阿霉素誘導心源性水腫動物模型的建立及相關防治藥物的研究進展

薛 迪，楊曉旭，汪 娜，韓貞愛，苑藝蕾，王洪玉，劉樹民

(黑龍江中醫(yī)藥大學藥物安全評價中心，哈爾濱150040)

心源性水腫臨床表現(xiàn)為心力衰竭，對患者健康造成嚴重威脅。為治療心源性水腫，應建立合理的動物模型，研究其發(fā)病機制，探尋有效的治療方法。阿霉素(ADR)是一種蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素，長時間使用可造成心力衰竭，引起心源性水腫。因此，使用阿霉素誘導心衰建立心源性水腫的動物模型，探討其作用機制及相關防治藥物，為治療心源性水腫提供理論依據(jù)。

1 動物模型的建立

1.1 實驗動物的選擇 阿霉素誘導心源性水腫的動物模型所選用的實驗動物主要有鼠、兔、犬、豬等［1］。大鼠因個體適中，操作方便，價格便宜，常被選用作為建立動物模型的實驗動物［2］。

1.2 模型的建立方法 阿霉素誘導心源性水腫的動物模型造模方法主要為大鼠腹腔注射和大鼠尾靜脈注射。成忠煌等［3］比較了不同方案腹腔注射阿霉素復制的大鼠心衰模型。即小劑量組按1.5 mg/kg體質(zhì)量腹腔注射阿霉素，2次/周，共7周;大劑量組按4 mg/kg體質(zhì)量腹腔注射阿霉素，1次/周，共6周;末次注射給藥4周后，觀察組與正常組相比，小劑量組大鼠精神萎靡不振，活動量、進食量減少;神經(jīng)內(nèi)分泌BNP的水平顯著上升;血清中LDH、CK活性顯著上升;心臟病理學改變明顯;血流動力學指標收縮壓(SP)、舒張壓(DP)顯著下降，提示心源性水腫模型建立成功;而大劑量組表現(xiàn)為心外嚴重損傷，病死率高，未造成心源性水腫。吳慧穎等［4］采用1 mg/kg尾靜脈注射的方法造成大鼠心源性水腫的動物模型，2周后，與正常對照組相比，實驗組大鼠心體比(VW/BW)上升，左室收縮壓(LVSP)下降，左室收縮末壓(LVEDP)上升，左室最大壓力上升及下降速度(±dp/dtmax)減小，病理學檢測心肌出現(xiàn)典型慢性心衰樣病理改變，表明心源性水腫模型建立成功。但是，尾靜脈注射存在一定不足，即操作較難，易出現(xiàn)爛尾現(xiàn)象。

1.3 模型的特點 阿霉素誘導心源性水腫是一種非手術法建立動物模型的方法，此法簡便、易操作、重復性好，缺點是動物病死率高，與人類心衰引起心源性水腫存在一定差異。阿霉素造成心源性水腫主要是由于阿霉素的累積效應，與其總劑量有關，因此造模時應低劑量、長時間進行給藥。

2 作用機制

2.1 氧化應激作用 氧自由基學說［5］認為自由基的連鎖反應是阿霉素造成心臟毒性的主要因素。給藥后SOD和MDA明顯發(fā)生改變，表明已產(chǎn)生氧化應激作用，而且時間越長，氧化應激作用越明顯，心功能隨之下降，心臟損傷加劇，造成心力衰竭，產(chǎn)生心源性水腫現(xiàn)象。

動物實驗［6-7］證明，阿霉素能增加心肌產(chǎn)生活性氧，造成心肌細胞脂質(zhì)過氧化，而且阿霉素能增加一氧化氮及其代謝產(chǎn)物，使心肌細胞凋亡，造成心力衰竭，從而導致心源性水腫。阿霉素的蒽醌基團可誘導心肌細胞產(chǎn)生自由基，特別是自由基和超氧化合物的形成，可導致心肌細胞膜脂質(zhì)過氧化和心肌線粒體DNA 損傷［8］。

