前言

高脂血癥(hyperlipidemia)是一種全身性疾病，通常是指血中總膽固醇和（或）甘油三酣過(guò)高。選擇合適的動(dòng)物模型是研究高脂血癥的關(guān)鍵。一般而言，選用高脂血癥模型的動(dòng)物，應該在血漿脂蛋白構成、肝臟膽固醇及脂蛋白代謝等方面，與人類(lèi)代謝特征極為相近。具體表現為：第一，總膽固醇合成噩中由肝臟合成的量越小越好；第二，增加飲食中膽固醇含量不會(huì )引起膽汁酸合成增加、不擴充膽固醇代謝池、不抑制低密度脂蛋白受體活性、不完全抑制肝膽固醇的合成；第三，高脂飲食可以誘導高甘油三酣血癥。

由于小鼠的基因修飾技術(shù)已經(jīng)成熟，基于基因修飾動(dòng)物模型在疾病研究中的優(yōu)勢，高膽固醇血癥基因修飾小鼠的廣泛應用，大大推進(jìn)了代謝性心血管病的科學(xué)進(jìn)展。然而，小鼠和人類(lèi)在脂代謝方面有巨大的差異，例如血漿脂蛋白譜不同、對食物反應性不同、代謝酶表達不同、甘油三酣代謝不同對降脂藥反應不同等。隨著(zhù)研究的深入和擴展，急需尋找開(kāi)發(fā)與人類(lèi)脂代謝更為接近的動(dòng)物。從成 本、繁殖速度、實(shí)驗操作、與人類(lèi)相似性、基因修飾技術(shù)、倫理學(xué)等方面綜合分析，金黃地鼠、家兔、小型豬是適合用于高脂血癥及其并發(fā)癥研究的動(dòng)物。表5-1總結了幾種常用實(shí)驗動(dòng)物的脂代謝及代謝性心血管病的特點(diǎn)。

部分造模方法

使用動(dòng)物：小鼠、家兔、小型豬

【造模機制】：

高脂血癥已經(jīng)是被廣泛認知的疾病之一，由于脂質(zhì)在血漿中是以脂蛋白的形式存在，因此高脂血癥實(shí)際上是某種高脂蛋白血癥。脂質(zhì)的代謝也是以脂蛋白的形式為主，特別是脂蛋白對脂質(zhì)轉運所起的作用，在代謝中扮演了重要角色。

圖5-2總結了人類(lèi)基本的脂蛋白轉運和代謝過(guò)程，乳糜微粒(chylomicron,CM)、VLDL、LDL、HDL以及乳糜微粒殘體(CM remnants)和極低密度脂蛋白殘體(VLDL remnants)有著(zhù)復雜的轉化、轉運過(guò)程，許多重要的酶、受體和載脂蛋白等參與其中。膽固醇為主的脂蛋白主要是LDL,VLDL和HDL,甘油三酯為主的脂蛋白主要是乳糜微粒和VLDL。CETP將膽固醇酯(cholesteryl ester, CE)從HDL轉運到LDL、VLDL、IDL，而這些脂蛋白中的甘油三酯則向HDL轉運。LCAT則使游離膽固醇酯化促進(jìn)膽固醇向HDL的轉運。

與脂蛋白代謝相關(guān)的基因，包括酶、載脂蛋白、轉運蛋白等，過(guò)表達或缺陷就會(huì )表現高脂血癥?，F在大多數動(dòng)物模型都是以清除障礙為特征的高脂血癥模型，其中機制涉及脂蛋白攝取清除的脂蛋白受體以及配體、脂質(zhì)水解的酶以及激活物和抑制物。例如：LDL途徑相關(guān)的載脂蛋白ApoB100、ApoE,LDLr和抑制物PCSK9,LDL吸收相關(guān)的NPC1L1；HDL途徑相關(guān)的載脂蛋白ApoA-Ⅰ、ApoA-Ⅱ，受體SRBl、SRA、ABCAl，脂質(zhì)轉運相關(guān)的CETP、LCAT等；甘油三酯途徑相關(guān)的水解酶LPL及其輔助蛋白GPIHBPl,L Fl；載脂蛋白ApoC-3、ApoA-Ⅴ、ApoA-Ⅳ、ApoC-2等。

