基于數(shù)據(jù)挖掘的慢性心力衰竭動(dòng)物模型特點(diǎn)分析

何義鑫 伍建光

1.江西中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，江西南昌 330006；2.江西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院心血管病科，江西南昌 330006

心力衰竭（以下簡(jiǎn)稱“心衰”）是各種原因（如心肌病、心肌炎、心肌梗死等）引起的心肌結(jié)構(gòu)和功能的變化，造成心臟收縮和/或舒張功能受損，心排血量不能滿足全身組織器官基本代謝需要的一組臨床綜合征。根據(jù)心衰發(fā)生的緩急程度可分為慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）和急性心衰，在原有慢性心臟疾病基礎(chǔ)上逐漸出現(xiàn)心衰癥狀和體征的為CHF[1]。根據(jù)國(guó)外研究估計(jì)，全球有6 430 萬人患有心衰，5 年死亡率高達(dá)75%[2]。CHF 臨床治療手段的研發(fā)均需借助實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，穩(wěn)定可靠的動(dòng)物模型是開展CHF 實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前應(yīng)用的CHF 動(dòng)物模型較多，但缺少統(tǒng)一的動(dòng)物模型制備及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本研究通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，基于數(shù)據(jù)挖掘?qū)ΜF(xiàn)有的CHF 動(dòng)物模型造模要素進(jìn)行分析，為提高CHF 動(dòng)物模型造模成功率及受試藥物藥理研究提供方法學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 檢索標(biāo)準(zhǔn)

以“慢性心力衰竭”和“動(dòng)物模型”為主題，計(jì)算機(jī)檢索中國(guó)知網(wǎng)、萬方、維普、SinoMed 和PubMed 數(shù)據(jù)庫中關(guān)于CHF 的實(shí)驗(yàn)研究文獻(xiàn)；檢索時(shí)限：中文數(shù)據(jù)庫為2011 年1 月至2021 年12 月，英文數(shù)據(jù)庫為2017 年1 月至2022 年4 月。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：CHF 的全部動(dòng)物實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：會(huì)議、碩博論文、綜述類和資料不全的文獻(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

處理實(shí)驗(yàn)動(dòng)物名稱、種類等均參照《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)》[3]進(jìn)行規(guī)范總結(jié)。將篩選所得文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種類、性別、造模方法、陽性藥、檢測(cè)指標(biāo)等錄入Excel 2019 并建立數(shù)據(jù)庫，對(duì)錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和分析，定量歸納造模要素。

2 結(jié)果

2.1 CHF 模型動(dòng)物種類及性別分布

共檢索出相關(guān)文獻(xiàn)1 702 篇，剔除重復(fù)、會(huì)議、碩博論文、綜述類及資料不全文獻(xiàn)1 501 篇后，最終篩選出符合納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)201 篇，共有14 類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，累積使用頻次為201 次。所用動(dòng)物種系中使用最多的為SD 大鼠，其次為Wistar 大鼠、C57BL/6 小鼠；CHF建模時(shí)多選擇雄性動(dòng)物進(jìn)行研究。見表1。

表1 CHF 模型動(dòng)物種類及性別分布（只）

2.2 CHF 模型造模方法

201 篇文獻(xiàn)主要涵蓋了10 種造模方法。其中，使用最多方法為冠狀動(dòng)脈左前降支結(jié)扎法，其次為主動(dòng)脈弓縮窄法（thoracic aorta constriction，TAC）、化學(xué)藥物法（阿霉素、異丙腎上腺素）、腹主動(dòng)脈縮窄法等。見表2。

表2 CHF 模型造模方法

2.3 CHF 模型構(gòu)建時(shí)間及成功標(biāo)準(zhǔn)

CHF 模型構(gòu)建時(shí)間多為4 周（47 次）、6 周（22 次）、8 周（14 次）。CHF 動(dòng)物模型大多通過左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）、左室舒張末壓、行為表現(xiàn)及行為學(xué)實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行評(píng)估，以確保造模成功。其中以LVEF≤45%（13 次）及LVEF≤50%（10 次）較為多見，且大多聯(lián)合行為表現(xiàn)指征（13 次）進(jìn)行判斷。

