糖尿病心肌病动物模型的研究进展Word格式文档下载.docx
- 文档编号:21212729
- 上传时间:2023-01-28
- 格式:DOCX
- 页数:7
- 大小:24.36KB
糖尿病心肌病动物模型的研究进展Word格式文档下载.docx
《糖尿病心肌病动物模型的研究进展Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《糖尿病心肌病动物模型的研究进展Word格式文档下载.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
实验1型和2型DCM动物通过超声心动图,磁共振成像(Magneticresonanceimaging,MRI),血流动力学检测,出现舒张或收缩功能不全,舒张功能障碍的出现通常先于心脏收缩力的改变3。
舒张功能分析主要参考二尖瓣口流速E/A比值和等容舒张时间4,由于超声心动图的主观性估计和不同多普勒模式的严重不同共存,经导管测量左心室舒张压也是非常有价值的。
本文对DCM动物实验研究常用的动物模型做一综述。
1诱发性DCM模型目前,动物实验中链脲佐菌素(streptozocin,STZ)和四氧嘧啶(alloxan,ALX)常用于诱发性DCM模型的建立,因其均能对胰腺细胞破坏,减少或终止胰岛素分泌,进而形成DM,随着病程的延长,发展成DCM。
选择不同的注射方式和药物剂量会导致细胞损伤程度不同,严重时将导致动物死亡。
因此,在药物诱发DCM复制模型时,要注意选择合适的注射方式和注射剂量。
同时,为了模拟人2型DCM的发病机理,可结合高糖高脂饲料进行喂养。
1.1诱发性1型DCM模型最常用于复制DCM模型的小鼠品系有C57BL/6小鼠和Webster小鼠等,大鼠主要为SD和Wistar大鼠。
复制模型方法包括一次性大剂量腹腔注射STZ复制成速发模型、与人类1型DCM更为接近的多次小剂量腹腔注射的迟发型DCM动物模型。
刘文旗5应用普通饲料喂养Wistar大鼠,STZ60mg/kg一次性腹腔注射12周后,心脏病理显示心肌细胞体积增大,排列紊乱,MASSON染色显示胶原沉积增加,成功构建1型DCM模型。
STZ诱导的DCM模型的主要特点是左室内径增加,室壁变薄,线粒体损伤膜电位丧失,ROS生成增加,抗氧化剂谷胱甘肽减少,引起心室重塑6。
蛋白质组学分析显示,在代谢紊乱和ROS过量生成中的24种不同心脏蛋白的表达有显著改变,其中一半位于线粒体7。
1.2诱发性2型DCM模型2型DCM模型常用STZ联合高糖高脂饲料,可诱发胰岛素抵抗,按自然病程发展为DCM。
常用实验方法为高脂饲料喂养结合一次性腹腔注射STZ或多次小剂量腹腔注射STZ。
谷玉红8应用一次性腹腔注射STZ55mg/kg,4周后光镜下观察造模组心肌细胞肥大、间质纤维化,认为DCM造模成功。
董世芬9等将雄性Wistar大鼠应用高糖脂负荷STZ30mg/kg小剂量腹腔注射,11周后,结合糖、脂代谢指标和心脏功能指标,判定DCM模型成功。
王春艳10等将SD大鼠应用高糖脂喂养10周,分别在第4、8周末负荷STZ20mg/kg小剂量腹腔注射,结合糖、脂代谢指标和心脏功能指标,判定DCM模型成功。
有学者单纯应用高脂高糖喂养的小鼠16周后显示了室壁心肌纤维缩短率(fibershortening,FS)、射血分数(ejectionfraction,EF),以及显著舒张功能受损,判定DCM大鼠模型复制成功11。
同时,在饮食诱导的肥胖DCM模型中也存在炎症,高脂饲料小鼠的一些研究显示,炎性因子的上调,以及抗炎脂联素和IFN12,过表达TGF-轴,p-Smad1/5和骨形态发生蛋白-2(bonemorphogeneticprotein-2,BMP-2)下调13,心肌细胞凋亡增加14-15,出现过度的氧化应激和内质网应激16,肥胖模型也显示出广泛的心肌脂肪变性17。
高脂高糖喂养小鼠的实验显示FA代谢过量,PPAR上调,小鼠心肌细胞中线粒体解偶联的存在,原因可能是高脂肪摄入与氧化蛋白质、氮氧化物和解偶联相关因子的增加以及抗氧化反应有关18。
2自发性DCM模型自发性DCM模型是在自然条件下形成的,往往未经人工处置,这类动物通常是发生基因突变,经过遗传育种自发地形成模型。
常用的自发性DCM模型有NOD小鼠、Akita小鼠、BB大鼠、ob/ob小鼠、db/db小鼠、ZDF大鼠等。
这类动物模型心肌病理改变与人类相似,在动物实验中被广泛应用。
2.1自发性1型DCM模型2.1.1NOD小鼠NOD小鼠是ICR近交系小鼠,患有先天性胰腺炎,2430周龄时胰岛素的绝对分泌减少或终止,出现DM,进而发展成为DCM,表现为心脏收缩和舒张功能降低,能够很好的模拟人类DCM的病理生理变化19。
2.1.2Akita小鼠Akita小鼠是基因显性突变,最终导致小鼠胰岛细胞缺乏,发展成1型DCM。
典型表现为心肌肥厚和纤维化,心脏舒张功能减低,左室舒张末压下降20-21,炎性因子TNF和IL-10上调22。
2.1.3BB大鼠BB大鼠发病机制是组织相容性抗原复合物相关的遗传易感性,引起胰岛细胞自身免疫性破坏。
多在出生后60140日自发发病,雌雄发病几率相同,均无肥胖。
多饮、多食、多尿症状明显,体重减轻,病理检查可见胰岛内大量淋巴细胞浸润,胰岛结构紊乱,BB大鼠也显示心肌纤维化的胶原沉积增加和减少MMP活性23。
