血管疾病的动物模型

      根据血管疾病发生的部位，血管疾病的动物模型的类型大致有心血管疾病模型(主要为主动脉及心脏冠状动脉病变)、脑血管疾病模型、外周血管病变模型以及血管新生模型等几类。由于不同部位血管的特殊性，因此不同的动物可能适合于制备不同部位的血管疾病模型。
一、心血管疾病动物模型
      人类冠状动脉与主动脉的疾病主要以动脉粥样硬化为主，而胸或腹主动脉瘤虽然发生率不高，但却是威胁患者生命的严重血管疾病。但在动物模型的制备中，冠状动脉粥样硬化的形成比较困难，因此人类冠心病主要表型心肌梗死的模型，大多是通过结扎没有任何病变的冠状动脉而造成。只有几种极其特殊的基因修饰小鼠和家兔，能够在冠状动脉粥样硬化的基础上发生心肌梗死。而主要的动脉粥样硬化模型均以主动脉的病变为主。
(一)动脉粥样硬化
      动脉粥样硬化动物模型既可自发产生也可以通过饲料、机械、化学或免疫等干预获得。多种动物均可以用于动脉粥样硬化模型的制备，各种动物均有其优缺点。
1.饲料诱导的动脉粥样硬化
      家兔是动脉粥样硬化模型应用最广泛的动物，主要是新西兰白兔。家兔模型可以用于研究病变特性、药物治疗、机械性动脉损伤以及血管代谢等。给子新西兰白兔0.5%~2%胆固醇及10%以上的高甘油 三酯饲料(猪油、椰子油等) 4~16周，便会形成一定严重程度的动脉粥样硬化病变。家兔对含2%以下胆固醇的食物耐受性较好，斑块也基本都会出现，但是变异性较大，病变主要始于主动脉弓和升主动脉，最后发展到整个主动脉”。家兔的优点为方便、价格低廉以及造模时间较短。但一个重要的缺点在于过高的血脂负荷会导致心脏、肾和肝等处的异位胆固醇沉积，而这并不常见于人类的动脉粥样硬化中。另外，家兔为食草动物，与人的脂类代谢有所不同。
      猪的动脉粥样硬化模型与其他动物相比具有许多明显的优点，比如自发性产生斑块、为杂食动物、与人的解剖类似。病变分布也与人类似，主要集中于主动脉弓、冠脉、大脑动脉中。另外，在血浆脂蛋白组成、大小、所含载脂蛋白成分(除载脂蛋白AII尚未在猪中检测出来外)猪均与人类似。普通猪的缺点是繁殖和饲养成本较高且不易发生动脉损伤。小型猪(成年雄性体重在30~ 40kg)饲养方便，某些种类对饲料诱导的动脉粥样硬化易感，比如遗传性高脂蛋白血症及高胆固醇血症( inherted hyperlipoproteinemia and hypercho- lesterolemia, IHLC )的小型猪。该种动物LDL代谢率下降，自发性产生动脉粥样硬化及斑块内出血。
      毫无疑问灵长类动物有着较大优势，正常饲养很少会产生自发病变，除非给予高胆固醇饲料。其产生的斑块与人非常类似，并且会产生心肌梗死等并发症。恒河猴在研究食物对于病变发展影响方面非常有价值，缺点在于价格昂贵，饲养环境要求高、难以繁殖等。
      对于研究者来说，鸟类也是一个不错的选择，饲养方便、经济实惠、繁殖容易。有些鸟类给予胆固醇饲料后可以产生明显的动脉粥样硬化病变。鸽子的病变特征与人类似，主要发生于胸主动脉分叉处以及腹主动脉。其他鸟类如日本鹌鹑也被用于研究。
      实验室最常用的啮齿动物，大鼠和小鼠对饲料中的高胆固醇具有高度抗性，不发生明显的高胆固醇血症，也没有动脉粥样硬化，因此长 期以来直没有应用于动脉粥样硬化研究。直到1987年Jackon实验室的Pigen研究组比较了多种小鼠品系，发现C57B6小鼠在较长期给于特殊的铜料(19%胆固醇及0.5%的胆成盐)后，可在主动脉流出道产生比较一致的动脉粥样硬化斑块。这种情况因为在1992年洛克菲勒大大学和北卡罗来纳大学两个研究组分别制备成功载脂蛋白E(aplipolein E，ApoE )基因敲除小鼠后而发生改变。这种小鼠不需在饲料中添加胆固醇便可发生高胆固醇血症，并于3个月龄时产生明显的主动脉流出道脂质斑块。
