应用转基因小鼠研究心力衰竭的进展
作者：杜晓军
单位：实验心脏学研究室，Baker医学研究所，墨尔本，澳大利亚
关键词：
中国病理生理杂志0010162
近十年来，随着小鼠基因库的破译，小鼠胚胎干细胞的研究和基因干预技术的进展，已有大量转基因(TG)小鼠品系问世。通过对某一靶基因的干预(如利用α-心肌凝蛋白启动子介导的过度表达、剔除、诱变等)，目前已建立了140多种具有各种心脏表现型的小鼠品系。这些TG小鼠品系为在整体水平研究心脏疾病的分子机制和基因治疗提供了系统的和全新的工具。与此同时，近几年在小鼠心脏生理学领域也取得了显著进展。随着心功能测定仪器的微型化，多种无创和有创性技术，例如左心导管术，超声心动图检测，核磁共振成像，心输出量测定方法，心脏电生理技术，已经普遍应用于TG小鼠的研究中。目前许多研究组已经能够应用多种方法精确地定量在体小鼠的心脏功能并已积累了大量的有关小鼠血流动力学的资料。另外，在小鼠上利用显微手术和非手术方法复制心脏疾病模型也有了长足的进步。随着TG小鼠品系的系统化，研究手段的成熟和成果的积累，TG小鼠已成为心脏研究的重要手段。
, 百拇医药
目前利用TG小鼠进行关于心肌肥大和心力衰竭的研究主要采用以下几种手段：(1)通过心脏表现型的确定来研究心力衰竭的分子机制；(2)寻找适宜于心力衰竭基因治疗的靶基因；(3)通过在TG小鼠上复制实验性心脏病变来研究某种基因对心力衰竭发生发展的影响；(4)对具有心力衰竭表现型的TG小鼠给予药物治疗。
目前已有大约50余种TG小鼠品系具有心肌肥大表现型，30余种TG小鼠品系已确认发生心力衰竭。这些小鼠品系的靶基因包括心肌收缩蛋白及其调控因子(如表达诱变的α-心肌凝蛋白重链Arg 403 Gln，剔除muscle LIM protein, MLP)，与G-蛋白结合的受体以及信息传递通路成份(如过度表达α-或β-肾上腺素能受体，Gsα-Gqα蛋白)，细胞内钙调节及信息传递因子(如calcineurin)，细胞分裂因子和生长因子(如过度表达肿瘤坏死因子，TNF)，等等。这些小鼠品系的心脏表现型为认识心肌肥大和心力衰竭的分子机制提供了重要依据。过度表达β2-肾上腺素能受体(β2-AR)达200～300倍的小鼠在低月龄时其心肌收缩功能显著高于对照动物。为了探讨过度表达β2-AR的长期影响，我们最近应用超声心动图技术研究了β2-AR TG小鼠4～15月龄期间的心脏表现型，发现TG小鼠自9月龄起出现进行性心腔扩大，左室缩短分数和室壁收缩增厚分数进行性下降。至15月龄时的累计死亡率达81%，其主要死因为重度心力衰竭。病理学检查发现心肌广泛的纤维化，心肌细胞丢失和显著的心肌肥大。这些表现型证明长期的β2-AR高水平的过度表达可造成纤维化性心肌病和心力衰竭。Liggett等最近报道，过度表达β2-AR小鼠的心肌病变严重程度与受体水平密切相关。过度表达β2-AR(100～350倍)，β1-AR(5～15倍)和Gsα(5倍)的小鼠均具有相似的心脏表现型，提示β-肾上腺素能失控地激活是导致心肌病变和心力衰竭的重要机制。在确定TG动物心脏表现型时，前瞻性实验设计和跨年龄段的连续心功能观察至关重要。
, 百拇医药
心力衰竭的基本病理生理异常是心肌收缩性减退，因此提高心肌收缩功能是心力衰竭基因治疗的研究重点。目前已发现大约30余种TG小鼠品系具有心肌收缩功能增强的表现型，包括过度表达β1-AR，β2-AR，肌浆网钙ATP酶(SERCA2)，腺甘酸环化酶，表达β-AR 激酶抑制肽(βARKct)或剔除磷酸栏板(PLB)。这一系列TG品系的表现型为寻求在整体水平有效的和适用于心力衰竭基因治疗的“正性肌力分子”提供了重要依据。新近采用的一种研究方法是将具有心肌病的TG小鼠与具有心肌收缩功能增强的品系进行杂交(crossbreed)来实现基因互补，从而获得同时具有两种干预基因的新品系，通过研究该新品系小鼠的心脏表现型可以确认某种基因干预是否有效。MLP剔除小鼠具有典型的扩张性心肌病和高病死率的心脏表现型。Rockman等研究了表达βAPKct和MLP剔除小鼠的杂交后代，发现表达βARKct可以防止扩张性心肌病的发生。Chien等通过杂交MLP和PLB剔除小鼠也获得相似的结果。将过度表达Gqα TG小鼠与过度表达β2-AR(30倍)或腺甘酸环化酶的TG小鼠杂交也可以有效地减轻Gqα过度表达所致的心肌病变。但将GqαTG与βARKct或过度表达β2-AR小鼠杂交则无效。因此，增强β-AR心肌信息系统仅对某些心肌病和心力衰竭模型有效。
