基因工程小鼠:为动脉硬化研究服务
1987年,美国Paigen等首次在小鼠主动脉窦部成功诱发了轻度动脉硬化病变。1992-1993年,载脂蛋白(Apo)E基因敲除小鼠和低密度脂蛋白(LDL)受体基因敲除小鼠模型相继问世,奠定了小鼠在动脉硬化研究领域中的主角地位。近年来,更有涉及不同动脉硬化相关基因的基因工程小鼠问世,通过与ApoE或LDL受体缺陷的动脉硬化易感小鼠杂交,可定量分析这些基因对动脉病变的影响。
高胆固醇血症模型
ApoE基因敲除的严重高胆固醇血症小鼠是首个出现自发性动脉硬化的基因工程小鼠模型,其病变在3个月时就非常明显。LDL受体缺陷小鼠在喂饲高胆固醇饲料后,会发生严重高胆固醇血症继而出现明显的动脉硬化。研究者可通过改变饲料中胆固醇含量控制血浆胆固醇水平,使病变更接近人类病变。
高甘油三酯血症模型
2007年,美国加利福尼亚大学Young等发现了可调控脂蛋白脂酶(LPL)活性的糖基化磷脂酰肌醇锚定HDL结合蛋白1(GPIHBP1),由于LPL能控制血浆甘油三酯水解,GPIHBP1基因敲除后,小鼠LPL活性降低60%以上,并出现严重高甘油三酯血症。
, 百拇医药
我们用腺病毒介导的LPL有益突变体成功救治了以往不能存活的纯合LPL基因缺陷小鼠。小鼠离乳后表现为严重高甘油三酯血症(平均血浆浓度超过3000 mg/dl),并在老年期(超过15个月)发生典型的轻度动脉硬化病变。这是首次在动物模型上证实单纯性高甘油三酯血症也可引起自发性动脉硬化。
动脉易损斑块模型
大量研究证实,引起人类心肌梗死等心脏事件的动脉硬化斑块脂质核心较大,纤维帽较薄,内部有大量巨噬细胞,称为易损斑块。高胆固醇血症动脉硬化小鼠在喂饲高胆固醇2~3个月时,其靠近主动脉弓的头臂干动脉上出现类似人类易损斑块的病变。这些斑块可发生纤维帽撕裂、血栓形成和斑块内出血,小鼠猝死率也大大增加。这种模型对阐明易损斑块的病理机制、标志物分析和药物干预研究有特殊价值。目前对其斑块定量分析需要对头臂干动脉进行多张连续切片,但随着高分辨率超声和磁共振技术的推广,可通过检测斑块病变的纤维帽厚度和核心脂质而在活体上判断易损斑块。
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骨髓移植小鼠模型
由巨噬细胞转化而来的泡沫细胞是动脉硬化的标志细胞。1995年,美国Linton和Curtiss等同时报告用骨髓移植方法介导巨噬细胞特异性ApoE基因表达,逆转了ApoE基因缺陷小鼠的动脉硬化。经大剂量60Co(钴)照射后,骨髓移植受体小鼠(通常是ApoE或LDL受体缺陷小鼠)体内的造血干细胞被杀灭。外源性骨髓造血干细胞来自各种基因工程小鼠。骨髓移植后小鼠成为ApoE或LDL受体缺陷和巨噬细胞特异性转基因或基因敲除的嵌合体。通过与移植了野生型骨髓造血干细胞的ApoE或LDL受体缺陷小鼠对比,可以明确巨噬细胞特定基因对动脉硬化的影响。目前,通过造血干细胞在体外转基因或RNA干扰(RNAi)技术改变基因表达水平,再进行骨髓移植,可大大加快研究速度。
其他
近年来,应用Cre/LoxP系统的时空特异性条件性转基因和基因敲除小鼠也开始应用。例如,用该技术对参与胆固醇逆转运的膜蛋白ABCA1研究发现,ABCA1丧失对肠道、肝脏、巨噬细胞和胰腺的胆固醇代谢有不同影响,会产生不同的表型改变。
然而,基因工程小鼠也存在一些问题,主要原因是小鼠脂代谢与人类有较大差别。小鼠缺乏胆固醇酯转运蛋白(CETP)活性,血浆脂蛋白主要是高密度脂蛋白(HDL)。小鼠肝脏和小肠都表达高活性ApoB编辑酶,体内ApoB主要是小分子的ApoB48,而人类只有小肠表达ApoB编辑酶,血浆中以ApoB100为主,含B48的脂蛋白会被肝脏迅速清除,所以小鼠血脂水平较人类低得多。为更好地模拟人类脂蛋白代谢紊乱和动脉硬化,有研究者将LDL受体缺陷小鼠与人ApoB100基因高表达小鼠杂交,研制成人源化高胆固醇血症小鼠模型,其动脉壁病变更接近人类病变。, 百拇医药