2.基因修饰动物的动脉粥样硬化
      如上所述，由于哺乳动物基因组修饰技术的问世，今天小鼠成为了动脉粥样硬化的主要模型。目前常用的两种小鼠模型及其优缺点。
      (1)ApoE缺陷小鼠: ApoE作为脂蛋白受体的配体，在脂类清除中起到重要作用，尤其在肝清除极低密度脂蛋白(verylow-density lipoprotein, VLDL)和乳糜微粒中。ApoE 基因缺陷导致乳糜微粒、VLDL和中密度脂蛋白 ( intermediate-density lipoprotein, IDL )残体的聚积而HDL明显下降，血浆胆固醇水平升至 10~ 15mmolL,是正常小鼠的5~8倍，从而产 生自发性的动脉粥样硬化。ApoE 基因缺陷小鼠是目前已知的唯一种给 予普通饲料便可产生明显自发性动脉粥样硬化的基因修饰小鼠。斑块最早产生于8~ 10周，随着年龄增长面积也逐渐变大。脂纹、纤维帽等各种阶段的斑块均可出现，并且与人的斑块类似。
但ApoE缺陷小鼠的脂蛋白以乳糜微粒残体脂蛋白增高为主，类似于人类较罕见的I型高脂蛋白血症。这种小鼠发生的病变变异也较大，需要较多数量才能得到明确的结论。此外因为巨噬细胞能够分泌ApoE,当利用骨髓移植研究巨噬细胞的基因在动脉粥样硬化中的作用时，需要事先杂交得到ApoE缺陷的双基因蔽除动物，才能作为巨噬细胞的供体给ApoE缺陷小鼠的受体。而繁育双基因蔽除的纯合子小鼠至少需要额外的一年时间才能完成。
      (2) LDL受体缺陷小鼠:由于小鼠肝LDL受体活性高，小鼠血浆中的LDL清除迅速，正常小鼠血浆中几乎检测不出LDL,而主要是HDL。但LDL受体敲除后，血浆胆固醇约升高2倍，达到5mmol/L左右，且增多的部分主要是LDL。这种小鼠在给子Westerm高脂饲料( 0.15%胆固醇和15%饱和脂肪酸的甘油三酯)时，血浆胆固醇可以升到30mmolIL以上，主要为VLDL、IDL以及LDL的增加，并且出现明显的动脉粥样硬化斑块。LDL受体(LDL receptor, LDLR )缺陷小鼠脂蛋白改变与人类的家族性高胆固醇血症相似，而这类病人临床较多见。该小鼠需要给子高脂饲料才会发生动脉粥样硬化病变，因此病变发生的时间能够同步化，病变变异较小;且可以直接作为骨髓移植的受体小鼠，因此较ApoE缺陷小鼠有一定的优越性。
(二)不稳定斑块模型
      过去对于动脉粥样斑块破裂的研究只能集中在病人尸检标本上，主要是形态学和解剖学。随着对其了解的加深，人们意识到大多数的破裂斑块并不致命，这就需要对不稳定斑块的发生发展全面深人地进行研究，因此不稳定斑块动物模型就显得格外重要。
      利用ApoE敲除小鼠或者ApoE/LDLR双基因敲除小鼠的头臂干动脉研究不稳定斑块始于2000年。从出生后6周开始，给予含0.15%胆固醇和20%猪油的高脂饲料。短期内动物均耐受良好，但3个月后部分小鼠可以在皮肤下出现脂肪瘤引起搔痒，因此应避免长达6~7个月的高脂饲料喂饲。喂饲期间有些小鼠猝死，可能与心肌缺血梗死有关。头3个月罕见猝死，到9个月时大部分小鼠均已经死亡。
(三)冠状动脉粥样硬化
      B类I型清道夫受体( scavenger receptor B1, SR-B1)主要表达于肝、肾上腺、卵巢和睾丸等处，介导高密度脂蛋白中胆固醇的摄取。SR-B1和ApoE双蔽除小鼠在出生后2个月内全部自发性产生明显的冠脉粥样硬化阻塞以及心肌梗死和心功能不全而死亡。
