Hart- en vaatziekten (CVD's) blijven de belangrijkste oorzaak van wereldwijde sterfte, waarbij atherosclerose hun gemeenschappelijke pathologischebasis vormt. De halsslagader is een kritieke plek voor atherosclerotische laesies; het bestuderen van carotisatherosclerose is essentieel voor het begrijpen van de pathogenese van CVD's en het ontwikkelen van therapeutische strategieën2. Diermodellen zijn onmisbare hulpmiddelen voor in vivo atheroscleroseonderzoek, maar bestaande modellen hebben vaak beperkingen wat betreft gemak en hun vermogen om menselijke pathofysiologische kenmerken te replicitueren.
In vergelijking met atherosclerose op andere arteriële plaatsen (bijv. aorta, femoralis) wordt de vorming van carotis-atherosclerose sterker beïnvloed door hemodynamica. De halsslagader ondervindt een hoge schuifspanning (10-15 dyn/cm², dynes per vierkante centimeter), alleen de kransslagader (6-45 dyn/cm²)3. Vooral bij de carotisbifurcatie vindt vortexstroming plaats, die wordt gekenmerkt door verstoorde, oscillerende schuifspanning. Deze abnormale hemodynamische omgeving veroorzaakt aanhoudende pro-inflammatoire activatie van lokale endotheelcellen, gekenmerkt door een opgereguleerde expressie van adhesiemoleculen en chemokines die de rekrutering van monocyten en het initiëren van atherosclerose3 bevorderen. Bovendien vertonen hoogrisico menselijke carotis-atherosclerotische laesies vaak een stenosegraad van meer dan 70%, wat wordt gedefinieerd als de procentuele vermindering van de luminale diameter veroorzaakt door plaque4. Daarom zijn diermodellen die ernstige atherosclerotische stenose kunnen induceren belangrijk.
Het model voor partiële carotisligatie (PCL) is een atherosclerosemodel dat wordt geïnduceerd door aanhoudende verstoring van de bloedstroom, wat de voordelen heeft van een korte modelleertijd en ernstige laesies5. Apolipoproteïne E (ApoE) is een belangrijk eiwit dat betrokken is bij de stofwisseling en het verwijderen van circulerend cholesterol en triglyceriderijke lipoproteïnen, en speelt een cruciale rol bij het handhaven van de homeostase van plasmalipiden. Het traditionele PCL-model met ApoE-knockout (ApoE⁻/⁻) muizen is echter moeilijk en kostbaar om5 te maken. Wanneer een doelgen-knockout nodig is, is dubbele gen-knockout (zowel van het doelgen als het ApoE-gen) noodzakelijk, wat het modelleringsproces verder bemoeilijkt. Daarentegen, wanneer alleen wildtype C57BL/6 muizen worden gebruikt voor PCL, ontbreekt het model hypercholesterolemie, een kernrisicofactor voor menselijke atherosclerose, en ontstaat er zelden prominente lipiderijke atherosclerotische laesies 6,7. Andere modellen, zoals ApoE⁻/⁻ of LDLR-knockout (LDLR⁻/⁻) muizen die een vetrijk dieet (HFD) krijgen, worden veel gebruikt in atheroscleroseonderzoek voor het bestuderen van aorta-atherosclerose. Desalniettemin slagen deze modellen er niet in het effect van verstoorde bloedstroom te verwerken en kunnen ze geen ernstige atherosclerose in korte tijd veroorzaken. Eerdere studies hebben aangetoond dat na 3 maanden HFD-voeding ApoE⁻/⁻- of LDLR⁻/⁻-muizen alleen milde atherosclerotische plaques ontwikkelen in de aorta- of brachiocefale arteriegebieden, terwijl er geen duidelijke plaque-laesies ontstaan in de halsslagaders 8,9.
Proproteïne-convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) is een belangrijke regelaar van het metabolisme van laagdicht lipoproteïnecholesterol (LDL-C): het bevordert de afbraak van LDL-receptoren, waardoor het serum LDL-C niveau10 stijgt. Recombinant adeno-geassocieerd virus dat PCSK9 (PCSK9-AAV) expressieert, maakt dosiscontroleerbare hypercholesterolemie mogelijk bij WT-muizen zonder genetische modificaties11. Door PCSK9-AAV-geïnduceerde hypercholesterolemie, HFD (die lipidemetabolismestoornissen verder verergert) en PCL (dat lokale hemodynamische verstoring induceert) te combineren, kan een diermodel worden opgebouwd dat twee belangrijke risicofactoren voor atherosclerose bij humane atherosclerose bevat: hypercholesterolemie en stroomverstoring.
Voortbouwend op eerdere onderzoeksvoortgang12, stelt dit protocol een gestandaardiseerde methode vast voor het induceren van carotis-atherosclerose bij C57BL/6-muizen. In vergelijking met bestaande modelprotocollen biedt het drie belangrijke voordelen: (1) Pathofysiologische relevantie: Het recapituleert tegelijkertijd hypercholesterolemie en stroomverstoring, wat resulteert in carotislaesies die kenmerken vertonen die lijken op de midden- tot late fase van menselijke atherosclerose; (2) Reproduceerbaarheid: Gedetailleerde parameterisatie van AAV-dosering, chirurgische procedures en dieetcontrole vermindert de variabiliteit tussen laboratoriums; (3) Tijdigheid: De totale modelleerperiode is 5 weken, wat de tijd die nodig is voor modelopbouw aanzienlijk verkort.
Dit protocol is geschikt voor onderzoekers die de vasculaire wandbiologie bestuderen, de effectiviteit van anti-atherosclerotische medicijnen evalueren en de interactie tussen hemodynamica en lipidmetabolisme bij atherosclerose onderzoeken. Dit protocol is opmerkelijk een carotisgericht model, dat niet alle aspecten van systemische menselijke risicofactoren voor atherosclerose volledig kan repliceren, waaronder maar niet beperkt tot roken, diabetes mellitus, hypertensie en obesitas. Hieronder volgt een stapsgewijze handleiding voor het opzetten van het model en het beoordelen van laesies.