一种改进的猪腹主动脉瘤模型：结构重塑与细胞因子谱的病理生理学特征

《Scientific Reports》：An improved porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm

为解决腹主动脉瘤(AAA)缺乏有效药物干预及现有动物模型与人类疾病病理生理学差异大的问题，研究人员开展了一项关于改进型猪腹主动脉瘤模型的研究。该研究通过“三连击”法成功诱导出稳定的AAA，并证实该模型在主动脉扩张、细胞外基质降解、钙化及系统性细胞因子谱等方面与人类AAA具有高度相似性，为临床前药物评价提供了可靠平台。

　　

腹主动脉瘤(Abdominal Aortic Aneurysm, AAA)是一种严重的血管疾病，其最危险的并发症是动脉瘤破裂，一旦发生，死亡率极高。目前，临床上对于AAA的治疗主要依赖于外科手术或介入治疗，尚无有效的药物可以阻止其发生或延缓其进展。为了开发新的治疗策略，科学家们需要借助动物模型来模拟人类疾病，从而深入理解其发病机制并测试新药的疗效。

然而，目前最常用的动物模型——小鼠模型，虽然应用广泛，但其心血管系统的解剖结构和生理功能与人类存在较大差异，导致许多在小鼠身上有效的药物在进入临床试验后效果不佳，即存在“转化鸿沟”。相比之下，猪的解剖结构、生理功能、基因组和代谢特征与人类更为接近，是更理想的转化医学研究模型。但现有的猪AAA模型往往存在手术创伤大、并发症多、模型稳定性差等问题，限制了其应用。

为了解决这些问题，来自德国科隆大学、波恩大学和杜塞尔多夫大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究，旨在建立并验证一种改进的、更接近人类疾病特征的猪腹主动脉瘤模型，为AAA的病理生理学研究和新药开发提供更可靠的平台。

为了开展这项研究，研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：

1. 1.
   动物模型构建：在4头幼年家猪中，通过口服β-氨基丙腈(BAPN)联合手术干预（球囊导管扩张、弹性蛋白酶和胶原酶灌注）诱导腹主动脉瘤。
2. 2.
   影像学评估：利用超声成像技术，在术前及术后定期测量腹主动脉直径，以评估动脉瘤的形成和稳定性。
3. 3.
   组织学分析：对猪和人类AAA组织样本进行Movat五色染色、Elastica van Gieson染色、Von Kossa染色和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)免疫荧光染色，以评估主动脉壁结构、弹性纤维降解、钙化及平滑肌细胞数量变化。
4. 4.
   蛋白质组学分析：采用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术，比较AAA病变组织与正常对照组织的蛋白质表达谱，以揭示分子水平的病理变化。
5. 5.
   细胞因子谱分析：使用物种特异性多重细胞因子芯片，检测猪和人类AAA患者血浆中的炎症及抗炎细胞因子水平，以评估系统性炎症反应。

标准化“三连击”猪AAA模型的建立

研究人员成功建立了一种标准化的“三连击”猪AAA模型。该模型通过三个步骤诱导动脉瘤形成：首先，口服BAPN以抑制赖氨酰氧化酶(LOX)活性，破坏细胞外基质(ECM)的完整性；其次，通过球囊导管扩张腹主动脉，造成机械性损伤和内皮功能障碍；最后，向受损的主动脉段灌注弹性蛋白酶和胶原酶I，直接降解血管壁的结构蛋白。通过这一系列干预，所有实验动物均成功诱导出AAA，且未发生主动脉破裂或后肢瘫痪等严重并发症，模型成功率为100%。

AAA手术后稳定的动脉瘤形成

通过超声影像学监测，研究人员发现，在AAA诱导后7-14天，腹主动脉直径显著扩张，达到基线直径的150%以上，并在第28天时仍保持稳定。解剖后的组织标本也显示，病变主动脉段明显扩张，管壁增厚，并伴有管腔内血肿形成。这些结果表明，该模型能够稳定地诱导出符合临床诊断标准的AAA。

猪腹主动脉瘤的蛋白质组学特征

为了从分子层面揭示AAA的病理机制，研究人员对猪的AAA病变组织和正常对照组织进行了蛋白质组学分析。结果发现，共有481种蛋白质的表达发生显著改变，其中335种下调，146种上调。下调的蛋白质主要与平滑肌细胞功能（如Calponin 1、Tropomyosin 2）和细胞外基质组织相关，表明血管壁的结构完整性遭到破坏。而上调的蛋白质则主要富集在免疫系统过程、细胞迁移和氧化应激反应等通路，提示炎症反应和免疫细胞浸润在AAA的进展中扮演了重要角色。

猪和人类AAA的主动脉壁形态学与钙化分析

为了评估该猪模型与人类疾病的相似性，研究人员对猪和人类AAA组织的病理学特征进行了比较。组织学染色显示，猪AAA模型与人类AAA一样，都出现了主动脉壁各层（内膜、中膜、外膜）的增厚。此外，猪AAA组织中弹性纤维的数量和长度均显著减少，平滑肌细胞数量下降，这些特征与人类AAA的病理改变高度一致。更重要的是，该模型还再现了人类AAA的一个关键特征——主动脉中膜钙化，这在传统的小鼠模型中往往难以模拟。

猪和人类AAA的细胞因子谱

研究人员进一步比较了猪和人类AAA患者血浆中的细胞因子水平。结果显示，在猪AAA模型中，多种促炎细胞因子（如IL-12p70、IL-6、GM-CSF）和抗炎细胞因子（如IL-4、IL-10）的水平均显著升高。尽管在个别细胞因子上存在物种差异，但猪AAA模型的整体细胞因子谱与人类AAA患者具有较高的可比性，进一步证实了该模型在模拟人类AAA系统性炎症反应方面的价值。

研究结论与讨论

本研究成功建立并验证了一种改进的猪腹主动脉瘤模型。该模型通过“三连击”法（BAPN、球囊扩张、酶灌注）成功诱导出稳定的AAA，其主动脉扩张程度（>150%）达到了临床相关标准。通过蛋白质组学、组织病理学和细胞因子谱分析，研究人员证实该模型在分子、细胞和组织水平上均能较好地模拟人类AAA的病理生理学特征，包括细胞外基质降解、血管平滑肌细胞丢失、主动脉壁钙化以及系统性炎症反应。

该模型的建立具有重要的转化医学意义。首先，它提供了一个比小鼠模型更接近人类生理和病理状态的平台，有望提高临床前药物研究的成功率。其次，该模型手术成功率高、并发症少，且可在普通家猪中建立，具有较高的可重复性和可推广性。未来，该模型将有助于深入探索AAA的发病机制，并为评估新型药物（如小分子抑制剂）在延缓或阻止AAA进展方面的疗效提供可靠的临床前评价工具。