2.2 鈣含量過負荷 研究［9］發(fā)現(xiàn)，阿霉素通過增加心肌細胞鈣內(nèi)流速度和抑制肌漿網(wǎng)攝鈣量，導致心肌細胞鈣過負荷，影響心肌細胞的收縮和舒張功能。因此，肌漿網(wǎng)攝鈣障礙造成的心肌細胞鈣過負荷可能是阿霉素造成心源性水腫的機制之一。阿霉素誘導心源性水腫的機制還能使心肌鈣敏感受體(CaSR)表達上調(diào)，引起細胞內(nèi)鈣超載，誘發(fā)心肌凋亡，降低心功能，從而導致心肌損傷，造成心源性水腫［10］。

2.3 細胞凋亡 研究［11］顯示，向大鼠腹腔注射阿霉素，大鼠心肌嚴重變性和壞死，并且在心肌壞死灶內(nèi)或周邊部發(fā)現(xiàn)不同數(shù)量的凋亡細胞，呈一定的量效關系，阿霉素產(chǎn)生的心臟毒性與心肌細胞凋亡和壞死有關。另有研究［12］表明，在心力衰竭導致心源性水腫過程中，細胞凋亡和細胞增殖是同時存在的，但是心肌細胞凋亡數(shù)量要多于細胞增殖數(shù)量，導致細胞大量進行性丟失，這也可能是心源性水腫發(fā)生發(fā)展的重要機制之一。朱玲等［13］通過研究再次證實了阿霉素的心臟毒性，并且提出抗凋亡蛋白bcl-2和促凋亡蛋白bax均參與了心肌細胞的凋亡過程，還提出TNF-α有可能不參與阿霉素引起的心衰的觀點。

2.4 線粒體損傷 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，阿霉素產(chǎn)生的自由基對心肌細胞膜系統(tǒng)，尤其是對線粒體膜脂質(zhì)，有過氧化作用，從而使線粒體內(nèi)膜功能受損，導致ATP合成酶功能和氧化磷酸化障礙，ATP和NAD水平下降，這可能是阿霉素導致心源性水腫的一個主要原因［14］。

3 防治藥物

3.1 自由基清除劑 仙人救心片能使血清SOD活性增強，MDA含量下降，清除氧自由基，對脂質(zhì)過氧化反應進行抑制，從而改善心衰癥狀［15］。姜附湯能提高SOD活性，使機體清除自由基能力增強，從而保護心肌細胞［16］。羅布麻葉總黃酮能增強SOD活性，清除阿霉素引起的氧自由基增加;還可降低MDA活性，對抗阿霉素引起的脂質(zhì)過氧化，減少心肌細胞的損傷，從而緩解阿霉素造成的心臟水腫現(xiàn)象［17］。褪黑激素能增加心肌組織中總蛋白、GSH含量，保護心肌組織，提高實驗動物的存活率［18］。阿米福汀能使消除自由基的酶SOD和GSH-Px活性增強和(或)使自由基產(chǎn)生減少，從而達到保護心臟的作用［19］。硫辛酸通過清除氧自由基以及抗脂質(zhì)過氧化等作用，減輕阿霉素引起的心肌損傷［20］。輔酶Q10是一種有效的細胞抗氧化劑，能阻止阿霉素在體內(nèi)產(chǎn)生半醌自由基，改善心肌細胞的能量代謝，緩解阿霉素引起的心臟毒性［21］。

3.2 鈣拮抗劑 心復康口服液能使Ca2+-ATPase活性增強，Ca2+轉(zhuǎn)運增強，減輕心肌細胞Ca2+超載，從而改善心臟的舒張和收縮功能［22］。1，6-二磷酸果糖能增加ATP合成，促進Ca2+從肌漿漿液泵入肌漿網(wǎng)或細胞外，使心肌細胞內(nèi)Ca2+濃度下降，從而減輕阿霉素造成的心源性水腫［23］。

3.3 細胞凋亡抑制劑 紅細胞生成素能夠減輕氧自由基損傷，抑制心肌細胞凋亡，保護心臟功能，從而減輕心源性水腫的發(fā)生［24］。大蒜多糖能使心肌細胞中Bax蛋白表達降低，凋亡抑制基因Bcl-2的表達增強，Bcl-2/Bax表達比例上升，使病理狀態(tài)下的失衡狀態(tài)得到緩解，從而達到抑制細胞凋亡的作用［25］。磷酸肌酸可降低阿霉素引起的氧化應激損傷，抑制自由基引起的心肌細胞凋亡，改善心臟功能［26］。復心湯通過提高Bcl-2基因表達，抑制多種心肌細胞凋亡途徑，達到抑制心源性水腫的作用［27］。溫陽強心方能延緩CHF兔心室重塑，抑制心肌細胞凋亡，改善心臟功能，減輕心源性水腫的發(fā)生［28］。