      尿激酶型纤维蛋白酶原激活剂(urokinase plasminogen activator. u-PA )主要在肾表达，在动脉壁细胞，特别是巨噬细胞内亦有明显表达，其主要功能为激活胶原的产生。在动脉粥样硬化斑块中u-PA表达显著增加。将u-PA转基因导人ApoE敲除小鼠，并给以Paigen饮食诱导动脉粥样硬化，结果发生明显的主动脉流出道扩张、冠状动脉近心端阻塞，最终导致小鼠死亡B。
(四) 腹主动脉瘤
      主动脉瘤是主动脉在病理因素作用下局部薄弱后发生扩张产生的向外膨出，直径大于5em的主动脉瘤-旦破裂会导致患者大量失血而亡。腹主动脉瘤占主动脉瘤的约70%，好发于男性， 大多数由动脉粥样硬化引起，一 一般位于肾动脉远端，可延伸至腹主动脉分叉处。
      腹主动脉瘤的动物模型建立有多种方法。主动脉弹力蛋白酶注射近来应用较广，比较符合腹主动脉瘤病的生理情况，这一方法已经成功应用于大鼠、兔、猪等动物。主动脉壁周围浸润氯化钙溶液也可制备腹主动脉瘤，钙的沉积可以导致血管结构受损使得受损部分膨出，但效果与人腹主动脉瘤差异较大。其他方法如给子ApoE或LDL受体敲除小鼠皮下埋置血管紧张素的渗透泵，可以在28天的时间内诱发明显的腹主动脉瘤。模型建立之后，可以就免疫学、酶学进行分析。另外根据不同基因型小鼠建立的模型，可以研究各种不同的基因对腹主动脉瘤的影响。
(五)高血压
      高血压是导致脑卒中、肾功能不全、冠心病以及心力衰竭等的主要病因之一。高血压的发生和发展取决于基因与环境的双重作用。人们制作出了多种高血压模型来研究其发病因素、机制以及治疗方案。尽管这些动物模型都有很大的作 用，但目前还没有一种模型能够满 足所有方面的需要，其原因在于高血压事实上并不是一种单纯的疾病，而是一种复杂的尚未完全研究清楚的症候群。
      大鼠一直以来都是高血压模型研究采用的主要动物，但随着基因修饰小鼠的广泛应用，目前对于高血压的研究，也已集中到了小鼠模型上。不同的基因修饰小鼠模型在高血压分子机制阐明上发挥了巨大的作用。
      高血压的动物模型主要可以分为三大类:①药物诱导型:血管紧张素、去甲肾上腺素、左旋精氨酸甲酯( L-NAME)、去氧皮质酮 ( DOCA )等:②肾性高血压模型:两肾一夹、一肾一夹、肾上腺动脉主动脉缩窄;③基因修饰模型:肾素。血管紧张素型、儿茶酚胺型、利钠 利尿肽型、内皮素型、一氧化氮合酶型等。尽管以上模型均为高血压研究提供了珍贵的研究素材，但是每种模型都有其应用局限性。下面仅就部分比较重要的模型进行说明。
      血管紧张素Il诱导型高血压是目前使用最为广泛的药物诱导型高血压模型，方法简单、重复性好、价格低廉。血管紧张素1I在人和很多动物身上都能导致高血压。应用Alzet微型泵皮下给血管紧张素II可以很方便地制作模型。给 药期间产生的高血压在停药2~ 3天后恢复正常。 ApoE或者LDLR敲除小鼠的血管紧张素II 诱导型高血压模型是研究进行性动脉粥样硬化和主动脉瘤的良好模型。
      两肾一夹、一肾一夹这两种经典方法是由Goldblatt于1934年首先在犬类上建立，之后又成功在猫、羊、兔、大鼠以及小鼠身上建立。这两种模型利用肾动脉手术阻塞的方法减少肾血流，早期(术后第周)均通过激活血浆中 肾素.血管紧张素( renin -angiotensin system,RAS)系统引起高血压。但长期机制有所不同。两肾一夹模型有赖于RAS的持续激活，而肾一夹则有赖于血容量的增加，后者属于肾素非依赖型高血压。
      鼠类血压的测定大致有3种方法:颈动脉导管侵人式、遥测系统、尾套非侵人式。尼套非侵人式应用最为广泛，其最大特点是简便快捷，但缺点是仅能测定收缩压，而且必须将动物放置于一个限制性的容器内，仅仅能测定短期内的血压。
