一文了解「肺动脉高压」动物模型的建立方法

生物科研实验室

肺动脉高压（Pulmonary Arterial Hypertension，PAH）是一种以肺血管重塑及肺动脉压力持续升高为特征的心肺疾病，是一种具有极高致死率的慢性疾病。

PAH的主要病理生理特征包括肺部血管的收缩、堵塞或损伤，这些损害会导至肺部的血液流动减慢，从而使肺动脉中的血压升高。为了克服这种阻力，心脏必须更加努力地将血液输输送到肺部，这种长期的超负荷工作会导至心肌变得虚弱并最终衰竭。近年来，低氧性肺动脉高压发病率逐年升高，已严重危害人类健康。

在PAH中，肺部血管的损害可以由多种因素引起，包括遗传因素、药物暴露、慢性肺部疾病、血栓形成等。无论潜在的病因如何，PAH的特征是不同程度的肺动脉重构和肺内血流受限。

PAH 发病机制非常复杂，涉及炎症、氧化应激和代谢转换等机制，尽管对PAH及其发生机制研究取得了很大进展，但目前最先进的治疗方法仍然不能靶向正在进行的重构过程，PAH仍然是一种危及生命的疾病，预后不良。如果不及时控制和治疗PAH，患者可能会经历右心室重构，最终导至右心衰竭甚至死亡。

精确阐明PAH发病机制，并探索新的有效治疗方法，一直是临床的迫切需求和研究热点，而动物模型是实现这一目标的基础。
以下是一些常用的肺动脉高压动物模型↓↓↓

野百合碱诱导PAH模型

野百合碱（Monocrotaline，MCT）是一种双吡咯类生物碱，存在于植物紫花野百合中。MCT在体内必须经肝脏细胞色素P450 3A4酶系统代谢成毒性代谢物野百合吡咯(MCTP)。MCTP具有高度的细胞毒性，它能够在肺血管内皮细胞中形成DNA和蛋白质加合物，这些加合物会干扰细胞的正常功能，导至细胞周期停滞和内皮细胞凋亡。内皮细胞的损伤和凋亡会导至血管内膜的剥脱，从而暴露出内皮下基质，激活肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移。这些细胞开始进行性增殖，并且伴随着细胞外基质的过度沉积，包括胶原蛋白和弹力蛋白，导至肺血管的重塑。这种重塑过程增加了肺血管的阻力，最终导至肺动脉压力升高，形成PAH。
通过给动物注射MCT，可以导至肺动脉内皮细胞损伤和肺动脉平滑肌细胞增殖，从而模拟人类PAH的某些特征。不同物种和种系对MCT反应不同，目前构建MCT诱导PAH的动物主要是SD大鼠，构建方法通常是采用单次皮下注射或腹腔注射MCT。MCT诱导的PAH程度取决于MCT的剂量。

此模型的优点包括操作简单、可重复、时间短、稳定性好和成本低。MCT诱导的PAH模型是一个研究PAH发病机制的非常有价值的工具，因为它模拟了人类PAH中观察到的关键病理特征，如内皮细胞损伤、平滑肌细胞增殖和血管重塑。

然而，它对重度血管增生性PAH的模拟有限，且MCT诱导的大鼠通常死于肺毒性、静脉阻塞性肝病和心肌炎，而不是死于肺动脉高压。

尽管存在这些局限性，MCT诱导的PAH模型仍然是研究PAH发病机制、揭示信号通路、发现治疗靶点和探索新型治疗药的重要工具。MCT诱导的PAH模型中涉及到多种信号通路，如p38 MAPKα、NF-κB、PI3K/Akt/mTOR、NO等，这些信号通路在炎症、氧化应激、代谢重编程等过程中发挥重要作用。这些通路可能成为未来治疗PAH的潜在靶点。

PS：由于MCT是一种微溶于水的晶体，注射剂量与建模的成功率相关，因此在配置溶液时应注意MCT的溶解度以避免注射剂量不精准的问题。
低氧性PAH模型

这种模型通过将动物置于低氧环境中（如低氧舱）来模拟肺动脉高压。

慢性缺氧（chronic hypoxia，CHP）会引起内皮细胞损伤，导至相关舒缩因子失衡，增加肺血管收缩反应并促进血管重塑。持续性CHP暴露的环境会导至近端和远端肺血管的肌化程度增加，导至肺血管阻力升高。

缺氧是各种肺动脉高压发生的最主要因素，低氧性肺动脉高压是临床常见的一类PAH，常由慢性呼吸系统疾病，如慢性阻塞性肺疾病、睡眠呼吸暂停、高原病等导至。

此模型在选定的动物品系中具有非常好的可预测性和可重复性，但其对动物种类的选择和年龄因素较为敏感。最常用的动物是大鼠和小鼠，且年轻个体更容易受到这一诱因的影响。

由于缺氧诱导是可逆的，因此较难模拟临床重症PAH，并且不能完全模拟PAH的血管损伤情况。尽管如此，这两种模型都为体内研究PAH发病机制提供重要的疾病模型。

近年来缺氧性肺血管收缩和肺动脉重塑的研究主要侧重于内皮素-１、一氧化氮、环氧合酶和腺嘌呤核苷酸途径。

栓塞性PAH模型

栓塞性PAH模型是一种模拟由于肺血管阻塞（通常是血栓）引起的肺动脉高压的实验模型。

此模型有2种方法：注射血栓或者异物

◆ 注射血栓：从自体或供体（异源）动物获得血液样本在体外凝结成血栓，然后再将其注入实验动物中。

◆ 注射异物：将惰性材料注入颈静脉的方法来模拟肺栓塞。
栓塞性PAH模型有助于我们更好地理解肺栓塞的病理生理机制，以及开发和测试新的治疗方法。然而，建立和维护这些模型可能需要专业的手术技巧和特殊的设备，因此在实际应用中可能存在一定的限制。

血管分流术致PAH模型

先天性心脏病继发肺动脉高压其核心的病因是左向右分流，左向右分流可导至肺血管内血流速度增快，血流剪切力增强，肺循环血量增加，肺血管充盈压增高，以上因素的改变可引起肺血管反应性收缩，形成动力性肺动脉高压。

血管分流术致肺动脉高压模型是一种通过外科手术在动物体内创建一个分流来模拟肺动脉高压的实验模型。

◆ 动脉与肺动脉间的分流：在这种模型中，通过手术在肺动脉和主动脉之间创建一个分流，导至血液从高压的主动脉流入低压的肺动脉，从而增加肺循环的血流量和压力，模拟肺动脉高压的某些特征。该造模方法多采用猪、羊、犬等体型较大的动物。

◆ 动静脉之间的分流：动静脉之间压力差较大，在动静脉之间建立吻合，动脉血分流入静脉，致使回流入右心血液增加，右心射入肺动脉的血液增加。此类模型实验动物体型不太大，一般使用大鼠即可，成本低，且手术大多不需开胸，创伤较小，操作简单，难度较各级动脉与肺动脉间的分流手术低。
遗传性PAH模型

遗传性肺动脉高压（Hereditary Pulmonary Arterial Hypertension, HPAH）模型是一种通过基因工程技术在动物体内引入或修改与人类遗传性PAH相关的特定基因突变，从而模拟人类遗传性PAH的病理生理特征的实验模型。

遗传性PAH的最常见突变是骨形态发生蛋白受体2（BMPR2）基因突变，此外还有其他几个基因与PAH的发生有关，包括ACVRL1（激活素受体样激酶1）、ENG（内皮糖蛋白）、SMAD9（SMAD家族成员9）和Caveolin-1（小窝蛋白1）等。