動(dòng)脈粥樣硬化斑塊磁共振成像動(dòng)物模型

葉鵬飛 郭應(yīng)坤 張怡 沈夢婷 李湘 陳林 徐婷 文凌儀

(1.四川大學(xué)華西第二醫(yī)院放射科 出生缺陷與相關(guān)婦兒疾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041； 2.四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科，四川 成都 610041)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是嚴(yán)重威脅人體健康的心血管疾病，也是導(dǎo)致腦卒中、冠心病及肢體功能喪失的主要原因[1]，更是導(dǎo)致全球死亡人數(shù)最多的疾病[2]。磁共振成像可無創(chuàng)評(píng)價(jià)全身大動(dòng)脈AS斑塊，已廣泛應(yīng)用于臨床和基礎(chǔ)研究，目前世界各國的研究者構(gòu)建了大量AS斑塊動(dòng)物模型，并利用磁共振成像對(duì)AS的病因、發(fā)病機(jī)制、并發(fā)癥及治療進(jìn)行研究[3]。磁共振成像無電離輻射，軟組織對(duì)比度高，空間分辨率高，是評(píng)價(jià)AS斑塊形態(tài)、成份及穩(wěn)定性強(qiáng)有力的影像技術(shù)[4]，并且可以引入磁共振對(duì)比劑增加敏感性[5]，是無創(chuàng)評(píng)價(jià)AS斑塊最佳的檢查方法?，F(xiàn)通過查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)，將有關(guān)AS斑塊動(dòng)物模型的構(gòu)建及磁共振成像進(jìn)行綜述，歸納總結(jié)了不同方法的優(yōu)勢和劣勢，為以后研究提供參考。

1 豬

豬的心臟解剖結(jié)構(gòu)、血流動(dòng)力學(xué)、脂蛋白代謝機(jī)制、血小板聚集機(jī)制及血生化指標(biāo)與人類十分相似，形成斑塊的病理過程也與人類相似，形成斑塊的敏感性較高，選用豬是構(gòu)建AS斑塊比較理想的模型[6]。但是大多數(shù)種屬的豬是大型動(dòng)物，體重較大，不利于搬運(yùn)，經(jīng)費(fèi)投入較高，限制了研究者對(duì)豬的選擇，并且超高場強(qiáng)磁共振掃描儀的孔徑較小，限制了AS斑塊豬的應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者已用小型豬構(gòu)建了大量AS模型[7]，巴馬小型豬是目前最常用的小型豬AS模型[8]。小體型豬具有飼養(yǎng)方便、體積小、易管理及經(jīng)費(fèi)投入較少的優(yōu)點(diǎn)，能較多地應(yīng)用于AS的相關(guān)研究中，滿足了更多AS基礎(chǔ)和臨床的研究需求[9]。

球囊損傷動(dòng)脈內(nèi)膜是最早用于構(gòu)建小型豬AS模型的方法，通過介入手術(shù)將大于血管直徑10%～30%的球囊擴(kuò)張目標(biāo)血管，達(dá)到損傷動(dòng)脈內(nèi)膜的目的[10]，再聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)。球囊損傷動(dòng)脈內(nèi)膜的方法，不但可以選擇AS斑塊形成的部位，而且縮短了AS斑塊形成的時(shí)間[11]，該方法加快了實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，節(jié)約了人力物力，成為國內(nèi)外科研人員常用的一種建模方法。董莉等[12]通過球囊損傷豬腹主動(dòng)脈，再聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)，成功構(gòu)建了小型豬腹主動(dòng)脈AS斑塊，采用黑血?jiǎng)討B(tài)增強(qiáng)磁共振成像技術(shù)檢測早期AS斑塊炎性反應(yīng)的特征，定量測量早期AS斑塊炎性反應(yīng)的影像指標(biāo)，提供了一種無創(chuàng)檢測早期AS斑塊的方法。