高胆固醇血症模型
ApoE基因敲除的严重高胆固醇血症小鼠是首个出现自发性动脉硬化的基因工程小鼠模型,其病变在3个月时就非常明显。LDL受体缺陷小鼠在喂饲高胆固醇饲料后,会发生严重高胆固醇血症继而出现明显的动脉硬化。研究者可通过改变饲料中胆固醇含量控制血浆胆固醇水平,使病变更接近人类病变。
高甘油三酯血症模型
2007年,美国加利福尼亚大学Young等发现了可调控脂蛋白脂酶(LPL)活性的糖基化磷脂酰肌醇锚定HDL结合蛋白1(GPIHBP1),由于LPL能控制血浆甘油三酯水解,GPIHBP1基因敲除后,小鼠LPL活性降低60%以上,并出现严重高甘油三酯血症。
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我们用腺病毒介导的LPL有益突变体成功救治了以往不能存活的纯合LPL基因缺陷小鼠。小鼠离乳后表现为严重高甘油三酯血症(平均血浆浓度超过3000 mg/dl),并在老年期(超过15个月)发生典型的轻度动脉硬化病变。这是首次在动物模型上证实单纯性高甘油三酯血症也可引起自发性动脉硬化。
动脉易损斑块模型
大量研究证实,引起人类心肌梗死等心脏事件的动脉硬化斑块脂质核心较大,纤维帽较薄,内部有大量巨噬细胞,称为易损斑块。高胆固醇血症动脉硬化小鼠在喂饲高胆固醇2~3个月时,其靠近主动脉弓的头臂干动脉上出现类似人类易损斑块的病变。这些斑块可发生纤维帽撕裂、血栓形成和斑块内出血,小鼠猝死率也大大增加。这种模型对阐明易损斑块的病理机制、标志物分析和药物干预研究有特殊价值。目前对其斑块定量分析需要对头臂干动脉进行多张连续切片,但随着高分辨率超声和磁共振技术的推广,可通过检测斑块病变的纤维帽厚度和核心脂质而在活体上判断易损斑块。
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骨髓移植小鼠模型
由巨噬细胞转化而来的泡沫细胞是动脉硬化的标志细胞。1995年,美国Linton和Curtiss等同时报告用骨髓移植方法介导巨噬细胞特异性ApoE基因表达,逆转了ApoE基因缺陷小鼠的动脉硬化。经大剂量60Co(钴)照射后,骨髓移植受体小鼠(通常是ApoE或LDL受体缺陷小鼠)体内的造血干细胞被杀灭。外源性骨髓造血干细胞来自各种基因工程小鼠。骨髓移植后小鼠成为ApoE或LDL受体缺陷和巨噬细胞特异性转基因或基因敲除的嵌合体。通过与移植了野生型骨髓造血干细胞的ApoE或LDL受体缺陷小鼠对比,可以明确巨噬细胞特定基因对动脉硬化的影响。目前,通过造血干细胞在体外转基因或RNA干扰(RNAi)技术改变基因表达水平,再进行骨髓移植,可大大加快研究速度。
其他
近年来,应用Cre/LoxP系统的时空特异性条件性转基因和基因敲除小鼠也开始应用。例如,用该技术对参与胆固醇逆转运的膜蛋白ABCA1研究发现,ABCA1丧失对肠道、肝脏、巨噬细胞和胰腺的胆固醇代谢有不同影响,会产生不同的表型改变。
然而,基因工程小鼠也存在一些问题,主要原因是小鼠脂代谢与人类有较大差别。小鼠缺乏胆固醇酯转运蛋白(CETP)活性,血浆脂蛋白主要是高密度脂蛋白(HDL)。小鼠肝脏和小肠都表达高活性ApoB编辑酶,体内ApoB主要是小分子的ApoB48,而人类只有小肠表达ApoB编辑酶,血浆中以ApoB100为主,含B48的脂蛋白会被肝脏迅速清除,所以小鼠血脂水平较人类低得多。为更好地模拟人类脂蛋白代谢紊乱和动脉硬化,有研究者将LDL受体缺陷小鼠与人ApoB100基因高表达小鼠杂交,研制成人源化高胆固醇血症小鼠模型,其动脉壁病变更接近人类病变。, 百拇医药