二、脑血管疾病动物模型
      脑血管疾病是与供应脑部的血管病变相关的一组大脑功能异常疾病，严重危害人类健康， 是导致患者死亡的主要原因之一。 高血压是最重要的病因，可以导致血管内皮功能异常、缺损， 之下的胶原纤维处产生血栓并启动此 不甚完善的修复机制。持续的高血压可以永久性地改变血管结构，使其狭窄、僵硬，失去对血压波动的缓冲调控能力。利用动物模型对脑M管疾病进行研究，是目前神经科学的热点之一。
（一）卒中模型    
      卒中，俗称脑中风，是一种突然起病的脑血液循环障碍性疾病，也是脑血管疾病最严重的并发症。它包括脑血栓、脑出血等，具有发病率高、致残率高、死亡率高和复发率高的“四高”特点。动脉硬化是其主要病因，脑出血和脑血栓为最终结果。2012年，第三次全国死因调查显示，卒中在中国人的致死性疾病中排名第一，高达22.45%。
      卒中模型可以利用猴、犬、大鼠、小鼠、猫等多种动物，从病变部位区别主要有两种模型方式，一种是全脑缺血，另一种是局灶性脑缺血。具体的模型制备方法包括:自发性高血压大鼠卒中模型、线栓栓塞法、手术开颅法等。
      卒中敏感的自发性高血压大鼠( stroke-prone spontaneously hypertensive rat, SPSHR) 是自发性脑卒中高血压模型动物。1974年由Okamoto等从自发性高血压大鼠SHR中分离培育而成。在SHR中，脑卒中发病率少于10%，而SPSHR的卒中发病率约为90%，在80日龄时即可发生脑卒中，出现脑出血或脑梗死。SPSHR大鼠在45日龄时血压值约150mmHg，75日龄时约200mmHg。SPSHR平均寿命:雄性约230日龄，雌性约340日龄。缺点在于其自发卒中发生部位、发病时间及病理特征变异较大，限制了这种模型的应用。线栓栓塞法1985年由Koizumi首次报道。将一根细尼龙线从颈外动脉插入颈内动脉，阻断大脑中动脉的起始端，通过提拉插线可以造成再灌流损伤模型。但该法要求动物具备一定的体重。
（二）脑动脉瘤   
      脑动脉瘤是自发性蛛网膜下腔 出血最常见的原因之一， 死亡率高，严重危害人 类健康。因此近年 来脑动脉瘤的动物模型建立的报道也日渐增加。
      建立方法大致包括结扎、药物注射、感染法、介人法等。可以使用的动物包括鼠、兔、犬、猪、猩猩等。
      1954年German将静脉囊移植到动脉壁上。在吻合处出现真正意义的第一例外科手术式的动脉瘤模型，其后的实验性动脉瘤也大多基于此、主要包括侧壁型、分叉型及末梢型动脉瘤。动脉弹力层的破坏是动脉瘤形成的重要原因，因此向动脉壁中层注射高渗盐、弹力蛋白酶等也可以导致动脉瘤。但这种方法诱导时间较长，变异性大，难以控制。
      近年来，介入手术得到长足发展，通过球囊导管在颈总动脉处损伤内膜和中膜引起的动脉瘤也被越来越多的研究者所采用。
三、周围血管疾病
      临床上将心脑血管病以外的血管疾病统称为周围血管病，包括动脉、静脉及淋巴三个系统的疾病。周園血管病主要有静脉曲张、精索静脉曲张、血栓性静脉炎、脉管炎、动脉硬化团塞症、布加综合征、雷诺综合征等。周園血管疾病是一种危害性极强的高发病种，若长期不愈，病情将呈进行性发展，重者将导致截肢致残，甚至危及生命。
（一）深静脉血栓  
