중국국가자연과학기금(82470516, 8227022021), 중앙대학 특별연구기금, 베이징연합의과대학(3332025111), 국가고등병원 임상연구기금(2025-PUMCH-A-181, 2025-PUMCH-D-001), 쓰촨성 자연과학기금(2024NSFC0715)으로부터 자금을 지원받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 6-0 멸균 나일론 봉합사 | 진환 메디컬 | F602 | NA |
| C57BL/6 마우스 | 상하이 모델 유기체 센터 주식회사 (SMOC) | SM-001 | NA |
| 차우 데이트 | 셰통 전기 | 아니. XT93G | NA |
| 크라이오스터트 | 라이카 | CM1950 | NA |
| 제모 크림 | 베트 | RB 헬스 LLC | NA |
| 고지방 식단 | 셰통 전기 | XT108c | NA |
| 10월 | 사쿠라 | 4582 | NA |
| 오일 레드 O 용액 | 서비스바이오 | G1017-100mL | NA |
| 광학 현미경 | 라이카 | DM4B | NA |
| 파라포름알데히드 | 서비스바이오 | G1101-500mL | NA |
| PCSK9-AAV | WZBioscience | AV208001-AV8 | NA |
| 폴리-L-라이신 코팅 슬라이드 | 시그마 | P0425 | NA |
| 슬라이드 스캐너 | 3 DHISTECH | 판노라믹 스캔 | NA |
| 설파메톡사졸 | 셀렉 | S1915 | NA |
| 조직 접착제 | 3M 베트본드 | 1469SB | NA |
| 정맥 시각화 쥐 꼬리 주사 홀더 | 지난이연 과학 및 기술개발유한회사 | YLS-Q9G | NA |
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