编辑推荐：
心力衰竭（HF）是全球重大健康问题，现有起搏诱导 HF 模型存在不足。研究人员优化猪起搏诱导 HF 模型的可行性和可重复性，发现逐步增加起搏频率、控制在 200bpm 以下等措施可行。这为 HF 基因治疗研究提供了更好的模型 。
心力衰竭（Heart Failure，HF）如同一个隐藏在暗处的 “健康杀手”，在全球范围内肆虐，严重威胁着人们的生命健康。尽管在过去几十年里，HF 的治疗取得了一定进展，但对于重症患者而言，预后情况依旧不容乐观。在医学研究领域，新的治疗方法就像等待被解锁的宝藏，而在将这些方法应用于临床试验之前，需要在合适的动物模型上进行严格测试。猪，因其在解剖结构和生理功能上与人类高度相似，成为了研究 HF 的热门动物模型。然而，现有的起搏诱导心动过速性心肌病（pacing-induced tachycardiomyopathy）HF 模型却存在诸多问题，比如对动物的耐受性较差，实验结果的变异性较大，就像一场难以预测结果的 “医学实验冒险”，这让研究人员在探索新治疗方法的道路上困难重重。
为了攻克这些难题，来自芬兰东芬兰大学（University of Eastern Finland）、库奥皮奥大学医院（Kuopio University Hospital）等机构的研究人员挺身而出，开展了一项旨在优化起搏诱导 HF 模型的研究。他们希望通过优化实验方案，让这个模型变得更加可靠、可重复，就像为医学研究打造一把精准的 “手术刀”，从而为 HF 基因治疗研究奠定坚实基础。经过不懈努力，研究人员成功优化了起搏方案，大大提高了模型的可行性和可重复性。这一成果意义非凡，它为未来 HF 的治疗带来了新的希望，就像在黑暗中为医学研究点亮了一盏明灯，为后续的基因治疗研究铺平了道路。该研究成果发表在《Scientific Reports》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是动物实验模型构建，选用健康雌性芬兰长白猪，通过植入单腔起搏器（pacemaker）来诱导 HF；其次是心脏功能评估，利用经胸超声心动图（Transthoracic Echocardiography，TTE）和有创左心室（Left Ventricular，LV）压力测量等手段，对心脏功能进行全面监测；此外，还进行了基因转移实验，通过心脏静脉将腺病毒（Adenovirus，Ad）编码的 β - 半乳糖苷酶（LacZ）导入左心室，以研究基因治疗的可行性。
起搏器相关感染情况
尽管研究人员在实验过程中严格遵循无菌操作原则，进行了抗生素预防和妥善的术后护理，但仍有部分猪出现了起搏器囊袋和导线隧道的细菌感染。在实验方案 2 中，有 1 头猪因此被排除；实验方案 3 中，有 3 头猪受到影响。经过观察发现，感染的潜在原因包括缝合材料穿出伤口，以及猪因摩擦伤口导致起搏器部位出现皮肤溃疡等。不过，在实验方案 4 中，研究人员通过将起搏器植入在最表层肌肉层以下，并将皮下缝线的结向下缝合，成功避免了感染情况的发生。这一发现就像找到了预防感染的 “金钥匙”，为后续的实验操作提供了重要参考。
心脏功能与起搏方案耐受性
- 方案 1：以 220bpm 的频率进行起搏时，实验动物对起搏的耐受性差异很大。在参与实验的动物中，只有 1 头能耐受该频率至起搏第 18 天，之后由于出现疲劳和呼吸困难等症状，不得不降低起搏频率。其他动物则根本无法耐受这一起搏频率。这种频繁需要调整起搏频率的情况，导致实验结果差异较大，使得该方案不太适合用于大规模动物研究。就好像在一场比赛中，规则不断变化，难以得出稳定可靠的结果。
- 方案 2：与方案 1 相比，逐渐增加起搏频率的方案 2 耐受性明显更好。在 3 头未感染的实验猪中，有 2 头能够按计划完成实验，只有 1 头猪在第 4 周需要将起搏频率降至 200bpm 。在实验过程中，接受起搏的动物左心室射血分数（Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）逐渐降低，而未起搏的动物 LVEF 保持稳定。然而，在起搏第 28 天进行基因转移操作时，由于需要深度麻醉，导致 3 头起搏动物中有 2 头出现急性 HF 加重的情况，这给实验带来了一定的挑战 。