3.4 線粒體保護劑 黃芪注射液在體外能夠使MDA生成減少，GSH含量增加，AST活性下降，減輕線粒體腫脹，對阿霉素引起的線粒體損傷起到保護作用［29］。黃芪注射液在臨床使用中也有良好的療效，患者經(jīng)過治療后B型腦鈉鈦(BNP)降低，左心室射血分數(shù)(LVEF)、左室短軸縮短率(FS)、每搏出量(SV)、心輸出量(CO)、心臟指數(shù)(CI)升高［30］。四逆湯能使線粒體SOD的活性增強，MDA含量下降，線粒體腫脹程度減輕，從而改善心源性水腫現(xiàn)象［31］。天保寧可明顯改善大鼠心肌細胞肌原纖維排列紊亂，減輕心肌細胞線粒體腫脹［32］。

4 結語

阿霉素對心臟的急性毒性主要為心肌損傷，而長期使用則易導致心源性水腫，心源性水腫是指因心臟疾病引起的全身性水腫，是右心衰竭的表現(xiàn)。因此，建立合理的動物模型與臨床的治療有密切的關系，但是建立動物模型存在一些不足，如動物模型與臨床癥狀不符，動物模型影響因素較多，動物數(shù)量少，統(tǒng)計學意義較差等。因此，在設計動物模型時應結合臨床應用，根據(jù)實驗要求選擇合適的動物及模型建立方法。

使用阿霉素誘導心衰造成心源性水腫是一種比較成熟的造模方法，雖然機制復雜多樣，但有些機制研究已較明確，仍使得阿霉素誘導心源性水腫的動物模型成為理想的實驗動物模型。但是，不同動物所表征的心源性水腫指標有所差異，因此，對于阿霉素誘導的心源性水腫動物模型應進行系統(tǒng)的研究與評價，這將為研發(fā)相關防治藥物、臨床治療心源性水腫提供更加科學可靠的理論依據(jù)。

［1］彭成.中醫(yī)藥動物實驗方法學［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，2008:13-20.

［2］郭豫濤，譚毅.充血性心力衰竭的動物模型［J］.上海實驗動物科學，2001，21(2):122-126.

［3］成忠煌，胡雪峰，彭敏，等.阿霉素誘導大鼠慢性心力衰竭模型給藥劑量和頻率的優(yōu)化［J］.湖北中醫(yī)雜志，2011，33(4):9-11.

［4］吳慧穎，才子斌，王芳，等.Wistar大鼠慢性心力衰竭模型的制備及指標判定［J］.中國老年學雜志，2012，32(4):778-779.

［5］楊輝，吳偉康.阿霉素性心力衰竭模型與氧化應激［J］.醫(yī)學動物防制，2004，20(11):655-657.

［6］KALYANARAMAN B，JOSEPH J，KALIVENDI S，et al.Doxorubicin-induced apoptosis:implications in cardiotoxicity［J］.Molecular and Cellular Biochemistry，2002，234-235(1/2):119-124.

［7］WEINSTEIN D M，MIHM M J，BAUER J A.Cardiac peroxynitrite formation andleft ventricular dysfunction following doxorubicin treatment in mice［J］.Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics，2000，294(1):396-401.

［8］SIM°UNEK T，STéRBA M，POPELOVá O，et al.Anthracycline-induced cardiotoxicity:overview of studies examining the roles of oxidative stress and free cellular Iron［J］.Pharmacological Reports，2009，61(1):154-171.

［9］張亞臣，榮燁之，呂寶經(jīng)，等.阿霉素中毒心肌細胞鈣離子調(diào)節(jié)功能的變化［J］.中國心血管雜志，1997，2(2):126-128.

［10］閆學晶，楊丹，李智敏，等.鈣敏感受體在阿霉素誘導大鼠心肌損傷過程中的表達［J］.哈爾濱醫(yī)科大學學報，2013，47(1):38-42.

［11］李暉，錢素娟，周令望，等.阿霉素導致大鼠心肌細胞凋亡的實驗研究［J］.哈爾濱醫(yī)科大學學報，1997，31(3):4-5，82.