圖5-2  脂質(zhì)代謝示意圖

【模型特點(diǎn)】：

1.高膽固醇血癥模型 高膽固醇血癥的基因修飾模型是脂代謝疾病模式動(dòng)物中應用最廣泛的模型，為膽固醇代謝機制、動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機制、降膽固醇藥物研發(fā)等方面的研究作出了巨大的貢獻，包括小鼠、家兔和小型豬等動(dòng)物模型。

⑴ ApoE-/-小鼠和LDLr-/-小鼠膽固醇通過(guò)LDLr介導途徑被肝臟等攝取的代謝過(guò)程稱(chēng)為L(cháng)DLr途徑。不論是LDLr，還是作為配體的ApoE的缺陷，均可導致高膽固醇血癥。ApoE-/-小鼠血漿膽固醇水平上升3~5倍，達到300~500mgdl左右，血漿脂蛋白VLDL和LDL組分顯著(zhù)升高，HDL降低。與ApoE-/-小鼠相比，LDLr-/-小鼠血漿膽固醇水平只升高2倍，集中于LDL組分。當給予高脂飲食，LDLr-/-小鼠血漿膽固醇能迅速上升，通過(guò)高脂飲食配方的調整，可以人為地調整血漿膽固醇水平升高5~10倍。國內多家單位目前已制備出這兩種基因敲除大鼠。

⑵ ApoB-100轉基因小鼠：人ApoB-100轉基因小鼠LDL水平顯著(zhù)升高，血漿總膽固醇水平升高2倍，甘油三酯水平也稍有升高。LDL和甘油三酯比例增高非常顯著(zhù)是該模型的特點(diǎn)。

⑶ PCSK9轉基因小鼠：PCSK9抑制劑的開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入臨床實(shí)驗，將成為替代專(zhuān)利保護期即將到期的他汀類(lèi)藥物的新藥。PCSK9調控LDLr翻譯后水平降解，抑制LDLr重復利用，當過(guò)表達PCSK9時(shí)，LDLr表達下降，表現和LDLr敲除類(lèi)似的表型，該模型實(shí)際上相當于LDLr-/-小鼠。

⑷ ApoB轉基因兔：過(guò)表達入ApoB-100轉基因兔，不表達ApoB-48，血漿中膽固醇和甘油三酯的含量為對照組的2~3倍，HDL膽固醇則顯著(zhù)降低。增高的膽固醇和甘油三酯主要為L(cháng)DL組分。

⑸ PCSK9轉基因小型豬：過(guò)表達人功能增強型突變體D374Y-PCSK9的小型豬，普飼條件下表現輕度的高膽固醇血癥。而給予高脂飲食誘導，像小鼠模型一樣，表現嚴重的高膽固醇血癥，可以比野生型對照組高5倍以上，雖然對照組也有高膽固醇血癥。特別值得注意的是，這個(gè)模型發(fā)生冠狀動(dòng)脈的粥樣硬化斑塊，這在小鼠模型上是觀(guān)察不到的。

2.高甘油三酯血癥模型

⑴ ApoC-Ⅲ轉基因模型：ApoC-Ⅲ的主要生理功能是抑制LPL活性和肝臟脂蛋白受體攝取CM殘粒和VLDL殘體。ApoC-Ⅲ轉基因模型是已經(jīng)報道的為數不多的高甘油三酯血癥模型之一。ApoC-Ⅲ轉基因小鼠血漿甘油三酯水平隨不同的建模者而不同，有的在300~500mg/dl左右，有的高達1000mg/dl以上，膽固醇水平隨甘油三酯水平小幅增高。該模型氧化應激水平升高是較突出的特征，其對動(dòng)脈粥樣硬化易感性增高。ApoC-Ⅲ轉基因家兔和轉基因小型豬也都由北京大學(xué)心血管研究所報道，均有高甘油三酯血癥的表型，然而升高幅度不大，是非轉基因動(dòng)物的2~3倍。ApoC-Ⅲ轉基因動(dòng)物的血漿脂蛋白均為VLDL組分增多，HDL降低。