, http://www.100md.com
另一种研究途径是在TG和对照小鼠上复制实验性心脏疾病模型，通过对心肌肥大和心功能异常程度的比较来研究某种基因对心力衰竭发生发展的影响。目前较多应用的小鼠心脏疾病模型包括注射嗜心肌病毒(EMCV或CVB)引起的心肌炎，胸主动脉缩窄(TAC)所致的压力超负荷和结扎左状动脉造成心肌梗死。患病毒性心肌炎的小鼠具有典型的充血性心力衰竭并多于2周内死亡。TAC所致压力超负荷的模型多用来研究心肌肥大的机制。我们发现，造成缩窄胸主动脉达60%～70%后的6～7周内，动物出现进行性的左心室肥大但不发生明显的心功能减退，在8～10周后则进入心功能失代偿和心力衰竭阶段，动物发生明显的肺淤血和大量胸水，左室极度肥大并扩张，心肌收缩性减退，右心室肥厚，多数动物左心房扩大并有机化性血栓形成。与其他实验动物一样，在患有慢性心肌梗死的小鼠，其心功能损害，心室重塑(remodling)和非梗死心肌肥大的程度均取决于左室梗死范围。因此，这些实验性心脏病模型可以在小鼠上复制出与临床和其他动物模型相似的心力衰竭综合症。我们的新近研究表明，在造成TAC后，β2-AR过度表达加速了由代偿性肥大向心力衰竭的转变并导致病死率增加，相反，在造成心肌梗死后，β2-AR过度表达保持了较高的心室收缩性能而并无不利的影响。因此，利用β2-AR过度表达来提高心肌收缩性的效果可能视心力衰竭的病因而异。Akhter等发现，心脏特异性表达Gqa蛋白抑制肽可以明显地抑制压力超负荷所致的心肌肥大，提示Gq-蛋白在介导心肌肥大发生中起到重要作用。
对具有心肌病的TG动物给予药物治疗，可以在病因的基因机制明确的情况下探讨药物的作用机制。Vatner研究组的系列研究证明，表达Gsα5倍的小鼠在15月龄时出现心肌间质纤维化，心肌肥大，凋亡病变和心功能减退，至18月龄时累计病死率达45%。从6～7月龄起给予心得安治疗可以明显地防止上述异常的发生。, 百拇医药
单位：实验心脏学研究室，Baker医学研究所，墨尔本，澳大利亚
关键词：
中国病理生理杂志0010162
近十年来，随着小鼠基因库的破译，小鼠胚胎干细胞的研究和基因干预技术的进展，已有大量转基因(TG)小鼠品系问世。通过对某一靶基因的干预(如利用α-心肌凝蛋白启动子介导的过度表达、剔除、诱变等)，目前已建立了140多种具有各种心脏表现型的小鼠品系。这些TG小鼠品系为在整体水平研究心脏疾病的分子机制和基因治疗提供了系统的和全新的工具。与此同时，近几年在小鼠心脏生理学领域也取得了显著进展。随着心功能测定仪器的微型化，多种无创和有创性技术，例如左心导管术，超声心动图检测，核磁共振成像，心输出量测定方法，心脏电生理技术，已经普遍应用于TG小鼠的研究中。目前许多研究组已经能够应用多种方法精确地定量在体小鼠的心脏功能并已积累了大量的有关小鼠血流动力学的资料。另外，在小鼠上利用显微手术和非手术方法复制心脏疾病模型也有了长足的进步。随着TG小鼠品系的系统化，研究手段的成熟和成果的积累，TG小鼠已成为心脏研究的重要手段。
, 百拇医药
目前利用TG小鼠进行关于心肌肥大和心力衰竭的研究主要采用以下几种手段：(1)通过心脏表现型的确定来研究心力衰竭的分子机制；(2)寻找适宜于心力衰竭基因治疗的靶基因；(3)通过在TG小鼠上复制实验性心脏病变来研究某种基因对心力衰竭发生发展的影响；(4)对具有心力衰竭表现型的TG小鼠给予药物治疗。
目前已有大约50余种TG小鼠品系具有心肌肥大表现型，30余种TG小鼠品系已确认发生心力衰竭。这些小鼠品系的靶基因包括心肌收缩蛋白及其调控因子(如表达诱变的α-心肌凝蛋白重链Arg 403 Gln，剔除muscle LIM protein, MLP)，与G-蛋白结合的受体以及信息传递通路成份(如过度表达α-或β-肾上腺素能受体，Gsα-Gqα蛋白)，细胞内钙调节及信息传递因子(如calcineurin)，细胞分裂因子和生长因子(如过度表达肿瘤坏死因子，TNF)，等等。这些小鼠品系的心脏表现型为认识心肌肥大和心力衰竭的分子机制提供了重要依据。