2.2自发性2型DCM模型2.2.1ob/ob小鼠ob/ob小鼠DCM的发生是由于ob基因突变,纯合子动物表现为肥胖、明显的高血糖及高胰岛素血症。
作为一种肥胖型的实验动物,胰岛素抵抗和糖耐量受损介导心肌葡萄糖氧化能力减弱和脂肪酸(棕搁酸)浓度的升高,心肌耗氧量上升,心脏功能大幅下降,尤其是严重的舒张功能障碍,收缩特性仍有轻微影响,在12周,ob/ob小鼠有较高的心脏重量,明显的心肌纤维化和细胞凋亡的发生24。
2.2.2db/db小鼠db/db小鼠是基因突变导致瘦素缺乏的先天肥胖性2型DCM小鼠,病程与人类较为相似,是目前2型DCM应用较为广泛的自发性动物模型。
在9周,db/db小鼠有较高的心脏重量。
在12周时表现出了FS减少,E/A速度减少25。
MRI显示13周左心室质量、左室后壁(posteriorwallofleftventricle,LVPW)显著增加。
24周龄起,收缩末期弹性减少,心输出量、EF和dp/dt减少,心肌炎症增加26。
2.2.3OLETF大鼠OLETF大鼠是自发性2型DM大鼠,携带的ODB1和ODB2基因引发2型DCM。
有多食、少动、肥胖等典型糖尿病特征。
早期以胰岛素抵抗、糖脂代谢紊乱为主,以后逐渐出现胰腺功能减退,与人类2型DCM极为相似。
超声心动图显示,E波减速时间延长,峰值下降速度减慢,左心室舒张末期内径与左心室后壁厚度增加和左室质量增加,表现为心室舒张明显减低,而心脏收缩功能保留,同时检测到纤维化27,心脏脂质代谢异常,包括上调基因参与脂肪酸的摄取,脂质酯化和氧化28。
2.2.4ZDF大鼠ZDF大鼠是同时具有2型DCM和肥胖的动物模型。
在这种模型大鼠中,被正式确认的心肌生理异常有:
心肌肥大,心脏脂质代谢异常和心脏纤维化。
研究表明,在ZDF大鼠,表现出广泛的心肌胶原沉积,增加ECM的沉积和纤维化因子在GK心肌表达上调29,ZDF大鼠存在心肌细胞凋亡,心脏脂质代谢异常,包括上调基因参与脂肪酸的摄取,脂质酯化和氧化30。
同时,ZDF大鼠具有更高的线粒体ROS的产生和脂质过氧化率,抗氧化水平的升高31。
ZDF大鼠通常表现出显著室间隔及LVPW厚度增加,左室舒张和收缩直径降低,心肌细胞体积增大,ANP表达率增加,但收缩功能被保存32。
Zhou报告在20周时FS减少,Daniels和Ramrez在16、44周分别发现超声心动图和核磁共振成像,没有发现收缩功能不全的证据33-34。
在913个月时心肌呈炎性细胞浸润或缺乏,在22周龄时促炎性细胞因子达到更高水平35。
2.2.5KKAy小鼠KKAy小鼠具有多基因遗传性,同时具有高血糖和肥胖等2型DCM典型表现,其糖尿病的发病机制为遗传和环境因素共同作用,与人类发病机制类似。
8周后出现重度肥胖、高血糖和高胰岛素血症。
2.2.6GK大鼠GK大鼠的特点是高血糖,胰岛素抵抗和肥胖。
GK大鼠心脏舒张内径、舒张时容积明显增加,每搏输出量、EF、FS降低。
超声心动图心室舒张明显降低,如E波减速时间延长,峰值下降速度减慢,左心室舒张末期内径与左心室后壁厚度增加和左室质量增加,心脏收缩功能保留。
GK大鼠通常表现出显著增加的间隔、LVPW厚度,降低左室舒张和收缩直径,增大心肌细胞体积,和ANP表达率高,事实上,收缩功能经常被保存36。
相关研究还发现37,GK大鼠存在明显心肌细胞凋亡、心脏脂质代谢异常、线粒体ROS的产生和脂质过氧化率提高。
3转基因DCM模型转基因动物模型是指通过改变某种基因的表达水平以建立DCM动物模型。
目前最常用的是转基因OVE26小鼠,22周左室内径增加,室壁变薄是主要的特点,引起心室重塑,心房钠尿肽(atrialnatriureticpeptide,ANP)和-主要组织相容性复合物(majorhistocompabilitycomplex-beta,-MHC)的改变38。
同时,在OVE26小鼠的心脏中,巨噬细胞和淋巴细胞浸润,促炎细胞因子和粘附分子的表达增加,氧化应激和炎症反应增加,心肌纤维化的胶原沉积增加,MMP活性降低,与总抑制组蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase3,HDAC3)相关39,凋亡也随着发病时间延长而加重40。
在OVE26小鼠,钙调素的上调可能发展较慢,与人类DCM相似,关于其模型深入研究仍在进一步探索中。
4小结与展望随着DCM发病率逐年增加,对其机制研究不断深入,建立理想的动物模型成为实验研究的前提。
目前,基础研究中应用的DCM动物模型多样,选择依据主要是课题的研究方向。
诱发性的DCM模型因对其他组织影响小,动物易存活,目前应用较广泛,但需注意药物的注射方法和剂量。
自发性DCM模型的病理生理变化与人类DCM相似,个体差异度小,实验可重复性好,人为因素少,在DCM动物实验研究中被采用,但其往往因价格昂贵,对饲养条件要求高,限制其应用。
转基因DCM动物模型遗传背景明确,症状单一,接近人类病症,能很好的模拟人类DCM,但转基因技术复杂,难度大,费用昂贵,应用受限制。
中医药在治疗DCM的临床上取得很好的疗效,因此对于其机制的深入研究成为中医工作者的研究方向,制备病证结合DCM动物模型在研究中医药机制方面尤显重要,研究工作者应借助现代医学手段,根据糖尿病证型特点,制备出病证结合DCM动物模型41。