2 兔

在中等體型動(dòng)物中，兔的體型大小適中，能較容易進(jìn)入中高場強(qiáng)磁共振儀磁體中，并且可以使用兔子專用線圈，從而順利采集兔頸總動(dòng)脈和主動(dòng)脈各個(gè)序列的圖像。兔頸總動(dòng)脈和主動(dòng)脈與人類動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)相似，常規(guī)應(yīng)用于人頸動(dòng)脈的序列經(jīng)過序列優(yōu)化可以應(yīng)用于兔頸動(dòng)脈的磁共振掃描。兔的脂蛋白代謝與人類比較相似，對(duì)膽固醇的敏感性較高，能吸收外源性膽固醇，在較短時(shí)間內(nèi)血膽固醇升高明顯，經(jīng)過高膽固醇飼料喂養(yǎng)后，較容易形成AS斑塊。因此兔成為了最廣泛應(yīng)用于構(gòu)建AS斑塊動(dòng)物模型的動(dòng)物[13]。

Masley等[14]通過高脂飼料單純喂養(yǎng)家兔，在1931年成功構(gòu)建了第一只AS斑塊的家兔模型，為人類對(duì)AS的探索邁出了一大步，初步提供了家兔與人類AS斑塊相似性和差異性的第一手資料。Xu等[15]通過高脂飲食喂養(yǎng)兔12周，成功構(gòu)建了頸動(dòng)脈AS斑塊模型，采用超聲、高分辨率磁共振成像(high-resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI)、正電子發(fā)射斷層掃描/計(jì)算機(jī)斷層掃描(positron emission tomography/computed tomography，PET/CT)對(duì)該模型進(jìn)行頸動(dòng)脈診斷效果評(píng)價(jià)。根據(jù)AS的發(fā)病機(jī)制自身免疫學(xué)說，AS由堆積在血管壁的脂蛋白、T淋巴細(xì)胞及其產(chǎn)生的抗體誘發(fā)，巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和肥大細(xì)胞在AS斑塊形成的各個(gè)時(shí)期發(fā)揮重要作用，炎癥及氧化應(yīng)激影響斑塊的穩(wěn)定性[16]，因此可從自身免疫學(xué)說的方向來構(gòu)建AS模型。如使用牛血清白蛋白、卵清白蛋白、EB病毒及巨細(xì)胞病毒等誘導(dǎo)自身免疫反應(yīng)，從而誘發(fā)AS疾病的發(fā)生。唐曦等[17]經(jīng)兔肌肉注射胎牛血清白蛋白進(jìn)行血管免疫損傷，再用高脂飼料喂養(yǎng)，成功構(gòu)建了兔AS斑塊模型。Perevozchikov等[18]在1993年利用靶向基因編輯技術(shù)，將人載脂蛋白A-I基因插入家兔的基因片段中，培育出了具有人載脂蛋白A-I的轉(zhuǎn)基因兔，利用基因工程開創(chuàng)了兔AS斑塊模型的新思路。

3 鼠

鼠類屬于小體型動(dòng)物，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)基因背景清晰，個(gè)體差異較小；(2)繁殖速度較快，容易獲得，成本低廉；(3)生存能力強(qiáng)，飼養(yǎng)及管理方便；(4)發(fā)病周期較短，因此在基礎(chǔ)和臨床的試驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用[7]。但是在磁共振掃描方面，鼠類屬于小體型動(dòng)物，血管結(jié)構(gòu)及其生理功能同人類存在較大差異，動(dòng)脈管腔十分細(xì)小、內(nèi)膜非常薄、彈性蛋白含量少，通過中低場強(qiáng)的磁共振掃描儀來評(píng)價(jià)AS斑塊具有一定困難，需要采用動(dòng)物專用超高場強(qiáng)磁共振掃描儀進(jìn)行掃描，在7.0T 及以上磁場強(qiáng)度時(shí)，平面分辨率為100 μm[19]。Weinreb等[19]通過Bruker 9.4T動(dòng)物專用磁共振儀，分析了載脂蛋白E(apolipoprotein E，ApoE)基因敲除小鼠腹主動(dòng)脈AS斑塊，對(duì)斑塊進(jìn)行了脂質(zhì)和纖維的測量，提供了連續(xù)監(jiān)測小鼠AS斑塊模型演變的無創(chuàng)方法。

