關(guān)于動脈粥樣硬化(Atherosclerosis) 動脈粥樣硬化(AS)是許多心血管疾病(CVDs)的病理基礎(chǔ),對人類健康構(gòu)成嚴重威脅。AS的特點是動脈血管內(nèi)大量脂質(zhì)沉積形成斑塊,引起肌肉彈性動脈狹窄,導(dǎo)致管腔閉塞或破裂出血。AS的發(fā)病機制有幾種理論,包括內(nèi)皮損傷、平滑肌細胞遷移和增殖,以及單核細胞衍生的泡沫細胞形成。AS的病理過程非常復(fù)雜,與氧化應(yīng)激、非編碼RNA、炎癥有關(guān)。 首先,過多的低密度脂蛋白(LDL)在內(nèi)皮細胞下逐漸積累,成為氧化LDL (Ox-LDL),從而誘導(dǎo)炎癥,導(dǎo)致內(nèi)皮細胞釋放過多的趨化因子。單核細胞在趨化因子的吸引下,在巨噬細胞集落刺激因子(m-csf)的刺激下向血管內(nèi)膜遷移,成為巨噬細胞。然后巨噬細胞吞噬Ox-LDL并轉(zhuǎn)化為泡沫細胞,泡沫細胞釋放出許多誘導(dǎo)平滑肌細胞(SMCs)遷移和纖維帽形成的因子。隨后,纖維帽上的SMCs逐漸丟失,而浸潤的巨噬細胞降解富含膠原的帽基質(zhì)。這兩種機制導(dǎo)致纖維帽變薄,從而導(dǎo)致斑塊破裂和血栓形成。 建立AS動物模型對研究其復(fù)雜的發(fā)病機制及相關(guān)藥物的篩選和評價具有重要意義。雖然研究人員已經(jīng)建立了多種用于AS研究的模型,包括家兔、小鼠和大鼠,但這些模型的局限性使其難以監(jiān)測動脈粥樣硬化的發(fā)展,并且這些模型不適合大規(guī)模篩選潛在的治療靶點。 圖1 動脈粥樣硬化研究用斑馬魚模型 相比之下,斑馬魚具有繁殖力強、體外發(fā)育快、胚胎透明、脂質(zhì)代謝過程保守等特點。因此,斑馬魚已成為動脈粥樣硬化研究的一種流行的替代動物模型。 斑馬魚具有體型小、飼養(yǎng)成本低、后代數(shù)量多、體外受精和發(fā)育快等優(yōu)點,因此對候選靶點進行大規(guī)模篩選是可行且經(jīng)濟實惠的。此外,探究AS復(fù)雜多樣的病理生理過程,特別是其時空特異性具有重要意義。哺乳動物模型,如小鼠和兔子,以及人類活檢樣本,只能提供終點結(jié)果,而斑馬魚由于其胚胎透明和豐富的熒光報告系,可以使用體內(nèi)活體成像動態(tài)監(jiān)測AS的發(fā)展。盡管斑馬魚和人類的血漿脂質(zhì)譜差異很大,但脂質(zhì)代謝過程是高度保守的。參與脂蛋白和脂質(zhì)代謝的基因,如apob、apoe、apoa1、ldlr、apoc2、lpl、lcat和cetp,在斑馬魚中是保守的。此外,膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白(CETP)是一種促進人類AS發(fā)展的酶,在斑馬魚中表達,但在小鼠中不表達。與其他AS動物模型相比,在高膽固醇飼料(HCD)中,氧化脂蛋白的急劇增加最為顯著,使其成為研究脂蛋白氧化機制的優(yōu)秀模型。 經(jīng)8-12周4% (w/w) HCD喂養(yǎng)的成年斑馬魚易發(fā)生高膽固醇血癥,其血漿總膽固醇水平達到800 mg/dL,比正常飼料(ND)喂養(yǎng)的魚高4倍。主動脈背段可見血管內(nèi)膜腫大、脂質(zhì)積聚及細胞浸潤。這種病變被歸類為脂肪條紋,相當于人類II型AS病變,即I-VI型病變的早期階段。用HCD刺激10天后,斑馬魚幼魚表現(xiàn)出血管脂質(zhì)積累、髓細胞聚集和早期脂蛋白氧化。血管脂質(zhì)積累是劑量依賴性的,取決于飼喂不同濃度的膽固醇(2-10%),大多數(shù)可重復(fù)的結(jié)果是在4%的膽固醇。因此,斑馬魚HCD模型經(jīng)常被用于研究AS的早期發(fā)展。然而,最近的一項研究報告稱,10天的HCD刺激并沒有導(dǎo)致斑馬魚幼魚血管中巨噬細胞的積累。造成這種差異的原因值得進一步調(diào)查,但這種差異表明,與成年魚一樣,更長時間的HCD喂養(yǎng)可能是必要的。 