- 方案 3：在 9 头未感染的实验猪中，有 2 头在快速起搏阶段因出现 HF 失代偿迹象，需要降低起搏频率。不过，这 2 头猪的起搏频率在快速起搏阶段结束前都能维持在 200bpm 及以上。另外，有 1 头猪由于个体不应期的限制，无法承受超过 200bpm 的起搏频率。值得庆幸的是，所有 9 头猪都成功耐受了基因转移过程。在从第 29 天到第 56 天的 4 周适度起搏阶段，实验猪耐受性良好，心脏功能虽仍显著低于基线水平，但在这一阶段得到了一定程度的恢复。这表明方案 3 在维持 HF 状态的同时，又能保证动物一定的耐受性，为后续研究提供了一种可行的思路 。
- 方案 4：所有参与方案 4 的实验猪都能很好地耐受起搏过程，整个实验过程中无需调整起搏频率。实验猪的心脏功能变化与方案 2 和方案 3 相似，尽管在快速起搏阶段的最后 2 周起搏频率较低。此外，作为临床相关终点测量的 15 分钟跑步机运动应激试验也顺利进行，且实验结果显示，由于起搏，运动应激试验结果显著降低。这表明方案 4 不仅能有效诱导 HF，还能通过运动应激试验对心脏功能进行评估，为研究 HF 的病理生理机制提供了新的视角 。
讨论
在这项研究中，研究人员的主要目标是建立并优化大型动物射血分数降低的心力衰竭（Heart Failure with Reduced Ejection Fraction，HFrEF）模型，重点关注模型的耐受性和可重复性，同时减少未来研究中动物不必要的排除情况。由于该模型的基本原理和病理生理学此前已得到充分研究，本次研究主要聚焦于优化 HF 诱导和随访的实验方案，尤其是从基因治疗研究的角度出发。
研究发现，逐步提高起搏频率是实现高效起搏方案耐受性和可重复性的关键。在实验中，研究人员观察到猪对超过 200bpm 的起搏频率耐受性较差，部分猪在起搏频率超过 205 - 215bpm 时，心率并不会相应增加。因此，为了减少动物的浪费和避免频繁调整起搏方案，研究人员建议起搏频率不应高于 200bpm，该频率在诱导 HF 方面依然有效。此外，在 HF 最严重时，使用呋塞米（furosemide）药物可以预防因异常液体负荷导致的耐受性问题，同时避免了限制动物液体摄入可能带来的痛苦。
经胸超声心动图（TTE）是一种可行且全面的测量猪心脏功能的方法。虽然猪的心率变化可能会对测量结果产生影响，但通过保持测量环境安静、确保动物充分水化和深度麻醉等措施，可以有效克服这一问题。值得一提的是，即使是患有严重 HF 的实验猪，也能够安全进行跑步机运动应激试验，这为评估心脏功能提供了更多可能性。
在基因治疗方面，研究人员使用腺病毒进行基因转移，因为其在心脏递送方面具有高效性和安全性。基因转移的时间选择非常关键，需要确保转基因表达的高峰期与 HF 最严重的时间点相匹配。不同的载体具有不同的动力学特性，因此在使用时需要根据载体类型优化基因转移的时间。在本次研究中，发现起搏第 28 天进行深度麻醉下的操作时间过晚，可能会影响实验结果。
此外，研究人员还发现不同个体猪之间，起搏对心脏功能的损害程度差异较大，难以提前预估。因此，在基因治疗研究中，建议尽可能晚地进行基线测量，同时要考虑所用载体的转基因表达动力学。二尖瓣反流（Mitral Regurgitation，MR）的发展具有个体差异，且会显著影响 HF 的状态，所以在基线测量中应特别关注。
研究人员基于多年的实验经验，选择使用雌性猪进行实验。这是因为雄性猪更为 aggressive，且使用单一性别可以减少生物变异。不过，有文献表明雄性猪可能更容易发生 HFrEF，这可能会对研究结果产生一定影响 。
该模型也存在一些局限性，比如心肌纤维化缺失以及心脏功能的可逆性。尽管通过适度起搏（150bpm）可以在一定程度上缓解心脏功能可逆性的问题，但这仍然是该模型需要进一步改进的地方。此外，猪的自然行为使其更容易接触细菌，增加了伤口感染的风险，尤其是在植入材料的情况下。但通过优化手术操作，如将起搏器植入在最表层肌肉层以下和将皮下缝线的结向下缝合等措施，可以有效避免起搏器相关感染。
总体而言，这项研究通过优化起搏诱导的猪 HF 模型，为基因治疗研究提供了一个可行的平台。只要满足以下条件：逐步增加起搏频率且不高于 200bpm；避免起搏器相关感染；在起搏开始后不早于 2 周进行基线测量；在可耐受的时间点进行侵入性基因转移操作（建议不晚于起搏开始后 3 周）；在随访过程中保持 150bpm 的适度起搏，就能够利用该模型更好地开展 HF 基因治疗研究，为未来心力衰竭的治疗带来新的希望和突破。
