先天性心臟病相關(guān)肺動脈高壓動物模型研究進(jìn)展

孫雪瑞 綜述 馬寧 審校

(1.首都醫(yī)科大學(xué)研究生院，北京 100069； 2.國家兒童醫(yī)學(xué)中心 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院心臟超聲科，北京 100045)

先天性心臟病相關(guān)肺動脈高壓(PAH-CHD)的主要生理改變是由于左向右分流使肺血管在高血流壓力沖擊下逐漸發(fā)生病理改變，內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，最終導(dǎo)致肺小血管阻塞性重構(gòu)[1]。PAH-CHD是中國兒童肺動脈高壓(PAH)最常見的類型，發(fā)病率和死亡率極高，大大增加了先天性心臟病(CHD)圍手術(shù)期的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響CHD的治療效果和預(yù)后。盡管過去的20年里PAH的治療和管理取得了重大進(jìn)展，但目前的治療僅在一定程度上改善了PAH癥狀，并不能治愈或逆轉(zhuǎn)肺血管重構(gòu)。PAH-CHD治療診治難題主要在于對PAH的病理生理知之甚少。建立理想的動物模型不僅可以深入研究PAH-CHD的病理生理改變，還可以進(jìn)行療效評價(jià)、診斷測試、藥物研發(fā)等，是近些年P(guān)AH基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前有多種PAH-CHD造模方法，如體肺動脈分流法、動靜脈分流法、肺動脈結(jié)扎法等。常見造模方法的應(yīng)用總結(jié)見表1。現(xiàn)對PAH-CHD基礎(chǔ)研究中常用造模方法的特點(diǎn)做一綜述。

1 體肺分流造模法

該造模方法原理是利用各大中動脈與肺動脈的壓差建立分流，可以有效地使體循環(huán)的血液向肺循環(huán)分流，從而形成左向右的分流。實(shí)驗(yàn)對象主要是豬、犬等大型動物，往往通過外科手術(shù)直接建立體肺分流。Wang等[2]通過將40只兔子的左頸總動脈與主肺動脈之間形成分流，成功地建立高動力型PAH模型，手術(shù)存活率為67%，分流管道通暢率為85%，3個(gè)月后手術(shù)組肺動脈壓力較假手術(shù)組顯著升高，病理顯示肺小動脈中層增厚。趙永紅等[3]通過改良Potts手術(shù)方法建立犬單側(cè)動力性PAH模型，方法為左肺動脈通過管道與降主動脈連接，術(shù)后12周僅左側(cè)肺出現(xiàn)病理改變，右肺血流量和肺動脈壓力雖然也有升高但不如左肺顯著，與崔勤等[4]的研究結(jié)果相符，因此，他們認(rèn)為動力性肺動脈壓升高的主要因素是來自主動脈系統(tǒng)血流的壓力而不是血流量。文獻(xiàn)報(bào)道體肺分流模型最長觀察時(shí)間為12個(gè)月，肺血管病變表現(xiàn)為肺小動脈肌化、動脈中層肥厚、管腔狹窄及肺血管重構(gòu)，無新生內(nèi)膜形成[5]。其他常用手術(shù)的方法還包括左鎖骨下動脈與左肺動脈的分流、主動脈與主肺動脈吻合、左鎖骨下動脈與左下葉肺動脈吻合。此類分流模型手術(shù)操作相對復(fù)雜，分流量大小不容易控制，人工血管和吻合口易形成狹窄。

表1 常見PAH-CHD動物模型

2 動靜脈分流造模法

該造模方法原理為通過動-靜脈分流使回心血量增多，肺循環(huán)血流量相應(yīng)增加，進(jìn)而促進(jìn)PAH的形成。較常用的模型是頸動脈-頸靜脈分流法和腹主動脈-下腔靜脈分流法。