      下肢深静脉血栓很常见，是指静脉管腔内由于各种原因形成血凝块。下肢深静脉血栓形成的典型临床表现往往是单侧下肢(左下肢多见)出现肿胀、疼痛。但是血栓形成早期可以没有明显症状，这是静脉血栓容易被忽略的原因之一。根据Virchow因素，血栓形成需要高凝、内皮功能受损、血流减少三个条件。与仅仅由血细胞和纤维蛋白网状结构组成的血凝块不同，典型的血栓具备珊瑚样结构，血小板聚集，构成静脉血栓的头部(白色血栓)，在血小板小梁间血流几乎停滞，血液发生凝固，可见红细胞被包裹于网状纤维蛋白中，肉眼观察呈粗糙、干燥的圆柱状，与血管壁黏着，有时可辨认出灰白色与褐色相间的条纹状结构。
      理想的深静脉血栓模型在结构上应该与人类似，可重复性好，致死/残率低并且易于建立。过去主要使用大鼠和家兔。随着基因修饰手段的兴起，小鼠模型的使用越来越多。
      在小鼠，腔静脉常被用来作为血栓的建立点， 比如St Thomas模型。这种模型的建立需要通过血流减少及内皮损伤。这与大鼠模型不同，大鼠血栓只需简单通过腔静脉血流减少即可建立。
（二）脉管炎
      脉管炎是一种以肢体动脉发生节段性炎症，使血管管腔狭窄、闭塞、血栓栓塞的器质性血管病，病程长多呈缓进性并逐渐加重，常致肢体发生缺血或瘀血病损，甚至肢体溃烂脱落，是一种残损率极高的疾病。病因包括吸烟、内分泌异常、感染、遗传等诸多因素。许多病原体都可导致血管病变，比如巨细胞病毒(CMV)。人类巨细胞病毒(HCMV)和鼠巨细胞病毒(MCMV)可以感染血管平滑肌细胞和内皮细胞。CMV感染可以导致血管内膜增生。无论是病原体感染还是感染后的免疫反应都会导致血管细胞的破坏，这两种作用事实上也难以明确区分开来，如SM-LacZ/ApoE模型就包含着这两种机制。这个模型可以产生自发免疫性脉管炎以及心肌病。另外这种动物在大血管上有脂质沉积，因此也可用于动脉粥样硬化的研究。
四、血管新生与血管发育
       在成人体内，尽管血管系统具有固定的大小与形态，但在伤口愈合、炎症恢复等过程中仍然存在着血管新生与血管发育。除此之外，血管新 生也常见于一些疾病状态，如肿瘤、糖尿病视网膜病、风湿性关节炎、银屑病等。
（一）生物基质或人工材料中的血管发育     
      目前已经有一系列商品化的产 品，提供体外血管生成分析试剂和体外血管生成之内皮细胞浸润分析。直接体内血管新生检测(directedinvivo angiogenesis assay, DIVAA )是世界上第一个用于体内定量检测血管发生的检测系统，实验具有可重复性。将含有20μlTrevigen基底膜抽提物 ( BME )的可移植硅胶脂柱(血管反应器)，并根据研究需要加入或不加人血管生成调节因子，植入裸鼠皮下。移植后9天，血管内皮细胞长人BME,并生成血管。研究人员可根据实验需要，在BME中加人不同的血管生成调节因子(促进或抑制血管发生因子:如FGF2、VEGF、MMP2、adrenomedullin、TIMP2和CD97等)观察其对体内血管发生作用的影响。DIVAA可为体内血管生成的可再生和可定量分析提供标准化检测方案。血管反应器避免了由于直接应用小鼠BME吸收值产生的错误。此外，血管反应器仅需少量材料，节省了BME和测试化合物的使用，每只小鼠体内可以植人多达4个反应器，这增大了统计学意义。DIVAA 已应用于多种研究。
（二）缺血导致的血管新生   
      组织缺血时， 已经成形的血管系统会发生重塑，这种重塑使得缺血部位重新获得足够血供。因此研究缺血导致的新生血管，可以为许多缺血性疾病，如冠心病等提供治疗思路。
      后肢缺血(hindlimbischemia,HLI)动物模型被广泛用来进行周围血管病的研究。实验方法很简单，将单侧股动脉结扎，造成后肢缺血，最早建立的动物模型是家兔，近来这种手术模型更多的应用于小鼠。术后，可以应用激光多普勒血流成像仪进行活体分析，也可以取材后进行组织学分析。