⑵ ApoC-Ⅱ轉基因小鼠：ApoC-Ⅱ的作用是激活LPL活性，然而ApoC-Ⅱ轉基因小鼠卻有高甘油三酯血癥的表型。過(guò)表達人ApoC-Ⅱ基因后，小鼠的禁食血漿甘油三酯水平升高4倍，餐后甘油三酯水平升高7倍。但是目前還沒(méi)有該模型應用的報道，也沒(méi)有敲除小鼠應用的報道。ApoC-Ⅰ轉基因小鼠也被報道有嚴重高甘油三酯血癥。

⑶ LPL基因敲除(LPL^-/-)小鼠：LPL是血漿甘油三酯降解的限速酶，該基因敲除導致新生小鼠致死，原因可能和低血糖及肺功能不全有關(guān)。北京大學(xué)心血管研究所通過(guò)人LPL有益突變體腺病毒對新生小鼠進(jìn)行救治，得到了嚴重高甘油三酯血癥表型的LPL^-/-小鼠。該模型為嚴重的乳糜微粒血癥，血漿呈牛奶樣外觀(guān)。在這個(gè)模型上首次從實(shí)驗角度證實(shí)了甘油三酯和動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系。這個(gè)模型還有增高的急性胰腺炎易感性和出現自發(fā)性胰腺炎。ApoE和LPL雙敲小鼠模型是一個(gè)混合型高脂血癥模型。

⑷ GPIHBPl基因敲除( GPIHBP1^-/-）小鼠：GPIHBP1是內皮細胞分泌的蛋白，它錨定在內皮細胞上，鏈接LPL和乳糜微粒，為L(cháng)PL降解 乳糜微粒中的甘油三酯提供一個(gè)橋梁作用。GPIHBP1^-/-小鼠表現類(lèi)似 LPL^-/-小鼠的表型，有嚴重乳糜微粒血癥。與LPL^-/-不同的是，該基因敲除不具有致死性，血漿甘油三酯水平在8周前不能達到1000mg/dl。 該基因敲除大鼠國內也已獲得。

 ⑸ ApoA-V基因敲除(ApoA-V^-/-）小鼠：ApoA-V參與甘油三酯的清除，在人類(lèi)流行病學(xué)調查中已經(jīng)明確，ApoA-V^-/-小鼠呈高甘油三酯血癥，血漿甘油三酯水平升高4倍左右，但其清除甘油三酯的機制還不清楚。

此外，ABCG5/8雙敲除小鼠，LCAT、ABCA1、ApoD、CD36、caveolin-1敲除小鼠，ApoA-Ⅱ、SREBP1-c轉基因小鼠、PLA2轉基因小型豬也都表現輕度的高甘油三酯血癥，大多伴有胰島素抵抗。

【模型來(lái)源】：

大多數小鼠模型可以從美國Jackson實(shí)驗室(http://www.jax.org/index.html)、MMRRC (Mutant Mouse Regional Resource Cenlers,http:// www.mmrrc.org)和國家遺傳工程小鼠資源庫(http: //www.nrcmm.cn/mice/index.asp)獲得。大多數家兔模型可以從日本山梨大學(xué)獲得。高甘油三酯血癥動(dòng)物模型可以從北京大學(xué)心血管研究所獲得。