因此,DCM动物模型的制备仍需不断探索,努力开发出更多更好的DCM动物模型用于医学研究中。
【参考文献】1SchillingJD,MannDL.DiabeticCardiomyopathy:
BenchtoBedsideJ.Heartfailureclinics,2012,8(4):
619-631.2NiemannM,HerrmannS,ErtlG,etal.EchocardiographyindiabeticcardiomyopathyJ.Herz,2013,38
(1):
42-47.3KhanJ.N,WilmotE.G,LeggateM,etal.SubclinicaldiastolicdysfunctioninyoungadultswithType2diabetesmellitus:
amultiparametriccontrast-enhancedcardiovascularmagneticresonancepilotstudyassessingpotentialmechanismsJ.EuropeanHeartJournalCardiovascularImaging,2014,15(11):
1263-1269.4GaoS,HoD,VatnerDE,etal.EchocardiographyinMiceJ.Currentprotocolsinmousebiology,2011,1:
71-83.5刘文旗,戴红艳,邢明青,等.糖尿病心肌病动物模型的建立(英文)J.中国组织工程研究,2015,19(27):
4265-4270.6NemotoO,KawaguchiM,YaoitaH,etal.Leftventriculardysfunctionandremodelinginstreptozotocin-induceddiabeticratsJ.CirculationJournal,2006,70(3):
327-334.7HamblinM,FriedmanD.B,HillS,etal.AlterationsinthediabeticmyocardialproteomecoupledwithincreasedmyocardialoxidativestressunderliesdiabeticcardiomyopathyJ.JournalofMolecularandCellularCardiology,2007,42(4):
884-895.8谷玉红,李景,王军,等.MMPs和TIMPs与糖尿病心肌病心室重构的关系及糖心宁的干预作用J.世界中医药,2017,(01):
25-29.9董世芬,洪缨,孙建宁,等.实验性糖尿病心肌病大鼠模型建立及心脏功能和结构相关性分析J.中国实验动物学报,2010,18(06):
457-462,432.10王春艳,田晶,崔万丽,等.实验性大鼠2型糖尿病心肌病模型的建立J.吉林医药学院学报,2018,39(02):
97-99.11PulinilkunnilT,KienesbergerP.C,NagendranJ,etal.Cardiac-specificadiposetriglyceridelipaseoverexpressionprotectsfromcardiacsteatosisanddilatedcardiomyopathyfollowingdiet-inducedobesityJ.InternationalJournalofObesity,2014,38
(2):
205-215.12Noyan-AshrafM.H,ShikataniE.A,SchuikiI,etal.Aglucagon-likepeptide-1analogreversesthemolecularpathologyandcardiacdysfunctionofamousemodelofobesityJ.Circulation,2013,127
(1):
74-85.13TarikuzZamanA.K.M,McLeanD.L,SobelB.E.Theefficacyandtolerabilityofazilsartaninobeseinsulin-resistantmicewithleftventricularpressureoverloadJ.JournalofCardiovascularPharmacology,2013,62(4):
381-387.14许卫攀,吴勇波,张凯,等.胡椒碱对糖尿病心肌病的保护作用及机制研究J.现代中药研究与实践,2018,32(01):
27-30,41.15WangH.-T,LiuC.-F,TsaiT.-H,etal.Effectofobesityreductiononpreservationofheartfunctionandattenuationofleftventricularremodeling,oxidativestressandinflammationinobesemiceJ.JournalofTranslationalMedicine,2012,10
(1):
1186-1189.16张羽飞,孟娜娜,李厚忠,等.柚皮苷对糖尿病大鼠心肌病氧化应激及内质网应激的影响J.中国中药杂志,2018,43(03):