頸動脈-頸靜脈建立分流手術(shù)無需開胸或開腹，操作相對簡單，創(chuàng)傷較小，術(shù)后容易存活，死亡率低，是目前研究領(lǐng)域應(yīng)用較多的一種模型。Wang等[6]研究發(fā)現(xiàn)大鼠右側(cè)頸動靜脈吻合術(shù)后4周、6周、8周、12周、16周收縮壓、右室肥厚指數(shù)呈線性增高，16周時(shí)右心室收縮壓[(36.64±4.29)mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)]較12周[(26.89±2.35)mm Hg]時(shí)顯著增加。杜福杰等[7]用套管連接大鼠左側(cè)頸總動脈和頸外靜脈后，結(jié)果顯示肺循環(huán)血流量明顯增加、肺動脈壓力升高、肺動脈結(jié)構(gòu)重構(gòu)和右心室肥厚，該研究對肺動脈壓力及肺血管改變發(fā)展過程進(jìn)行詳細(xì)比較，在一定程度上解釋了PAH的病理生理改變。為探討PAH-CHD的血流動力學(xué)變化，羅小菊等[8]應(yīng)用超聲心動圖對左頸總動脈-頸外靜脈端側(cè)吻合術(shù)后幼豬模型進(jìn)行了為期1年的連續(xù)觀測，建模1年存活率63.3%，隨著肺動脈壓力的升高，肺動脈血流加速時(shí)間、右室射血時(shí)間、肺動脈血流減速時(shí)間呈先增高后降低表現(xiàn)，符合PAH-CHD的血流動力學(xué)變化特點(diǎn)；但該模型肺血管病變觀察時(shí)間較長，16周后病理改變?nèi)砸灾心し屎瘛⒎涡用}肌化百分比增加為主，并無新生內(nèi)膜形成[9-10]。

腹主動脈-下腔靜脈分流造模法最早由Garcia等[11]進(jìn)行報(bào)道，他們首次通過非血管外科方法對11只大鼠建立腹主動脈與下腔靜脈之間分流，術(shù)后4周50%實(shí)驗(yàn)組大鼠出現(xiàn)右心室肥厚的病理改變。2005年，Lam等[12]首次通過大鼠腹主動脈-下腔靜脈分流法對PAH進(jìn)行研究。具體的操作方法可參考Nath等的實(shí)驗(yàn)研究[13-14]。齊建光等[15]對Garcia的方法進(jìn)行改進(jìn)將此模型用于PAH-CHD研究，通過在下腔靜脈與腹主動脈間穿刺造成動靜脈瘺來建立模型，發(fā)現(xiàn)術(shù)后6周肺動脈壓力升高并不明顯，術(shù)后11周形成輕度PAH。此分流模型實(shí)驗(yàn)對象多以大鼠為主，張明杰等[16]首次建立了腹主動脈-下腔靜脈分流小鼠模型，且通過直接剪開腹主動脈下腔靜脈間隔的方法提高分流的通暢率和造模的成功率，術(shù)后4周即出現(xiàn)明顯分流型PAH的病理改變，第8周時(shí)更為明顯。Linardi等[17]的研究小組則首次運(yùn)用超聲心動圖、心臟磁共振來評估此模型大鼠PAH的嚴(yán)重程度，結(jié)果顯示術(shù)后實(shí)驗(yàn)組大鼠右室舒張末期面積及容積進(jìn)行性升高，且術(shù)后20周病理僅顯示肺小動脈中膜增厚，部分遠(yuǎn)端肺小動脈完全阻塞；但有學(xué)者提出不能除外高血流對下腔靜脈的影響導(dǎo)致全身體液失衡進(jìn)而促進(jìn)PAH的形成，因此，對此模型尚有待進(jìn)一步研究。

動脈-靜脈分流術(shù)制備PAH模型是可行的，操作簡單，可重復(fù)性強(qiáng)，動物死亡率低，有效控制動靜脈之間吻合口的大小、保證吻合口血流通暢是造模成功的關(guān)鍵?；诖四Ｐ偷腜AH的基礎(chǔ)研究很多，但只能一定程度上模擬左向右分流CHD患者肺循環(huán)的變化，目前尚無重度PAH的研究報(bào)道，進(jìn)一步延長術(shù)后觀察時(shí)間是否會出現(xiàn)重度PAH的病理改變有待進(jìn)一步的研究報(bào)道。

3 心內(nèi)分流造模法

通過心內(nèi)分流建立PAH-CHD模型可以模擬和CHD一樣的病理解剖，但此模型較少見，國外有室間隔缺損和房間隔缺損的動物模型報(bào)道[18-19]。中國劉瀚旻等[20]最早通過對改良國外手術(shù)方式(經(jīng)右心耳行室間隔穿刺造口)成功制造幼豬室間隔缺損動物模型，然而手術(shù)操作難度較大，死亡率為33%，且術(shù)后4周心導(dǎo)管所測肺動脈壓力與對照組并無明顯差別。心內(nèi)分流模型的關(guān)鍵是控制分流量，分流量太小不易形成PAH。延長觀察時(shí)間是否可以造模成功尚有待進(jìn)一步研究。對小動物來說，此種造模方法較困難，且損傷大。