【模型評估和應用】：

高甘油三酯血癥的病理生理比高膽固醇血癥復雜，富含甘油三酯脂蛋白比LDL的生物學(xué)效應弱，基因修飾模型要表現嚴重的高甘油三酯血癥才有應用價(jià)值。由于臨床對高甘油三酯血癥不如高膽固醇血癥重視，高甘油三酯血癥模型出現也較晚，因此高甘油三酯血癥和心血管疾病關(guān)系至今不是很清楚，而且也沒(méi)有像他汀這樣的特效藥。然而，與西方國家不同，我國是一個(gè)高甘油三酯血癥大國，據前幾年衛生部公布的統計資料顯示當時(shí)我國高甘油三酯血癥患者已經(jīng)達到1億多，大大超過(guò)高膽固醇血癥患者。因此，未來(lái)代謝性心血管疾病的研究將進(jìn)入甘油三酯的舞臺，高甘油三酯血癥的模式動(dòng)物將發(fā)揮重要作用。

目前，基因修飾小鼠在高脂血癥研究中應用非 常廣泛，ApoE^-/-和LDLr^-/-小鼠幾乎成為研究高脂血癥等心血管相關(guān)代謝疾病的工具小鼠，是基因修飾動(dòng)物模型中使用最多的模型。但由于小鼠的脂代謝和人類(lèi)差異大，故在研究中局限性很大。隨著(zhù)基因修飾技術(shù)的發(fā)展，家兔和小型豬已經(jīng)報道了多種脂代謝模式動(dòng)物，由于它們在脂代謝方面和人類(lèi)更加接近，所以在機制研究和新藥開(kāi)發(fā)方面，比小鼠更有應用價(jià)值。圖5-3總結了應用于脂代謝動(dòng)物模型的血漿脂質(zhì)譜，與人類(lèi)血漿脂質(zhì)譜相比，可以發(fā)現天然和人類(lèi)脂蛋白組成類(lèi)似的動(dòng)物有地鼠、犬、小型豬、非人靈長(cháng)類(lèi)。這些動(dòng)物脂代謝特點(diǎn)和模式接近人類(lèi)，作為脂代謝研究的模式動(dòng)物非常合適，但飼養管理不易，費用過(guò)高。

圖5-3     各種動(dòng)物血漿脂蛋白譜快速液相色譜(FPLC)分析

參考文獻：

1.劉恩岐，范江霖．轉基因兔在動(dòng)脈粥樣硬化研究中的應用及進(jìn)展．中國動(dòng)脈硬化雜志，2003,11(4): 371-375

2.Al-Mashhadi RH,Sørensen CB,Kragh PM,et al.Familial hypercholesterolemia and atherosclerosis in cloned minipigs created by DNA transposition of a human PCSK9 gainof-function mutant. Sci  Transl Med,2013,5 (166): 166ral

3.Ding Y, Wang Y, Zhu H, et al. Hypertriglyceridemia and delayed clearance of fat load in transgenic rabbits expressing human apolipoprotein CID. Transgenic Res, 2011,20(4):867-875

4.Gao S, He L,Ding  Y,el  al. Mechanisms underlying different responses of plasma triglyceride to high-fat diels in hamsters and mice: roles of hepatic MTP and triglyceridesecretion. Biochem Biophys Res Commun,2010,398(4): 619-626

5.Getz GS,Reardon CA. Animal models of atherosclerosis.Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2012, 32 (5):1104-1115

6.Stylianou IM, Bauer RC, Reilly MP, el al. Genetic basis of atherosclerosis:insights from mice and humans. Circ Res, 2012, 110(2):337-355

7.Wei J,Ouyang H, Wang Y,el al. Characterization of a hypertriglyceridemic transgenic miniature pig model expressing human apolipoprotein CIII. FEBS J,2012,279 (1):91-99

8.Yin W, Carballo-Jane E, McLaren DG, et al. Plasma lipid profiling across species for the identification of optimal animal models of human dysl.ipidemia. J Lipid Res,2012, 53 (1):51-65

9.Zhang X, Qi R, Xian X, el al. Spontaneous atherosclerosclerosis in aged lipoprotein lipase-deficient mice with severe hypertriglyceridemia on a normal chow diet. Circ Res,2008,102 (2):250-256