［12］OLIVETTI G，ABBI R，QUAINI F，et al.Apoptosis in the failing human heart［J］.New England Journal of Medicine，1997，336(16):1131-1141.

［13］朱玲，金正勇.凋亡細胞因子在阿霉素心肌病模型中的表達［J］.中國婦幼保健，2007，22(17):2373-2376.

［14］李暉，謝振華，錢素娟，等.阿霉素性心肌損傷大鼠心肌中高能磷酸化合物分析及硒的保護作用［J］.中國地方病學雜志，1998，17(2):24-26.

［15］劉東敏，楊培君.仙人救心片對充血性心力衰竭大鼠氧自由基清除作用的實驗研究［J］.長春中醫(yī)藥大學學報，2011，27(4):516-518.

［16］孫萌，范穎，于彩娜，等.姜附湯對阿霉素心臟毒性大鼠心肌細胞 SOD、GPH-Px、MDA 的影響［J］.中醫(yī)藥信息，2011，28(2):58-60.

［17］許閩廣.羅布麻葉總黃酮對大鼠阿霉素中毒心臟的保護作用［D］.太原:山西醫(yī)科大學，2007.

［18］WAHAB M H，AKOUL E S，ABDEL-AZIZ A A.Modulatory effects of melatonin and vitamin E on doxorubicin-induced cardiotoxicity in Ehrlich ascites carcinoma-bearing mice［J］.Tumori，2000，86(2):157-162.

［19］黃玉娥，劉月玲.阿米福汀對阿霉素引起心臟毒性的保護作用［J］.中國醫(yī)藥導報，2009，6(31):15-17.

［20］張志剛，王國賢，杜鵬，等.硫辛酸對阿霉素所致小鼠心肌損傷的保護作用［J］.中國心血管病研究雜志，2008，6(12):934-936.

［21］CONKLIN K A.Coenzyme Q10 forprevention of anthracycline-induced Cardiotoxic-ity［J］.Cs/lcerTher，2005，4(2):110-130.

［22］胡元會，曹雪濱，車維新，等.心復康口服液對阿霉素心衰模型大鼠心功能及心肌Ca-ATPase定位的影響［J］.陜西中醫(yī)學院學報，2000，23(3):38-39.

［23］蔡巍，陳珊.1，6-二磷酸果糖對阿霉素引起大鼠心肌細胞內(nèi)游離鈣和肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶活性改變的影響［J］.中國病理生理雜志，2004，20(6):941-943.

［24］鄧琴琴，王夢洪，文淵，等.EPO對阿霉素所致心衰大鼠氧化應激能力及細胞凋亡水平的影響［J］.南昌大學學報:醫(yī)學版，2010，50(1):5-8，17.

［25］吳基良，余薇，汪暉，等.大蒜多糖對中毒性心肌炎心肌細胞凋亡的影響［J］.中國生物工程雜志，2005，25(3):40-43，59.

［26］趙力，李琦，李午生，等.磷酸肌酸對阿霉素致大鼠心肌損傷的保護作用及其抗細胞凋亡的實驗研究［J］.中國醫(yī)學工程，2011，19(8):5-8，14.

［27］薛一濤，焦華琛，林鑫，等.復心湯對心衰大鼠心肌細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導分子Bcl-2表達的影響［J］.中華中醫(yī)藥學刊，2013，31(12):2717-2720，2876.

［28］陳新宇，唐燕萍，盧青，等.溫陽強心方對兔慢性充血性心力衰竭細胞凋亡及心臟結構的影響［J］.湖南中醫(yī)藥大學學報，2012，32(1):16-19.

［29］鄒文俊，李忌，劉忠榮，等.黃芪注射液拮抗阿霉素心臟毒性作用的研究［J］.中成藥，2001，23(5):348-350.

［30］李國林，姜雪，王霞.黃芪注射液治療慢性心力衰竭［J］.長春中醫(yī)藥大學學報，2014，30(2):280-282.

［31］趙明奇，吳偉康，段新芬，等.四逆湯對阿霉素性心衰大鼠心肌線粒體功能的影響［J］.中藥材，2005，28(6):486-489.

［32］于向民，劉友章.天保寧對阿霉素所致大鼠心肌線粒體毒性的保護作用［J］.解剖學雜志，1997，20(2):148-151.