2.4 CHF 模型陽性藥使用分布情況

201 篇文獻(xiàn)中僅有60 篇設(shè)立陽性組，使用較多的陽性藥為卡托普利，其次為地高辛等。見表3。

表3 CHF 模型陽性藥使用分布情況

2.5 CHF 動(dòng)物模型相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)

如果同一組織被劃分為不同的檢測(cè)指標(biāo)，分開統(tǒng)計(jì)；同一組織被同時(shí)檢測(cè)多個(gè)同類型指標(biāo)，則歸納為一類。結(jié)果顯示，CHF 動(dòng)物模型相關(guān)指標(biāo)可細(xì)分為15 類。見表4。

表4 CHF 相關(guān)指標(biāo)分類

3 討論

CHF 的發(fā)病機(jī)制主要是心室重塑，血流動(dòng)力學(xué)的改變，組織學(xué)的改變，包括炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等[4-5]。心衰患病率逐年上升，單純西藥包括強(qiáng)心苷類、利尿劑、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑等長(zhǎng)期治療可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，如電解質(zhì)耗損、體液耗損、低血壓等。因此，中醫(yī)藥被認(rèn)為是治療CHF 的替代治療策略，成本較低，副作用較少[6]。如口服苓桂術(shù)甘湯[7]可有效降低CHF 大鼠血管緊張素Ⅱ、內(nèi)皮素-1、腦鈉肽，從而抑制心室重塑，減輕心肌細(xì)胞損傷。無論西醫(yī)或中醫(yī)都無法根治CHF，所以需要更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)新型藥物或治療方法提供前期研究基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果顯示，心衰模型構(gòu)建中使用最多的為SD 大鼠、Wistar 大鼠及C57BL/6 小鼠，周齡多為8～10 周。小鼠模型的主要優(yōu)勢(shì)是針對(duì)性更強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)中多利用小鼠制造轉(zhuǎn)基因模型，針對(duì)心衰靶點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；與小鼠比較，大鼠體積較大，有完整的動(dòng)脈循環(huán)，血管粗，易操作，生命力旺盛，抗感染能力強(qiáng)，繁殖快，并且便于進(jìn)行行為學(xué)檢測(cè)及病理檢測(cè)等要求[8]。大型哺乳動(dòng)物（如豬、犬、綿羊等）在循環(huán)系統(tǒng)方面和人類更加相近，是比較理想的心臟模型，但是周期、費(fèi)用、便捷程度都會(huì)讓我們更傾向于小型動(dòng)物，并且小型嚙齒動(dòng)物和人類之間的心肌能量學(xué)和收縮總體上相似[9]。本研究結(jié)果顯示，主要CHF 的造模方法可大致分為手術(shù)法、藥物誘導(dǎo)法。對(duì)于使用率較高的冠狀動(dòng)脈結(jié)扎術(shù)而言，其原理是制造心肌梗死模型，其中動(dòng)物圍手術(shù)期死亡率高，且對(duì)于術(shù)者要求較高，操作難度大；TAC 可重復(fù)性高、穩(wěn)定，但是依然對(duì)術(shù)者要求較高；藥物誘導(dǎo)可重復(fù)性高，操作比前者簡(jiǎn)單，但是毒副作用較大[10]。再者如較少出現(xiàn)的二尖瓣反流術(shù)，更適合急性心衰模型的制作，且適用于大型動(dòng)物如豬；快速起搏法難以模擬心衰模型特點(diǎn)[11]。造模成功標(biāo)準(zhǔn)的多以LVEF≤45%及LVEF≤50%并結(jié)合實(shí)際臨床表現(xiàn)。陽性藥物使用較多為血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑/血管緊張素受體阻滯劑類（如卡托普利等）、洋地黃類（如地高辛等），兩者有著顯著的臨床療效，一般采用灌胃的方式，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑類藥物對(duì)于CHF 特別是射血分?jǐn)?shù)降低型心衰指南屬于ⅠA 類推薦用藥。本研究結(jié)果顯示，所測(cè)指標(biāo)較多的有血清學(xué)指標(biāo)、炎癥指標(biāo)、心肌細(xì)胞重塑指標(biāo)的檢測(cè)方法有酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)法、聚合酶鏈反應(yīng)、Western blot、免疫組織化學(xué)染色法及病理組織學(xué)檢查等[12-14]；另外，心臟結(jié)構(gòu)及功能指標(biāo)、血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)等都可有效評(píng)價(jià)心衰程度。