4 單側(cè)肺動脈結(jié)扎造模法

考慮到分流法建立PAH模型無法確定分流量且手術(shù)操作難度較大，有學(xué)者提出可以選擇性結(jié)扎單側(cè)肺動脈而增加對側(cè)肺血流量從而達(dá)到形成PAH的目的。既往文獻(xiàn)報(bào)道犢牛左側(cè)肺動脈結(jié)扎[21]、豬右肺動脈結(jié)扎術(shù)[22]可引起對側(cè)肺血管重構(gòu)并導(dǎo)致PAH。Zhang等[23]通過對48只小鼠行右肺動脈結(jié)扎建立單側(cè)容量性PAH模型，2周后結(jié)扎組右室收縮壓[(32.0±0.92)mm Hg]較假手術(shù)組[(20.9±1.11)mm Hg]顯著升高，且呈時(shí)間依賴性，在第4周時(shí)右室收縮壓達(dá)到最高且病理結(jié)果顯示遠(yuǎn)端肺血管壁增厚，手術(shù)組各時(shí)間點(diǎn)右室肥厚指數(shù)也明顯高于假手術(shù)，然而4周后PAH并未繼續(xù)加重，考慮可能與肺血管床的適應(yīng)性代償有關(guān)。采用同樣的造模方法，Meng等[24]研究發(fā)現(xiàn)術(shù)后大鼠肺動脈壓力及肺血管病變的嚴(yán)重程度隨時(shí)間逐漸加重，Sage等[22]發(fā)現(xiàn)術(shù)后5周結(jié)扎組肺動脈平均壓[(16.2±1.3)mm Hg]較假手術(shù)組[(11.6±0.7)mm Hg]顯著增高，且結(jié)扎組左肺血管阻力也顯著升高，并出現(xiàn)典型PAH的病理改變。單側(cè)肺結(jié)扎手術(shù)操作難度不大，可重復(fù)性強(qiáng)，手術(shù)死亡率較低。不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能與不同品系實(shí)驗(yàn)動物對高肺血流量的適應(yīng)能力不同有關(guān)，尚需更多研究證實(shí)此模型的穩(wěn)定性。

5 聯(lián)合手術(shù)造模法

大多數(shù)單一的肺高血流量動物模型在病理改變上以肺血管中層增厚為主，相當(dāng)于肺血管病理改變的Ⅰ～Ⅱ級，肺動脈壓力及右心室收縮壓僅輕度升高。CHD患者肺組織內(nèi)典型的肺血管重構(gòu)改變至今尚未在動物模型中再現(xiàn)，為了進(jìn)一步增加肺循環(huán)血流量以誘導(dǎo)出更為嚴(yán)重的肺血管病變，研究者建議可采用聯(lián)合手術(shù)法。王宏飛等[25]、Meng等[24]通過對單純頸動靜脈吻合、單側(cè)肺動脈結(jié)扎、單側(cè)肺動脈結(jié)扎聯(lián)合頸動靜脈吻合三種模型比較得出，三組肺動脈壓均有升高、右心室肥厚、肺血管重構(gòu)，但以聯(lián)合手術(shù)組表現(xiàn)更為明顯，且肺動脈壓力隨著時(shí)間逐漸升高，僅聯(lián)合手術(shù)12周組出現(xiàn)不可逆肺血管病變。也有文獻(xiàn)報(bào)道SD大鼠行左側(cè)頸內(nèi)動脈-頸外靜脈吻合聯(lián)合左側(cè)股動脈-股靜脈吻合12周后部分血管形成了新生內(nèi)膜、管壁纖維化、管腔狹窄，肺血管病理改變相當(dāng)Ⅱ～Ⅲ級[26]。此外，還有很多不同實(shí)驗(yàn)方式的組合及實(shí)驗(yàn)動物的選擇，均能很好地模擬CHD左向右分流PAH模型，但聯(lián)合手術(shù)創(chuàng)傷較大，手術(shù)操作難度更大。

6 總結(jié)

綜上，PAH-CHD動物模型需要相對較高的外科設(shè)備和技術(shù)，死亡率相對較高。各種模型經(jīng)過多位研究者的不斷改進(jìn)，為深入探索PAH-CHD病理生理學(xué)的認(rèn)識和治療策略做出了貢獻(xiàn)；但到目前為止，仍無公認(rèn)的造模方案。此外，由于現(xiàn)有的PAH-CHD模型研究少見并報(bào)道有嚴(yán)重PAH，從而無法模擬人類嚴(yán)重的PAH，基于此動物模型不應(yīng)被視為臨床前研究。因此，PAH-CHD研究還有很長的路要走，探討穩(wěn)定、可行、可控的動物模型，總結(jié)各種模型的優(yōu)勢與局限性并加以利用組合將有助于研究者根據(jù)研究需要選擇合適模型，為高肺血流PAH-CHD的形成過程提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)及實(shí)驗(yàn)平臺。