过度表达β2-肾上腺素能受体(β2-AR)达200～300倍的小鼠在低月龄时其心肌收缩功能显著高于对照动物。为了探讨过度表达β2-AR的长期影响，我们最近应用超声心动图技术研究了β2-AR TG小鼠4～15月龄期间的心脏表现型，发现TG小鼠自9月龄起出现进行性心腔扩大，左室缩短分数和室壁收缩增厚分数进行性下降。至15月龄时的累计死亡率达81%，其主要死因为重度心力衰竭。病理学检查发现心肌广泛的纤维化，心肌细胞丢失和显著的心肌肥大。这些表现型证明长期的β2-AR高水平的过度表达可造成纤维化性心肌病和心力衰竭。Liggett等最近报道，过度表达β2-AR小鼠的心肌病变严重程度与受体水平密切相关。过度表达β2-AR(100～350倍)，β1-AR(5～15倍)和Gsα(5倍)的小鼠均具有相似的心脏表现型，提示β-肾上腺素能失控地激活是导致心肌病变和心力衰竭的重要机制。在确定TG动物心脏表现型时，前瞻性实验设计和跨年龄段的连续心功能观察至关重要。
, 百拇医药
心力衰竭的基本病理生理异常是心肌收缩性减退，因此提高心肌收缩功能是心力衰竭基因治疗的研究重点。目前已发现大约30余种TG小鼠品系具有心肌收缩功能增强的表现型，包括过度表达β1-AR，β2-AR，肌浆网钙ATP酶(SERCA2)，腺甘酸环化酶，表达β-AR 激酶抑制肽(βARKct)或剔除磷酸栏板(PLB)。这一系列TG品系的表现型为寻求在整体水平有效的和适用于心力衰竭基因治疗的“正性肌力分子”提供了重要依据。新近采用的一种研究方法是将具有心肌病的TG小鼠与具有心肌收缩功能增强的品系进行杂交(crossbreed)来实现基因互补，从而获得同时具有两种干预基因的新品系，通过研究该新品系小鼠的心脏表现型可以确认某种基因干预是否有效。MLP剔除小鼠具有典型的扩张性心肌病和高病死率的心脏表现型。Rockman等研究了表达βAPKct和MLP剔除小鼠的杂交后代，发现表达βARKct可以防止扩张性心肌病的发生。Chien等通过杂交MLP和PLB剔除小鼠也获得相似的结果。将过度表达Gqα TG小鼠与过度表达β2-AR(30倍)或腺甘酸环化酶的TG小鼠杂交也可以有效地减轻Gqα过度表达所致的心肌病变。但将GqαTG与βARKct或过度表达β2-AR小鼠杂交则无效。因此，增强β-AR心肌信息系统仅对某些心肌病和心力衰竭模型有效。
, http://www.100md.com
另一种研究途径是在TG和对照小鼠上复制实验性心脏疾病模型，通过对心肌肥大和心功能异常程度的比较来研究某种基因对心力衰竭发生发展的影响。目前较多应用的小鼠心脏疾病模型包括注射嗜心肌病毒(EMCV或CVB)引起的心肌炎，胸主动脉缩窄(TAC)所致的压力超负荷和结扎左状动脉造成心肌梗死。患病毒性心肌炎的小鼠具有典型的充血性心力衰竭并多于2周内死亡。TAC所致压力超负荷的模型多用来研究心肌肥大的机制。我们发现，造成缩窄胸主动脉达60%～70%后的6～7周内，动物出现进行性的左心室肥大但不发生明显的心功能减退，在8～10周后则进入心功能失代偿和心力衰竭阶段，动物发生明显的肺淤血和大量胸水，左室极度肥大并扩张，心肌收缩性减退，右心室肥厚，多数动物左心房扩大并有机化性血栓形成。与其他实验动物一样，在患有慢性心肌梗死的小鼠，其心功能损害，心室重塑(remodling)和非梗死心肌肥大的程度均取决于左室梗死范围。因此，这些实验性心脏病模型可以在小鼠上复制出与临床和其他动物模型相似的心力衰竭综合症。我们的新近研究表明，在造成TAC后，β2-AR过度表达加速了由代偿性肥大向心力衰竭的转变并导致病死率增加，相反，在造成心肌梗死后，β2-AR过度表达保持了较高的心室收缩性能而并无不利的影响。因此，利用β2-AR过度表达来提高心肌收缩性的效果可能视心力衰竭的病因而异。Akhter等发现，心脏特异性表达Gqa蛋白抑制肽可以明显地抑制压力超负荷所致的心肌肥大，提示Gq-蛋白在介导心肌肥大发生中起到重要作用。
对具有心肌病的TG动物给予药物治疗，可以在病因的基因机制明确的情况下探讨药物的作用机制。Vatner研究组的系列研究证明，表达Gsα5倍的小鼠在15月龄时出现心肌间质纤维化，心肌肥大，凋亡病变和心功能减退，至18月龄时累计病死率达45%。从6～7月龄起给予心得安治疗可以明显地防止上述异常的发生。, 百拇医药