圖2 8dpf斑馬魚幼魚經(jīng)45d 8%HCD喂養(yǎng),構(gòu)建斑馬魚動脈粥樣硬化模型(a:血管中的膽固醇蓄積;b:血管中的巨噬細胞浸潤;c:血管中的中性粒細胞蓄積;d:體內(nèi)脂質(zhì)水平。A:正常組;B:動脈粥樣硬化模型組。) 圖3 動脈粥樣硬化斑馬魚血管中的斑塊形成 低密度脂蛋白受體(LDLR)缺乏導(dǎo)致人類家族性高膽固醇血癥。Liu等人利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除斑馬魚中的ldlr。ND喂養(yǎng)的ldlr突變斑馬魚表現(xiàn)出SREBP-2通路的激活,并出現(xiàn)中度高膽固醇血癥。在喂食HCD僅5天后,ldlr突變體幼魚表現(xiàn)出血管脂質(zhì)積累增加,高膽固醇血癥加劇,導(dǎo)致II型AS病變。飲食改變時間的減少使該模型對高膽固醇血癥的機制研究和潛在藥物的篩選更有用。 APOC2是脂蛋白脂肪酶的激活劑,在脂質(zhì)代謝中起重要作用。Liu 等人利用TALEN技術(shù)敲除斑馬魚體內(nèi)的apoc2。結(jié)果顯示,apoc2突變體中存在乳糜小血癥和嚴重的高甘油三酯血癥,與apoc2缺失患者的特征相似。飼喂ND的apoc2-/-幼魚在脈管系統(tǒng)中出現(xiàn)脂質(zhì)積累和含脂巨噬細胞,這與人類II型AS病變發(fā)展過程中觀察到的情況相似。因此,不飼喂HCD的apoc2-/-斑馬魚可作為血脂異常模型,研究血管壁巨噬細胞對LDL浸潤、氧化和吞噬的分子機制,并可作為篩選高脂血癥藥物的模型。 肝臟X受體(Liver X receptors, LXRs)在膽固醇分解代謝中起重要作用。哺乳動物中存在lxr α和lxr β兩種亞型,而斑馬魚中只存在一種與lxr α具有較高同源性的lxr基因。lxr靶向缺失的斑馬魚在喂食HCD或高脂肪飲食(HFD)時,LDL顯著增加,出現(xiàn)嚴重的高膽固醇血癥和肝脂肪變性,脂質(zhì)沉積類似于人類的脂肪條紋。該模型可用于篩選腸道限制性LXR激動劑,用于抑制血脂異常和動脈粥樣硬化的發(fā)展。 斑馬魚動脈粥樣硬化模型評價指標 理化指標:總膽固醇(TC)含量、總甘油三酯(TG)含量、低密度脂蛋白(LDL)含量、高密度脂蛋白(HDL)含量; 脂質(zhì)影響:體內(nèi)脂質(zhì)(油紅O染色)、血管脂質(zhì)(血管脂質(zhì)沉積); 血管影響:血管厚度; 氧化影響:MDA含量、SOD活性、ROS水平等; 炎癥影響:免疫因子(IL-6、TNF-α、IL-1等)水平、免疫細胞數(shù)量(中性粒細胞、巨噬細胞等)、NO水平。 AS是一種復(fù)雜的進行性疾病,其發(fā)病機制尚不完全清楚。它不僅受糖尿病、慢性腎病、高血壓和高脂血癥等致病因素的影響,還與其他危險因素有關(guān),如遺傳、年齡、性別、吸煙、肥胖、飲食和營養(yǎng)狀況。目前臨床治療AS的藥物包括他汀類藥物、抗血栓藥物和手術(shù)干預(yù)以減輕并發(fā)癥,但仍沒有有效或特異性的治療AS的藥物。斑馬魚模型可能有助于理解AS的發(fā)病機制和確定新的治療靶點和方法。此外,評估環(huán)境因素、微量元素、藥物等危險因素對AS發(fā)病機制的影響,也是今后治療干預(yù)的重點。 木芮生物具有完善的斑馬魚實驗平臺,并建立起了上百種的臨床疾病模型,利用遺傳、行為、細胞、生化分子等實驗技術(shù),深入探索疾病發(fā)生的機制,進而為臨床治療疾病提供可行的治療方案或藥物篩選機制。我們依托成熟的科研技術(shù),可以為廣大客戶提供基礎(chǔ)科研、毒理測試、藥物篩選等服務(wù),助力生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展。斑馬魚動脈粥樣硬化模型
高膽固醇飲食模型
ldlr突變斑馬魚
apoc2突變斑馬魚
lxr突變斑馬魚