596-602.17PulinilkunnilT,KienesbergerP.C,NagendranJ,etal.Cardiac-specificadiposetriglyceridelipaseoverexpressionprotectsfromcardiacsteatosisanddilatedcardiomyopathyfollowingdiet-inducedobesityJ.InternationalJournalofObesity,2014,38
(2):
205-215.18ColeM.A,MurrayA.J,CochlinL.E,etal.AhighfatdietincreasesmitochondrialfattyacidoxidationanduncouplingtodecreaseefficiencyinratheartJ.BasicResearchinCardiology,2011,106(3):
447-457.19DongB,QiD,YangL,etal.TLR4regulatescardiaclipidaccumulationanddiabeticheartdiseaseinthenonobesediabeticmousemodeloftype1diabetesJ.TheAmericanJournalofPhysiologyHeartandCirculatoryPhysiology,2012,303(6):
732-742.20ZhouY,XiaoH,WuJ,etal.TypeIDiabeticAkitaMouseModelisCharacterizedbyAbnormalCardiacDeformationDuringEarlyStagesofDiabeticCardiomyopathywithSpeckle-TrackingBasedStrainImagingJ.Cellularphysiologyandbiochemistry:
internationaljournalofexperimentalcellularphysiology,biochemistry,andpharmacology,2018,45(4):
1541-1550.21BasuR,OuditG.Y,WangX,etal.Type1diabeticcardiomyopathyintheAkita(Ins2WT/C96Y)mousemodelischaracterizedbylipotoxicityanddiastolicdysfunctionwithpreservedsystolicfunctionJ.TheAmericanJournalofPhysiologyHeartandCirculatoryPhysiology,2009,297(6):
2096-2108.22ChavaliV,TyagiS.C,MishraP.K.Differentialexpressionofdicer,miRNAs,andinflammatorymarkersindiabeticIns2+/-akitaheartsJ.CellBiochemistryandBiophysics,2014,68
(1):
25-35.23LiY,MaJ,ZhuH,etal.Targetedinhibitionofcalpainreducesmyocardialhypertrophyandfibrosisinmousemodelsoftype1diabetesJ.Diabetes,2011,60(11):
2985-2994.24ZibadiS,CordovaF,SlackE.H,etal.Leptinsregulationofobesity-inducedcardiacextracellularmatrixremodelingJ.CardiovascularToxicology,2011,11(4):
325-333.25VenardosK,DeJongKA,ElkamieM,etal.ThePKDInhibitorCID755673EnhancesCardiacFunctioninDiabeticdb/dbMice.EssopMF,edJ.PLoSONE,2015,10(3):
0120934.26MoriJ,PatelV.B,AboAlrobO,etal.Angiotensin1-7amelioratesdiabeticcardiomyopathyanddiastolicdysfunctionindb/dbmicebyreducinglipotoxicityandinflammationJ.Circulation.HeartFailure,2014,7
(2):
327-339.27LeeJ.E,YiC.-O,JeonB.T,etal.-lipoicacidattenuatescardiacfibrosisinOtsukaLong-EvansTokushimaFattyratsJ.CardiovascularDiabetology,2012,11(111):
1186,1475-2840.28MizushigeK,YaoL,NomaT,etal.Alterationinleftventriculardiastolicfillinga
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 糖尿病 心肌 动物 模型 研究进展