實(shí)驗(yàn)造模中存在的問題及建議：①統(tǒng)計(jì)中＞90%的實(shí)驗(yàn)并未提及造模成功標(biāo)準(zhǔn)，或許可以認(rèn)為是一種實(shí)驗(yàn)前提條件的缺失。②現(xiàn)階段對(duì)于中醫(yī)藥在心衰方面的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)較為多見，多以中西醫(yī)結(jié)合的方式建立模型，如手術(shù)結(jié)扎大鼠冠狀動(dòng)脈左前降支，在術(shù)后第9～12 周加用左旋硝基精氨酸腹腔注射，利用此種聯(lián)合造模的方法制作心陽虛心衰證候的大鼠模型[15]，而中醫(yī)證候復(fù)雜多樣，心衰包括其他疾病中醫(yī)證型的造模并沒有一套屬于自己的規(guī)范體系，缺少一定的循證依據(jù)及信服力，無法解決主觀因素占比過大的問題，一定程度受限，動(dòng)物模型評(píng)價(jià)指標(biāo)在“病癥”和“病證”兩方面?zhèn)戎攸c(diǎn)區(qū)分不明顯[16]。③心衰與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)，這一點(diǎn)在大多數(shù)小型嚙齒類動(dòng)物模型中是很難誘發(fā)的[9]，如果需要涉及心衰與動(dòng)脈粥樣硬化的相關(guān)研究，建議使用大型動(dòng)物作為模型。④CHF 造模的死亡率和存活率缺少相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)。⑤對(duì)于實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定，尤其是作為與心衰程度[17]直接相關(guān)的腦鈉肽檢測(cè)較少，或許以腦鈉肽檢測(cè)作為CHF 的診斷指標(biāo)或終點(diǎn)指標(biāo)能更多地增加治療方法的說服力。⑥外泌體miRNA 在心肌重塑中起重要作用，其中miR-425 和miR-744 有望成為逆轉(zhuǎn)心肌重塑的治療靶點(diǎn)和診斷心衰的標(biāo)志物[18]，或許可以作為新的方向。⑦代謝組學(xué)作為一門新學(xué)科，其主要研究機(jī)體小分子代謝物，已被廣泛用于探究代謝標(biāo)志物與熱點(diǎn)代謝途徑[19]，心肌細(xì)胞能量代謝就是心衰研究中的主要問題之一。

本研究結(jié)果顯示，涉及與CHF 心肌能量代謝相關(guān)的心肌游離脂肪酸水平、葡萄糖、線粒體檸檬酸合酶活性等所相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究只有不到1%，檸檬酸合酶參與三羧酸循環(huán)相關(guān)，心肌細(xì)胞三羧酸循環(huán)分布在線粒體，其中線粒體呼吸鏈?zhǔn)亲鳛榧?xì)胞提供能量、氧化應(yīng)激、代謝及增殖調(diào)控的重要組成部分[20]。有研究者對(duì)一組非糖尿病晚期心衰患者進(jìn)行液相色譜-質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，其衰竭的心肌細(xì)胞主要能量來源并非脂肪酸，而是葡萄糖和酮體；同時(shí)代謝譜顯示，脂肪酸代謝發(fā)生了變化[21]。有研究顯示，8 種血清代謝物如丁酰肉堿、N-甲酰蛋氨酸等可作為亞臨床射血分?jǐn)?shù)保留心衰的早期生物標(biāo)志物，這種血漿代謝譜在缺血性心衰患者中與腦鈉肽聯(lián)合應(yīng)用具有顯著的診斷和預(yù)后價(jià)值[22-23]；龐博等[24]通過液相色譜-質(zhì)譜對(duì)慢性心衰患者的尿液樣本分析，篩選出尿苷和丙氨酰色氨酸作為其潛在標(biāo)志物。

由此可見，從多個(gè)代謝途徑對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，符合中醫(yī)“整體審查”的觀念，而從“辨證論治”的角度來說，研究者需要厘清“同病異證”和“異病同證”模型之間代謝指標(biāo)的差異，要遵循病證結(jié)合的研究框架，分清與“病”相關(guān)或與“證”相關(guān)，保證研究結(jié)果的特異性[25]；同時(shí)還需要注意代謝產(chǎn)物與年齡、性別、疾病發(fā)展的階段等都有著密切關(guān)系[26]，研究時(shí)盡量排除此類干擾因素。