鼠類缺乏膽固醇酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[20]，與人類的血脂譜存在很大差異，其體內(nèi)的代謝方式和狀態(tài)也與人類不相同，對(duì)AS斑塊的形成存在極大抗性[21]，高脂飼料單純喂養(yǎng)很難構(gòu)建AS斑塊模型。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展及有效應(yīng)用，通過基因工程敲除特定基因培育出轉(zhuǎn)基因鼠，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因鼠AS斑塊模型可成為未來發(fā)展的方向。轉(zhuǎn)基因小鼠清除血漿中的低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白、乳糜微滴能力受損，從而導(dǎo)致小鼠高膽固醇血癥[22]，約于3月齡就能在主動(dòng)脈形成脂肪紋，并且隨著小鼠年齡的增長而逐漸嚴(yán)重。應(yīng)用于臨床試驗(yàn)的轉(zhuǎn)基因鼠有多種，主要包括ApoE-/-小鼠及改良品系、低密度脂蛋白基因敲除小鼠及改良品系等[23-24]。

孫明霞等[25]使用ApoE基因敲除雄性小鼠，成功構(gòu)建了小鼠AS斑塊模型，分別于注藥前及注藥后0.5 h、2 h進(jìn)行普通和增強(qiáng)磁共振橫斷位掃描，在磁共振T2加權(quán)像圖像上表現(xiàn)為動(dòng)脈管壁增厚，信號(hào)不均勻增高，在活體ApoE基因敲除小鼠上檢測AS斑塊的分布及信號(hào)變化，磁共振普通和增強(qiáng)掃描可作為AS發(fā)生和發(fā)展的監(jiān)測指標(biāo)。

4 磁共振成像

HR-MRI能以較高的分辨率顯示AS斑塊的數(shù)量、形態(tài)、成分、表面情況以及血管腔情況[26]，分析斑塊的成分、分型，推測斑塊的穩(wěn)定性，早期檢出易損斑塊，具有很高的敏感性和特異性[27]，是無創(chuàng)評(píng)價(jià)AS斑塊形態(tài)、成份及穩(wěn)定性的強(qiáng)有力的檢查方法。目前，臨床上常用的HR-MRI成像序列包括磁共振T1加權(quán)像、磁共振T2加權(quán)像、質(zhì)子密度加權(quán)像、三維時(shí)間飛躍法及磁共振增強(qiáng)掃描。磁共振T1加權(quán)像對(duì)出血和鈣化較為敏感；磁共振T2加權(quán)像對(duì)斑塊性質(zhì)的檢查較敏感；質(zhì)子密度加權(quán)像對(duì)血管壁的厚度測量是最準(zhǔn)確的，較好地顯示血管壁及管腔結(jié)構(gòu)，是斑塊及管腔直徑測量的最佳序列；三維時(shí)間飛躍法對(duì)檢測斑塊的敏感性較高，具有空間分辨率高和掃描時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)中快速血流敏感，可對(duì)動(dòng)脈狹窄處斑塊進(jìn)行定位；磁共振增強(qiáng)掃描能很好地顯示斑塊內(nèi)新生血管、腔內(nèi)形態(tài)和潰瘍，能較好地顯示不強(qiáng)化的脂質(zhì)核及強(qiáng)化的纖維帽[28]。由于斑塊形態(tài)和成分復(fù)雜，需多個(gè)序列聯(lián)合診斷，以提高檢測的敏感性和特異性。

綜上所述，AS磁共振成像動(dòng)物模型的選取，不但要從動(dòng)物的種屬、體型大小、生活習(xí)性、飼養(yǎng)難易程度、生長周期及疾病耐受能力等多方面進(jìn)行考慮，而且還要從磁共振儀磁體和線圈尺寸進(jìn)行考慮。選擇接近動(dòng)物體型的線圈尺寸，減小被檢測物中心與線圈電流分布的距離來增加射頻場強(qiáng)度，提高圖像質(zhì)量[29]。磁共振磁體場強(qiáng)越高，組織分辨率越高，成像序列越全面，但是磁體孔徑越小，可容納的動(dòng)物體型越小。構(gòu)建的AS模型不但與人類十分相似，而且不同種屬動(dòng)物的特點(diǎn)要符合磁共振掃描的特點(diǎn)，根據(jù)AS的發(fā)病機(jī)制選擇不同的建模方法，并且要與具體的研究目的、方法及內(nèi)容相結(jié)合，將有助于學(xué)者們對(duì)AS斑塊的發(fā)生發(fā)展、發(fā)病機(jī)制、綜合治療及臨床決策進(jìn)行更全面深入的研究。